ES2737875A1 - CO2 CAPTURE INSTALLATION AND PROCEDURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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ES2737875A1 ES201830712A ES201830712A ES2737875A1 ES 2737875 A1 ES2737875 A1 ES 2737875A1 ES 201830712 A ES201830712 A ES 201830712A ES 201830712 A ES201830712 A ES 201830712A ES 2737875 A1 ES2737875 A1 ES 2737875A1
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Millán José Manuel Valverde
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Abstract

Installation and procedure for capturing CO2 . The installation comprises a separation unit (1) by membranes into which a first air stream (2) enters which exits an oxygen enriched air stream (3) with an oxygen concentration of between 25-50% v/v . It comprises a boiler (4) to which the oxygen enriched air stream (3) and the fossil fuel (5) to be burned and from which a stream of flue gases (6) with between 25 -60% v/v of CO2 that is directed to a carbonator (8) of a calcination-carbonation unit (7) which also comprises a calciner (10) from which a CO current flows2 of high purity (11). A procedure for capturing CO2 in said installation is also described. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

D E S C R I P C I Ó ND E S C R I P C I Ó N

INSTALACIÓN Y PROCEDIMIENTO DE CAPTURA DE CO2CO2 CAPTURE INSTALLATION AND PROCEDURE

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se enmarca en el campo técnico de las tecnologías y procesos orientados a la captura y almacenamiento de CO2 (CCS, carbone capture and storage) liberado por la combustión de combustibles fósiles, biomasa y sus derivados en procesos industriales.The present invention is part of the technical field of technologies and processes oriented to the capture and storage of CO2 (CCS, carbonone capture and storage) released by the combustion of fossil fuels, biomass and its derivatives in industrial processes.

La instalación puede ser empleada en plantas que trabajen todos los procesos destinados a la producción de energía eléctrica (plantas de potencia), cementeras, industria química o sistemas de calefacción industriales, incluyendo calefacción por distrito. La instalación y el procedimiento propuestos integran procesos de separación por membranas, oxicombustión parcial y captura de CO2 postcombustión mediante un ciclo de calcinación-carbonatación (Calcium-Looping). The installation can be used in plants that work all the processes destined to the production of electrical energy (power plants), cement, chemical industry or industrial heating systems, including district heating. The proposed installation and procedure integrate processes of membrane separation, partial oxy-combustion and CO2 capture after combustion through a calcination-carbonation cycle ( Calcium-Looping).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

El desarrollo de nuevas tecnologías de captura y almacenamiento de CO2 (CCS) eficientes y de bajo coste es un objetivo fundamental de cara a mitigar los efectos del cambio climático. La necesidad de implementar tales tecnologías a escala comercial se considera una medida urgente para limitar el calentamiento global a 2°C sobre los niveles preindustriales.The development of new efficient and low-cost CO2 capture and storage (CCS) technologies is a fundamental objective in order to mitigate the effects of climate change. The need to implement such technologies on a commercial scale is considered an urgent measure to limit global warming to 2 ° C above pre-industrial levels.

Las proyecciones realizadas por la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) contemplan una gran penetración de las energías renovables a corto plazo. No obstante, el sistema energético actual y futuro a corto-medio plazo todavía requiere del uso de combustibles fósiles para poder satisfacer el enorme crecimiento en la demanda de energía que tiene lugar a nivel mundial. Además es especialmente destacable el aumento de la demanda en países emergentes.The projections made by the International Renewable Energy Agency (IRENA) contemplate a great penetration of renewable energies in the short term. However, the current and future energy system in the short-medium term still requires the use of fossil fuels in order to meet the enormous growth in the demand for energy that takes place worldwide. In addition, the increase in demand in emerging countries is especially notable.

Se prevé que las tecnologías de captura de CO2 sean vitales para la des­ carbonización de la industria de producción de potencia, con una estimación de 52 Gt capturadas de CO2 desde 2015 a 2040. Las plantas equipadas con CCS generarían unos beneficios de 1.3 trillones de dólares para productores de carbón y gas en dicho periodo de tiempo (desde 2015 a 2040).CO2 capture technologies are expected to be vital for the decarbonization of the power production industry, with an estimate of 52 Gt captured from CO2 from 2015 to 2040. Plants equipped with CCS would generate benefits of 1.3 trillion dollars for coal and gas producers in that period of time (from 2015 to 2040).

Las tecnologías de captura de CO2 pueden agruparse en tres grandes categorías: precombustión, poscombustión y oxicombustión.CO2 capture technologies can be grouped into three broad categories: pre-combustion, post-combustion and oxy-combustion.

La captura de CO2 precombustión se basa en la reacción del combustible con oxígeno y/o aire para producir gas de síntesis (H2 y CO). Dicha reacción se realiza bien en una atmósfera con un contenido reducido de O2 (combustión parcial o incompleta) o bien en una atmósfera de vapor de agua. Posteriormente, el CO reacciona con vapor de agua en un reactor catalítico para producir CO2 y H2 mediante una reacción denominada Water Gas Shift (WGS). El CO2 puede separarse de la corriente de H2 por medios físicos o químicos para conseguir una corriente de combustible rica en H2.Pre-combustion CO2 capture is based on the reaction of the fuel with oxygen and / or air to produce synthesis gas (H2 and CO). Said reaction is carried out either in an atmosphere with a reduced content of O2 (partial or incomplete combustion) or in an atmosphere of water vapor. Subsequently, the CO reacts with water vapor in a catalytic reactor to produce CO2 and H2 through a reaction called Water Gas Shift (WGS). The CO2 can be separated from the H2 stream by physical or chemical means to achieve a H2 rich fuel stream.

Como ventaja de los sistemas precombustión frente a otros sistemas de captura está que el proceso de separación CO2/H2 puede llevarse a cabo mediante tecnologías maduras y el CO2 resultante se encuentra a elevada presión (15-40 bar) lo que reduce el trabajo de compresión para su almacenamiento. Como principal desventaja se encuentra una elevada penalización energética del proceso, la cual puede llegar a ser superior a 15 puntos porcentuales.The advantage of pre-combustion systems over other capture systems is that the CO2 / H2 separation process can be carried out using mature technologies and the resulting CO2 is at high pressure (15-40 bar) which reduces the compression work for storage As a main disadvantage is a high energy penalty of the process, which can be higher than 15 percentage points.

La captura de CO2 poscombustión permite conseguir porcentajes de captura mayores del 90% con una menor penalización energética que los sistemas precombustión. Estos sistemas se basan en separar el CO2 de una corriente de gases de combustión, la cual presenta del entorno de un 15%v/v de CO2 si se usa carbón como combustible (el carbón es el más contaminante de los combustibles fósiles).The capture of CO2 after combustion allows to obtain percentages of capture greater than 90% with a lower energy penalty than pre-combustion systems. These systems are based on separating CO2 from a flue gas stream, which has about 15% v / v CO2 in the environment if coal is used as fuel (coal is the most polluting of fossil fuels).

Entre las principales técnicas de captura de CO2 poscombustión cabe destacar los procesos de absorción mediante aminas, el Calcium-Looping y la separación por membranas. De entre ellas, la tecnología de absorción por aminas es la única que está probada actualmente a escala industrial. A pesar de que pueden obtenerse porcentajes de captura de CO2 alrededor del 90%, la absorción por aminas presenta varios inconvenientes que limitan su desarrollo comercial como son una alta penalización energética (8-12%) debido a la regeneración del sorbente así como la degradación y la toxicidad de las aminas. Así, el consumo energético especifico (denominado SPECCA) de los sistemas de aminas sería del orden de 4 MJ/kgCO2. Among the main post-combustion CO2 capture techniques, the absorption processes using amines, Calcium-Looping and membrane separation can be highlighted. Among them, amine absorption technology is the only one currently tested on an industrial scale. Although percentages of CO2 capture can be obtained around 90%, absorption by amines has several drawbacks that limit its commercial development, such as a high energy penalty (8-12%) due to the regeneration of the sorbent as well as the degradation and the toxicity of amines. Thus, the specific energy consumption (called SPECCA) of amines systems would be of the order of 4 MJ / kgCO2.

El ciclo de calcinación-carbonatación (Calcium-Looping) está considerado como una de las principales opciones dentro de una nueva generación de tecnologías avanzadas para la captura de CO2 poscombustión. El Calcium-Looping está basado en la reacción de partículas de CaO con el CO2 presente en la corriente de gases de combustión mediante la reacción de carbonatación. Una de las principales ventajas de este sistema es su bajo coste, así como la amplia disponibilidad y no toxicidad de los precursores naturales de CaO, como pueden ser la caliza (mayoritariamente compuesta por CaCO3) y la dolomita. Se contempla también el empleo de otros precursores naturales de CaO como por ejemplo escoria de acería, precursores sintéticos basados en Ca o compuestos que comprendan materiales inertes resistentes a la sinterización.The calcination-carbonation cycle ( Calcium-Looping ) is considered one of the main options within a new generation of advanced technologies for the capture of CO2 after combustion. Calcium-Looping is based on the reaction of CaO particles with the CO2 present in the flue gas stream through the carbonation reaction. One of the main advantages of this system is its low cost, as well as the wide availability and non-toxicity of natural CaO precursors, such as limestone (mostly composed of CaCO3) and dolomite. The use of other natural CaO precursors is also contemplated, such as steel slag, Ca-based synthetic precursors or compounds comprising inert materials resistant to sintering.

Una vez transcurrida la reacción de carbonatación, el CaCO3 generado se lleva a un nuevo reactor donde mediante la reacción de calcinación se regenera el CaO para un nuevo ciclo. Los gases a la salida del reactor de carbonatación (con aproximadamente un 90% menos de CO2) son vertidos a la atmosfera mientras que el gas liberado en la etapa de regeneración, compuesto mayoritariamente por CO2 y vapor de agua, es purificado y comprimido para su almacenamiento o posterior utilización. Otra gran ventaja del Calcium-Looping es que presenta una menor penalización energética (6-8%) que otras tecnologías de captura.Once the carbonation reaction has elapsed, the generated CaCO3 is taken to a new reactor where the CaO is regenerated through a calcination reaction for a new cycle. The gases at the exit of the carbonation reactor (with approximately 90% less CO2) are discharged into the atmosphere while the gas released in the regeneration stage, mainly composed of CO2 and water vapor, is purified and compressed for storage or later use. Another great advantage of Calcium-Looping is that it has a lower energy penalty (6-8%) than other capture technologies.

La separación de CO2 del gas de poscombustión mediante membranas está siendo objeto de una amplia investigación. Sin embargo, por un lado, son necesarios mayores niveles de permeabilidad parar tratar grandes cantidades de gases como los producidos en grandes centrales térmicas. Por otro lado, es necesaria una reducción de coste para el desarrollo comercial de las membranas como técnica de captura poscombustión.The separation of CO2 from the post-combustion gas by membranes is undergoing extensive research. However, on the one hand, higher levels of permeability are necessary to treat large amounts of gases such as those produced in large thermal power plants. On the other hand, a cost reduction is necessary for the commercial development of the membranes as a post-combustion capture technique.

La captura de CO2 mediante sistemas de oxicombustión se basa en llevar a cabo la combustión en una atmósfera pura (>95%v/v) de O2. Como resultado, el flujo de gases de combustión está principalmente compuesto por CO2 (>70%v/v) y vapor de agua. Después de un proceso de purificación, mediante el cual se separa principalmente el vapor de agua mediante condensación, el flujo de gas con una concentración de CO2 de entorno al 95% se puede almacenar o utilizar en otras aplicaciones. Esta tecnología se ha probado con éxito a escala próxima a la industrial (30 MWth). The capture of CO2 by oxy-combustion systems is based on carrying out combustion in a pure atmosphere (> 95% v / v) of O2. As a result, the flow of combustion gases is mainly composed of CO2 (> 70% v / v) and water vapor. After a purification process, whereby water vapor is mainly separated by condensation, the gas flow with a CO2 concentration of around 95% can be stored or used in other applications. This technology has been successfully tested on an industrial scale (30 MWth).

La principal desventaja del sistema de oxicombustión es nuevamente la penalización energética que el proceso de captura impone sobre el rendimiento de la planta, estando en el rango de 7-13 puntos porcentuales. La principal causa de esta alta penalización energética es el consumo de energía requerido para la producción de O2 de muy alta pureza en las unidades de separación de aire (ASU). Las dos técnicas principales para la producción de O2 puro son la destilación criogénica y la tecnología denominada pressure-swing adsoprtion (PSA). La primera de ellas (destilación criogénica) está desarrollada comercialmente, siendo su consumo estimado de energía para la producción de O2 de alrededor de 200kWh/tn O2. Por otro lado, la tecnología de PSA está desarrollada para una menor escala que la destilación criogénica con una penalización energética también alta que impide su desarrollo para captura de CO2.The main disadvantage of the oxy-combustion system is again the energy penalty that the capture process imposes on the performance of the plant, being in the range of 7-13 percentage points. The main cause of this high energy penalty is the energy consumption required for the production of very high purity O2 in the air separation units ( ASU). The two main techniques for the production of pure O2 are cryogenic distillation and the technology called pressure-swing adsoprtion ( PSA). The first one (cryogenic distillation) is commercially developed, with its estimated energy consumption for the production of O2 of around 200kWh / tn O2. On the other hand, PSA technology is developed for a smaller scale than cryogenic distillation with an also high energy penalty that prevents its development for CO2 capture.

Se han propuesto también algunos procesos híbridos para la captura de CO2, como la integración de oxicombustión y absorción por aminas o la integración de oxicombustión con membranas para la captura post-combustión.Some hybrid processes for CO2 capture have also been proposed, such as the integration of oxy-combustion and absorption by amines or the integration of oxy-combustion with membranes for post-combustion capture.

Para el desarrollo comercial de las tecnologías de captura de CO2 resulta fundamental reducir el consumo de energía asociado al proceso de captura, es decir el consumo energético específico (SPECCA) de la tecnología. Por otro lado, el coste económico de los sistemas de captura debe ser lo más reducido posible, para lo cual es necesaria una reducción de los tamaños de los sistemas actuales.For the commercial development of CO2 capture technologies it is essential to reduce the energy consumption associated with the capture process, that is, the specific energy consumption ( SPECCA) of the technology. On the other hand, the economic cost of capture systems should be as small as possible, for which a reduction in the sizes of current systems is necessary.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención describe una instalación de captura de CO2 en procesos industriales y/o en plantas de producción de energía eléctrica (plantas de potencia) basadas en sistemas de combustión.The present invention describes a CO2 capture facility in industrial processes and / or in electric power production plants (power plants) based on combustion systems.

La instalación permite integrar de forma eficiente unidades de membranas, de oxicombustión parcial y de calcinación-carbonatación. Se trata de una instalación integrada en la que cada una de dichas unidades está combinada con las demás de manera sinérgica para reducir la penalización energética global del procedimiento de captura de CO2 que se realiza en la instalación, así como para reducir el tamaño del sistema de captura. The installation allows efficient integration of membrane, partial oxy-combustion and calcination-carbonation units. It is an integrated installation in which each of these units is combined with the others in synergy to reduce the overall energy penalty of the CO2 capture procedure performed at the installation, as well as to reduce the size of the system capture.

La instalación comprende una unidad de separación mediante membranas para producir una corriente de aire enriquecida en oxígeno (OEA) con una concentración de O2 entre el 25-50%v/v.The installation comprises a membrane separation unit to produce an oxygen enriched air stream ( OEA) with an O2 concentration between 25-50% v / v.

El proceso de enriquecimiento de O2 mediante un sistema de membranas resulta interesante económicamente cuando se desean concentraciones finales de O2 moderadas (de entre el 25-50%). Como se ha descrito previamente, para producir mayor pureza en la corriente de O2, por ejemplo cuando se opera en condiciones de oxicombustión total (>95%v/v O2), las opciones técnica y económicamente viables son la destilación criogénica o la PSA que tienen una alta penalización de consumo energético.The process of enrichment of O2 through a membrane system is economically interesting when moderate final concentrations of O2 (between 25-50%) are desired. As previously described, in order to produce greater purity in the O2 stream, for example when operating under conditions of total oxycombustion (> 95% v / v O2), the technically and economically viable options are cryogenic distillation or PSA that They have a high penalty of energy consumption.

Los sistemas de membranas para la separación de oxigeno cuentan con un gran potencial e interés industrial debido al menor consumo energético y menor coste que las plantas de destilación criogénica. Estos sistemas se encuentran en etapa comercial en plantas a pequeña escala (<50 ton O2/día) mientras que para plantas mayores se encuentran en fase de desarrollo. Debido a la pequeña diferencia de tamaño entre las moléculas de oxígeno y nitrógeno (3.46 Á y 3.64 Á, respectivamente) el proceso es técnicamente complicado considerando una separación simple basada en difusión a través de la membrana si se requieren una alta pureza del O2 generado.Membrane systems for oxygen separation have great potential and industrial interest due to lower energy consumption and lower cost than cryogenic distillation plants. These systems are in commercial stage in small-scale plants (<50 ton O2 / day) while for larger plants they are in development phase. Due to the small difference in size between the oxygen and nitrogen molecules (3.46 Á and 3.64 Á, respectively) the process is technically complicated considering a simple separation based on diffusion across the membrane if a high purity of the generated O2 is required.

Las membranas más desarrolladas actualmente para la separación de gases son las membranas poliméricas. Estas membranas presentan dos características ventajosas para ser aplicadas en procesos de separación de aire a escala industrial en los que se requieren altos caudales de gas. La primera de ellas es su capacidad para ser preparada en módulos de fibra hueca, que le confiere a la membrana una gran densidad de empaquetamiento (de hasta 30,000 m2/m3). La otra es su naturaleza modular, que permite su escalado sin grandes modificaciones. Según estudio previos, los sistemas de membranas poliméricas para la separación de aire son muy eficientes si no se requiere una alta selectividad, pudiendo configurarse el proceso en una sola etapa de paso por membrana para producir aire enriquecido con un 40%v/v de O2.The most developed membranes currently for the separation of gases are polymeric membranes. These membranes have two advantageous characteristics to be applied in industrial-scale air separation processes in which high gas flow rates are required. The first of these is its ability to be prepared in hollow fiber modules, which gives the membrane a high packing density (up to 30,000 m2 / m3). The other is its modular nature, which allows its scaling without major modifications. According to previous studies, polymeric membrane systems for air separation are very efficient if high selectivity is not required, and the process can be configured in a single stage of membrane passage to produce enriched air with 40% v / v O2 .

Preferentemente la unidad de separación mediante membranas de la instalación comprende membranas poliméricas y se basa en el mecanismo de difusión a través de la membrana aplicando una diferencia de presión que actúa como fuerza impulsora del proceso. Las membranas para separación de gases se caracterizan habitualmente por sus valores de permeabilidad (flujo de un gas que atraviesa la membrana por unidad de tiempo) y de selectividad, que representa la capacidad de una membrana para separar dos gases.Preferably, the membrane separation unit of the installation comprises polymeric membranes and is based on the diffusion mechanism across the membrane by applying a pressure difference that acts as the driving force of the process. Gas separation membranes are usually characterized by their permeability values (flow of a gas that crosses the membrane per unit of time) and selectivity, which represents the ability of a membrane to separate two gases.

La permeabilidad del gas (Pe¿) a través de la membrana puede calcularse según la siguiente ecuación:The permeability of the gas (Pe¿) through the membrane can be calculated according to the following equation:

NdNd

Pet = ----- l— Pet = ----- l—

P2 - P 1P2 - P 1

Donde:Where:

Nt = caudal de gas que pasa a través de la membrana Nt = gas flow rate that passes through the membrane

1= espesor de la membrana 1 = membrane thickness

Pi,> Pi= presiones del gas antes y después de su paso por la membranaPi,> Pi = pressures of the gas before and after its passage through the membrane

En el caso de membranas poliméricas, a medida que aumenta la permeabilidad desciende la selectividad, lo que implica llegar a un compromiso entre ambas características para alcanzar los valores óptimos. Actualmente los valores más altos de factores de selectividad para la separación de aire con membranas poliméricas oscilan entre 6-8.In the case of polymeric membranes, as permeability increases, selectivity decreases, which implies reaching a compromise between both characteristics to achieve optimum values. Currently the highest values of selectivity factors for air separation with polymeric membranes range between 6-8.

La instalación comprende también una caldera a la que entra la corriente de aire enriquecida en oxígeno (OEA) con una concentración de O2 entre el 25-50%v/v que sale de la unidad de separación mediante membranas. En la caldera se quema el combustible en modo oxicombustión parcial. A la salida de la caldera se tiene una corriente de gases de combustión enriquecida en CO2 con respecto al caso de combustión en aire.The installation also includes a boiler into which the oxygen enriched air stream ( OEA) enters with an O2 concentration between 25-50% v / v leaving the separation unit by membranes. In the boiler the fuel is burned in partial oxycombustion mode. At the outlet of the boiler there is a stream of flue gases enriched in CO2 with respect to the case of combustion in air.

Como resultado de la oxicombustión parcial realizada en la caldera se obtiene, en función de la concentración de oxígeno en la corriente de aire enriquecida en oxígeno y del combustible utilizado, una determinada concentración de CO2 en los gases de combustión. Esta concentración puede ser relativamente alta en comparación con la que se hubiera obtenido mediante combustión con aire. La oxicombustión parcial ha sido estudiada en el estado de la técnica para mejorar la eficiencia de la combustión en calderas o para mejorar el rendimiento de la gasificación de carbón. En el proceso de oxicombustión parcial del combustible se extrae calor que es usado mediante un ciclo de potencia para la producción de electricidad. Al igual que en el caso de la oxicombustión total es necesaria una recirculación de gases para controlar la temperatura de llama en la caldera.As a result of the partial oxy-combustion carried out in the boiler, a certain concentration of CO2 in the flue gases is obtained, depending on the concentration of oxygen in the oxygen enriched air stream and the fuel used. This concentration can be relatively high compared to that obtained by combustion with air. Partial oxy-combustion has been studied in the state of the art to improve combustion efficiency in boilers or to improve coal gasification performance. In the process of partial oxy-combustion of the fuel, heat is extracted which is used by means of a power cycle for the production of electricity. As in the case of oxy-combustion Total gas recirculation is necessary to control the flame temperature in the boiler.

La instalación comprende también una unidad de calcinación-carbonatación a la que se envía la corriente de gases de combustión que sale de la caldera. La unidad de calcinación-carbonatación comprende un carbonatador y un calcinador.The installation also includes a calcination-carbonation unit to which the flue gas stream is sent from the boiler. The calcination-carbonation unit comprises a carbonator and a calciner.

En un ejemplo de realización, si la instalación se configura para tener una concentración de CO2 a la entrada de la unidad de calcinación-carbonatación del 30%v/v, la concentración de O2 a la salida de la unidad de separación mediante membranas debería ser de ~38%v/v.In an exemplary embodiment, if the installation is configured to have a CO2 concentration at the inlet of the calcination-carbonation unit of 30% v / v, the O2 concentration at the outlet of the membrane separation unit should be of ~ 38% v / v.

La corriente de gases de combustión se envía primero al carbonatador, que es un reactor de lecho fluidizado en el que los gases de combustión entran a una velocidad del orden de 3-5 m/s. En el carbonatador se produce la reacción de carbonatación entre el CO2 presente en la corriente de gases de combustión y las partículas sólidas de óxido de calcio (CaO).The flue gas stream is first sent to the carbonator, which is a fluidized bed reactor in which the flue gases enter at a rate of the order of 3-5 m / s. In the carbonator, the carbonation reaction occurs between the CO2 present in the flue gas stream and the solid particles of calcium oxide (CaO).

La reacción endotérmica de carbonatación se lleva a cabo a presión atmosférica y a una temperatura de entre 625-680°C:The endothermic carbonation reaction is carried out at atmospheric pressure and at a temperature between 625-680 ° C:

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Como resultado de la carbonatación se produce carbonato cálcico. La carbonatación sin embargo no tiene lugar de forma completa ya que una parte del óxido de calcio permanece sin reaccionar. Así, se define la conversión de CaO como la razón de masa convertida en CaCO3 entre la masa total de sorbente (CaO) antes de la carbonatación.As a result of carbonation, calcium carbonate is produced. The carbonation however does not take place completely since a part of the calcium oxide remains unreacted. Thus, the conversion of CaO is defined as the mass ratio converted into CaCO3 between the total sorbent mass (CaO) before carbonation.

De acuerdo con estudios previos realizados por los autores de la presente invención, la carbonatación, y por tanto la eficiencia de captura de CO2 se ve muy favorecida por el incremento de la concentración de CO2 en los gases de combustión. Dicha mejora se produce en su mayor parte en la etapa de carbonatación limitada por la cinética de la reacción en la superficie de los sólidos, lo que favorece la operación del proceso con flujos altos de sólidos que favorezcan conversiones rápidas. According to previous studies carried out by the authors of the present invention, carbonation, and therefore the CO2 capture efficiency is greatly favored by the increase in the concentration of CO2 in the flue gases. This improvement occurs mostly in the stage of carbonation limited by the kinetics of the reaction at the surface of the solids, which favors the operation of the process with high flows of solids that favor rapid conversions.

La unidad de calcinación-carbonatación comprende también un calcinador donde se envían los sólidos de salida del carbonatador. El calcinador puede ser también un reactor de lecho fluidizado o un calcinador flash. Mediante una reacción de calcinación se regenera el sorbente (CaO) a partir del CaCO3 para ser utilizado en un nuevo ciclo.The calcination-carbonation unit also comprises a calciner where the carbonator outlet solids are sent. The calciner can also be a fluidized bed reactor or a flash calciner . Through a calcination reaction the sorbent (CaO) is regenerated from CaCO3 to be used in a new cycle.

Como resultado de la integración de la unidad de separación mediante membranas, de la caldera para oxicombustión parcial y de la unidad de calcinación-carbonatación, la instalación propuesta en la presente invención posee un consumo energético específico (SPECCA) entorno a 3 MJ/kgCO2, lo que indica un enorme potencial de dicha integración como tecnología de captura de CO2.As a result of the integration of the separation unit by membranes, the boiler for partial oxy-combustion and the calcination-carbonation unit, the installation proposed in the present invention has a specific energy consumption ( SPECCA) around 3 MJ / kgCO2, This indicates a huge potential for such integration as CO2 capture technology.

Teniendo en cuenta las emisiones anuales de una típica planta de potencia de 500 MWe basada en la combustión de carbón, el ahorro de energía al implantar la instalación descrita frente a una instalación basada en captura de CO2 con aminas (SPECCA=4 MJ/kgCO2) podría rondar los 1100 GWh/año. Además, la instalación presenta una eficiencia de captura del 95%, lo que permite diseñar reactores y sistemas más pequeños debido a la reducción del inventario de sólidos necesario para alcanzar niveles de captura superiores al 95%. Esto conlleva directamente un ahorro en el coste de la instalación. Así, la instalación descrita supone una mejora significativa en el proceso de captura de CO2.Taking into account the annual emissions of a typical 500 MWe power plant based on the combustion of coal, the energy savings when implementing the described installation compared to an installation based on CO2 capture with amines (SPECCA = 4 MJ / kgCO2) It could be around 1100 GWh / year. In addition, the installation has a capture efficiency of 95%, which allows to design reactors and smaller systems due to the reduction of the inventory of solids necessary to reach capture levels above 95%. This directly leads to savings in the cost of installation. Thus, the installation described represents a significant improvement in the CO2 capture process.

En la unidad de separación mediante membranas se tiene un consumo de energía que es necesario para provocar la diferencia de presión a ambos lados de la membrana. Una primera opción para conseguir dicha diferencia de presión es aumentar la presión de entrada a la unidad de separación (antes de la membrana) estando la zona aguas abajo de la membrana a una presión menor (por ejemplo a presión atmosférica). Una segunda opción para conseguir dicha diferencia de presión es considerar presión atmosférica antes de la membrana e imponer vacío aguas debajo de la membrana.In the separation unit by membranes there is an energy consumption that is necessary to cause the pressure difference on both sides of the membrane. A first option to achieve said pressure difference is to increase the inlet pressure to the separation unit (before the membrane) with the area downstream of the membrane at a lower pressure (for example at atmospheric pressure). A second option to achieve said pressure difference is to consider atmospheric pressure before the membrane and impose vacuum downstream of the membrane.

La selección de la primera o la segunda opción depende de la configuración de la propia unidad de separación y de las necesidades del proceso llevado a cabo en la instalación entre las que pueden variar los flujos de entrada, las temperaturas, la concentración de CO2 que se desea obtener a la salida de la instalación, selectividad de la membrana, factor de corte (definido como el ratio entre la cantidad de gas que pasa la membrana entre la cantidad total de gas a la entrada) del proceso de separación, etc. The selection of the first or the second option depends on the configuration of the separation unit itself and the needs of the process carried out in the installation between which the input flows, temperatures, the CO2 concentration that can be varied can vary you want to obtain at the exit of the installation, selectivity of the membrane, cut-off factor (defined as the ratio between the amount of gas that passes the membrane between the total amount of gas at the entrance) of the separation process, etc.

De acuerdo con lo anterior, debe realizarse un estudio antes de seleccionar una de las dos opciones descritas para su uso en la instalación. A priori, la estrategia de imponer un vacío parcial en la zona posterior a la membrana llevaría a un menor consumo energético dado que el volumen de gas en esta zona (el gas que atraviesa la membrana) es menor que el gas que entra al sistema.According to the above, a study should be carried out before selecting one of the two options described for use in the installation. A priori, the strategy of imposing a partial vacuum in the area after the membrane would lead to lower energy consumption since the volume of gas in this area (the gas that passes through the membrane) is smaller than the gas entering the system.

En el proceso de separación que se realiza en la unidad de separación mediante membranas y seleccionando como estrategia de separación la creación de vacío en la zona enriquecida en O2 (tras la membrana), el consumo energético del proceso se puede estimar a partir del cálculo del trabajo adiabático de compresión del gas ideal. De esta manera, en el proceso de separación dentro de la instalación propuesta se considera el trabajo de compresión para imponer la diferencia de presión a ambos lados de la membrana (a presión atmosférica antes de la membrana, en vacío en el lado de la corriente de aire enriquecida en oxígeno) y el trabajo de compresión para llevar el gas de la corriente enriquecida en oxígeno (corriente de salida de la unidad de separación) de nuevo hasta unas condiciones adecuadas de entrada a la caldera. Dichas condiciones requieren que la presión sea ligeramente superior a la atmosférica para vencer la pérdida de carga producida en la caldera.In the separation process that is carried out in the separation unit using membranes and selecting as a separation strategy the creation of vacuum in the area enriched in O2 (after the membrane), the energy consumption of the process can be estimated from the calculation of the adiabatic work of ideal gas compression. In this way, in the separation process within the proposed installation, compression work is considered to impose the pressure difference on both sides of the membrane (at atmospheric pressure before the membrane, in vacuum on the side of the flow of oxygen enriched air) and the compression work to bring the gas from the oxygen enriched stream (output current of the separation unit) back to suitable boiler inlet conditions. These conditions require that the pressure be slightly higher than atmospheric to overcome the loss of load produced in the boiler.

Así, el consumo energético del proceso de separación de la unidad de separación mediante membranas (Esep) se calcula mediante la siguiente expresión:Thus, the energy consumption of the separation process of the separation unit by membranes ( E sep) is calculated by the following expression:

Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001

Donde:Where:

mp = masa de gas (en este caso oxígeno) que atraviesa la membranamp = mass of gas (in this case oxygen) that crosses the membrane

Y = factor de expansión adiabática del gasY = gas adiabatic expansion factor

T= es la temperatura del sistemaT = is the system temperature

P¡n, Pp, Pb =presiones a la entrada de la membrana, a la salida de la membrana y a la entrada de la caldera de oxicombustión parcial, respectivamente.P¡n, Pp, Pb = pressures at the entrance of the membrane, at the exit of the membrane and at the entrance of the partial oxy-combustion boiler, respectively.

Para el proceso de separación de aire puede usarse cualquier membrana polimérica, si bien la eficiencia del proceso será mayor con membranas cuya selectividad O2/N2 sea de al menos 4 con una permeabilidad de al menos 250 Barrers. Algunos ejemplos de membranas poliméricas que cumplen estas características, y que por tanto podrían ser usadas son las membranas de microporosidad intrínseca (membranas PIM).Any polymeric membrane can be used for the air separation process, although the efficiency of the process will be greater with membranes whose O2 / N2 selectivity is at least 4 with a permeability of at least 250 Barrers. Some examples of Polymeric membranes that fulfill these characteristics, and that therefore could be used are the intrinsic microporosity membranes (PIM membranes).

Como se ha descrito previamente, la corriente de aire enriquecida en oxigeno (25-50%v/V O2) se envía a la caldera para realizar ahí una oxicombustión parcial de carbón u otro combustible fósil (como gas natural o biomasa). Mediante la oxicombustión se genera el calor necesario para la producción de energía eléctrica de manera similar a como se haría mediante un proceso de combustión típico de una planta de potencia con carbón como combustible.As previously described, the oxygen enriched air stream (25-50% v / V O2) is sent to the boiler to perform a partial oxy-combustion of coal or other fossil fuel (such as natural gas or biomass). Oxy-combustion generates the heat necessary for the production of electrical energy in a similar way to what would be done by a combustion process typical of a coal-fired power plant as fuel.

La caldera donde se realiza la oxy-combustión comprende un conjunto de intercambiadores de calor para la producción de vapor a unas determinadas condiciones de vapor vivo requeridas en una turbina de una unidad de potencia primaria, que también es parte de la instalación. Este conjunto de intercambiadores de calor es del tipo generador de vapor (HRSG). A la salida de este conjunto de intercambiadores de calor los gases de combustión tienen una temperatura de entorno a los 200°C.The boiler where oxy-combustion is carried out comprises a set of heat exchangers for steam production at certain conditions of live steam required in a turbine of a primary power unit, which is also part of the installation. This set of heat exchangers is of the steam generator type (HRSG). At the exit of this set of heat exchangers the combustion gases have a temperature of around 200 ° C.

Los gases de combustión a la salida de la caldera se dirigen a la unidad de calcinacióncarbonatación (Calcium-Looping). La instalación puede comprender un compresor a la entrada de dicha unidad de calcinación-carbonatación para vencer la pérdida de carga del sistema. Asimismo puede comprender un intercambiador de calor, tipo gas-gas, a la entrada de la unidad de calcinación-carbonatación para transferir calor entre los gases de salida de dicha unidad (estos gases de salida se vierten directamente a la atmósfera) y los gases de entrada de dicha unidad (los gases de combustión que provienen de la caldera).The combustion gases at the outlet of the boiler are directed to the carbonation calcination unit ( Calcium-Looping). The installation may comprise a compressor at the entrance of said calcination-carbonation unit to overcome the loss of system load. It can also comprise a heat exchanger, gas-gas type, at the inlet of the calcination-carbonation unit to transfer heat between the output gases of said unit (these output gases are poured directly into the atmosphere) and the gases of entrance of said unit (the combustion gases that come from the boiler).

Cuando los gases que se van a introducir en la unidad de calcinación-carbonatación están a la temperatura adecuada se hacen pasar al carbonatador que, como se ha descrito previamente, es un reactor de lecho fluidizado. Aquí se produce la reacción de carbonatación entre el CO2 presente en los gases de combustión y partículas de CaO. Para maximizar la trasferencia de calor y masa, el carbonatador puede operar en régimen de lecho fluidizado circulante, con velocidad superficiales de gas entorno a 3-5 m/s.When the gases to be introduced into the calcination-carbonation unit are at the appropriate temperature, they are passed to the carbonator which, as previously described, is a fluidized bed reactor. Here the carbonation reaction occurs between the CO2 present in the flue gases and CaO particles. To maximize the transfer of heat and mass, the carbonator can operate in a circulating fluidized bed regime, with superficial gas velocities around 3-5 m / s.

Una de las principales desventajas del ciclo de Calcium-Looping es la progresiva pérdida de actividad del sorbente (CaO) en el carbonatador con el paso de los ciclos. Esto es debido principalmente a la sinterización del sorbente, que provoca la reducción de su superficie específica para la reacción sólido-gas en tiempos cortos de residencia.One of the main disadvantages of the Calcium-Looping cycle is the progressive loss of sorbent (CaO) activity in the carbonator with the passing of the cycles. This is mainly due to the sintering of the sorbent, which causes the reduction of its specific surface for the solid-gas reaction in short residence times.

En la reacción de carbonatación se pueden encontrar dos etapas diferenciadas: una primera etapa dominada por la cinética de carbonatación que termina con la formación de una capa de CaCO3 que cubre la superficie de las partículas de espesor aproximado en torno a 40-60 nm y una segunda etapa, cuya velocidad de reacción es notablemente más lenta, en la que el CO2 penetra a través de la capa de carbonato mediante un mecanismo de difusión. Como consecuencia de los tiempos de residencia habituales en la industria para este tipo de reactores (entre 2 y 10 minutos), el núcleo de las partículas permanece sin reaccionar, quedando así parte del lecho como CaO sin reaccionar con la consiguiente pérdida de rendimiento del sistema. En operación a escala industrial, los sólidos son ciclados cientos de veces cayendo su conversión en la carbonatación hasta un valor residual del entorno de Xr =0.06.In the carbonation reaction two different stages can be found: a first stage dominated by the carbonation kinetics that ends with the formation of a CaCO3 layer that covers the surface of the particles of approximate thickness around 40-60 nm and a second stage, whose reaction rate is noticeably slower, in which the CO2 penetrates through the carbonate layer by means of a diffusion mechanism. As a consequence of the usual residence times in the industry for this type of reactors (between 2 and 10 minutes), the nucleus of the particles remains unreacted, thus leaving part of the bed as CaO without reacting with the consequent loss of system performance . In operation on an industrial scale, solids are cycled hundreds of times, their conversion into carbonation falling to a residual value of the environment of Xr = 0.06.

La reacción de carbonatación en el proceso Calcium-Looping de la unidad de calcinación-carbonatación típicamente tiene lugar a temperaturas en torno a 650°C, lo cual favorece la cinética de conversión a presión atmosférica siendo al mismo tiempo la concentración de CO2 en el equilibrio suficientemente baja (~1% v/v).The carbonation reaction in the Calcium-Looping process of the calcination-carbonation unit typically takes place at temperatures around 650 ° C, which favors the conversion kinetics at atmospheric pressure while at the same time the concentration of CO2 in the equilibrium sufficiently low (~ 1% v / v).

En la instalación propuesta los gases de combustión entran en el carbonatador con una concentración de CO2 incrementada por lo que la carbonatación se encuentra favorecida. Gracias a esto se obtiene una mayor eficiencia de captura. Concretamente, la fase cinética de carbonatación se encuentra altamente potenciada, lo que permite alcanzar una mayor conversión, mientras que la conversión en la fase difusiva se encuentra ligeramente penalizada. Así, se observa que incrementando la concentración de CO2 en los gases de combustión (mediante la oxicombustión parcial que se ha llevado a cabo) se consigue una mayor conversión residual de CaO en la carbonatación (Xr=0.08 en el caso de tener una concentración de CO2 a la entrada de la unidad de calcinación-carbonatación del 60%v/v), y por tanto una mayor captura de CO2 (de hasta el 95%).In the proposed installation, the combustion gases enter the carbonator with an increased CO2 concentration, so carbonation is favored. Thanks to this, greater capture efficiency is obtained. Specifically, the kinetic phase of carbonation is highly potentiated, which allows for greater conversion, while conversion in the diffusive phase is slightly penalized. Thus, it is observed that increasing the concentration of CO2 in the flue gases (by means of the partial oxy-combustion that has been carried out) achieves a greater residual conversion of CaO in the carbonation (Xr = 0.08 in the case of having a concentration of CO2 at the entrance of the calcination-carbonation unit of 60% v / v), and therefore a greater capture of CO2 (up to 95%).

Por otra parte, se observa cómo incrementando la temperatura de carbonatación hasta 680°C se consigue una mayor conversión (por ejemplo un 15% más en el caso de tener una concentración de CO2 a la entrada de la unidad de calcinacióncarbonatación del 30%v/v,) en la carbonatación gracias a un aumento de la extensión de la reacción en la fase difusiva (el comportamiento de la fase cinética es similar). Esto ocurre también en la unidad de calcinación-carbonatación cuando la concentración de CO2 es del entorno de 15%v/v, siendo en este último caso el efecto más importante (la conversión residual varía un 21%). Esto supone una importante mejora ya que se pueden producir variaciones en la temperatura en el rango de 625-680°C, como consecuencia de defectos puntuales en la trasferencia de calor, penalizarían menos en el caso de la presente instalación debido a que el efecto de la temperatura de carbonatación tiene menor influencia.On the other hand, it is observed how increasing the carbonation temperature up to 680 ° C achieves a higher conversion (for example, 15% more in the case of having a CO2 concentration at the entrance of the carbonation calcination unit of 30% v / v,) in carbonation thanks to an increase in the extension of the reaction in the diffusive phase (the behavior of the kinetic phase is similar). This also occurs in the calcination-carbonation unit when the CO2 concentration is around 15% v / v, in the latter case being the most important effect (residual conversion varies by 21%). This is an important improvement since variations in the temperature in the range of 625-680 ° C can occur, as a result of specific defects in heat transfer, they would penalize less in the case of the present installation because the effect of The carbonation temperature has less influence.

El calor generado en la carbonatación (reacción exotérmica) es usado para la producción de vapor sobrecalentado que alimenta a un ciclo de potencia secundario (o al mismo ciclo de potencia en el que se encuentra la turbina previamente descrita) en el que se lleva a cabo un ciclo Rankine para la producción de potencia eléctrica. Así, la instalación puede contar hasta con dos unidades de producción de potencia, una unidad de potencia primaria que usa como fuente de calor la energía liberada en la oxicombustión parcial y una unidad de potencia secundaria que usa el calor liberado en la carbonatación.The heat generated in the carbonation (exothermic reaction) is used for the production of superheated steam that feeds a secondary power cycle (or the same power cycle in which the previously described turbine is located) in which it is carried out a Rankine cycle for the production of electric power. Thus, the installation can have up to two power production units, a primary power unit that uses as energy source the energy released in partial oxycombustion and a secondary power unit that uses the heat released in carbonation.

A la salida del carbonatador los gases de combustión presentan hasta 95% menos de CO2 y una temperatura de alrededor de 650°C. Antes de ser vertidos a la atmósfera, los gases pasan a través de un segundo intercambiador de calor gas-gas para precalentar la corriente de agua entrante al generador de vapor secundario y a la corriente de gases de combustión que entra al carbonatador.At the exit of the carbonator, the combustion gases have up to 95% less CO2 and a temperature of around 650 ° C. Before being discharged into the atmosphere, the gases pass through a second gas-gas heat exchanger to preheat the incoming water stream to the secondary steam generator and to the flue gas stream entering the carbonator.

A la salida del carbonatador también se tiene una corriente de sólidos (separada de la corriente gaseosa mediante un ciclón situado a la salida del carbonatador). Esta corriente de sólidos se envía al calcinador donde se produce una regeneración del sorbente mediante la reacción de calcinación (reacción endotérmica inversa a la de carbonatación).At the exit of the carbonator there is also a stream of solids (separated from the gaseous stream by means of a cyclone located at the outlet of the carbonator). This stream of solids is sent to the calciner where a regeneration of the sorbent is produced by the calcination reaction (reverse endothermic reaction to that of carbonation).

Previamente a la entrada del calcinador, la corriente de sólidos que sale del carbonatador se hace pasar por un segundo intercambiador de calor para aumentar su temperatura aprovechando la alta temperatura de los sólidos que salen del calcinador. Este intercambiador de calor sólido-sólido puede configurarse como dos intercambiadores sólidos-gas en serie. Mediante este intercambiador los sólidos salientes del carbonatador (CaCO3 y CaO que no ha reaccionado) son calentados hasta una temperatura entorno a los 900°C. En un ejemplo de realización, dada la pérdida de actividad de los sólidos, se puede adicionar caliza "fresca” al sistema (~1-2%) con la consiguiente purga de material ciclado para mantener el balance de masa.Prior to the inlet of the calciner, the stream of solids leaving the carbonator is passed through a second heat exchanger to increase its temperature taking advantage of the high temperature of the solids leaving the calciner. This solid-solid heat exchanger can be configured as two solid-gas exchangers in series. By means of this exchanger, the outgoing solids of the carbonator (CaCO3 and CaO that has not reacted) are heated up to a temperature around 900 ° C. In an exemplary embodiment, given the loss of solids activity, "fresh" limestone can be added to the system (~ 1-2%) with the consequent purging of cycled material to maintain the mass balance.

En el calcinador se establecen como condiciones de operación a presión atmosférica, una concentración de CO2 elevada y por tanto una temperatura en torno a 950°C para asegurar que la calcinación se produce en su totalidad en tiempos cortos de residencia. Aunque la temperatura de calcinación a presión atmosférica de acuerdo con el equilibrio termodinámico es de 896°C bajo una atmósfera de CO2 puro, se ha probado experimentalmente que para que la reacción se lleve a cabo con una cinética adecuada a los tiempos de residencia del reactor, la temperatura debe ser superior a 930°C, considerando una atmósfera de CO2 puro. El calor necesario para llevar a cabo la calcinación, y para aumentar la temperatura de los sólidos entrando al calcinador hasta la temperatura de calcinación, se obtiene a partir de un proceso de oxicombustión total de carbón in-situ en el calcinador.In the calciner, a high CO2 concentration and therefore a temperature around 950 ° C are established as atmospheric pressure conditions to ensure that calcination occurs entirely in short residence times. Although the temperature of calcination at atmospheric pressure according to the thermodynamic equilibrium is 896 ° C under an atmosphere of pure CO2, it has been experimentally proven that for the reaction to be carried out with a kinetics appropriate to the residence times of the reactor , the temperature must be higher than 930 ° C, considering an atmosphere of pure CO2. The heat necessary to carry out the calcination, and to increase the temperature of the solids entering the calciner to the calcination temperature, is obtained from a process of total oxy-combustion of carbon in-situ in the calciner.

En un ejemplo de realización en el que se realiza un proceso de destilación criogénica para la producción de O2 con una alta pureza (>95%) esta producción de O2 causa una importante penalización al proceso (~25% de la potencia consumida total del Calcium-Looping). Sin embargo es necesario para generar O2 de alta pureza de cara al proceso de oxicombustión total, a partir del cual se obtiene a la salida del calcinador una corriente de gases con una concentración de CO2 de ~75-80%v/v, que se hace pasar por una unidad de purificación (consistente básicamente en la separación de vapor de agua por condensación) para aumentar su concentración de CO2 hasta ~90-95%v/v. Así la corriente de CO2 queda lista para su almacenamiento o posterior utilización en otro proceso. En el caso de almacenamiento, el CO2 debe ser comprimido hasta ~100 bar por ejemplo mediante un proceso de compresión con refrigeración intermedia.In an exemplary embodiment in which a cryogenic distillation process for the production of O2 with high purity (> 95%) is carried out, this production of O2 causes a significant penalty to the process (~ 25% of the total power consumption of Calcium -Looping). However, it is necessary to generate high purity O2 for the total oxy-combustion process, from which a gas stream with a CO2 concentration of ~ 75-80% v / v is obtained at the outlet of the calciner, which is it passes through a purification unit (basically consisting of the separation of water vapor by condensation) to increase its CO2 concentration to ~ 90-95% v / v. Thus the CO2 stream is ready for storage or later use in another process. In the case of storage, the CO2 must be compressed up to ~ 100 bar for example by a compression process with intermediate cooling.

La principal ventaja de la presente invención es que se consigue una menor penalización energética que los procesos conocidos actualmente de captura de CO2. Asimismo se tiene un menor consumo de energía específica empleada en la captura de CO2 en comparación con procesos de captura de CO2 del estado de la técnica. Como se ha visto previamente, con la instalación descrita se pueden conseguir consumos de 3 MJ/kg CO2 frente a valores de consumo entorno a 3.5 MJ/kg CO2 o 4 MJ/kg necesarios por ejemplo cuando se emplean de forma independiente procesos de Calcium-Looping y oxicombustión respectivamente.The main advantage of the present invention is that a lower energy penalty is achieved than the currently known CO2 capture processes. There is also a lower consumption of specific energy used in CO2 capture compared to CO2 capture processes of the prior art. As previously seen, with the described installation, consumption of 3 MJ / kg CO2 can be achieved compared to consumption values around 3.5 MJ / kg CO2 or 4 MJ / kg required for example when Calcium-Looping and oxy - combustion processes are used independently.

Además en la instalación propuesta la carbonatación es más estable frente a cambios de temperatura en el rango 625-680°C que en el caso del Calcium-Looping realizado de forma independiente. También en comparación con dicho procedimiento se obtiene una eficiencia de captura mayor, lo cual implica una menor cantidad de CaO en el lecho del calcinador, con la consiguiente disminución del tamaño y el coste de los reactores.Furthermore, in the proposed installation, carbonation is more stable against temperature changes in the 625-680 ° C range than in the case of Calcium-Looping performed independently. Also, in comparison with said procedure, a higher capture efficiency is obtained, which implies a smaller amount of CaO in the bed of the calciner, with the consequent decrease in the size and cost of the reactors.

La instalación descrita es escalable desde 1 MWe hasta más de 500MWe.The described installation is scalable from 1 MWe to more than 500MWe.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

Figura 1.- Muestra un esquema conceptual de la instalación de captura de CO2.Figure 1.- Shows a conceptual scheme of the CO2 capture facility.

Figura 2.- Muestra un esquema detallado de la instalación.Figure 2.- Shows a detailed scheme of the installation.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

A continuación se describen, con ayuda de las figuras 1 a 2, unos ejemplos de realización de la presente invención.Examples of embodiments of the present invention are described below with the aid of Figures 1 to 2.

En la figura 1 se ha representado un esquema de las unidades que forman parte de la instalación y de los flujos que se desplazan entre ellas.Figure 1 shows a diagram of the units that are part of the installation and the flows that move between them.

Como se puede ver en dicha figura, la instalación comprende una unidad de separación (1) mediante membranas para producción de una corriente de aire enriquecido en oxígeno a la que entra una primera corriente de aire (2) que sale enriquecida en oxígeno (3) con una concentración de oxígeno de entre 25-50%v/v. As can be seen in said figure, the installation comprises a separation unit (1) by membranes for the production of a stream of oxygen enriched air into which a first air stream (2) enters enriched in oxygen (3). with an oxygen concentration of between 25-50% v / v.

Asimismo la instalación dispone de una caldera (4) para oxicombustión parcial de un combustible fósil mediante la corriente de aire enriquecido en oxígeno obtenida en la unidad de separación a la que entran la corriente de aire enriquecida en oxígeno (3) y el combustible fósil (5) que se va a quemar y de la que sale una corriente de gases de combustión (6) con entre un 25-60%v/v de CO2.The installation also has a boiler (4) for partial oxy-combustion of a fossil fuel by means of the oxygen enriched air stream obtained in the separation unit into which the oxygen enriched air stream (3) and the fossil fuel ( 5) that is going to burn and from which a stream of flue gases (6) comes out with between 25-60% v / v of CO2.

Otra unidad esencial de la instalación es una unidad de calcinación-carbonatación (7) para la captura del CO2 de la corriente de gases de combustión (6) mediante un procedimiento de Calcium-Looping y que comprende un carbonatador (8) al que entra la corriente de gases de combustión (6) y del que sale una corriente de gas "limpio” (con una notable menor cantidad de CO2) (9) y una corriente de sólidos (separada de la corriente de gas purificado (9) preferentemente con un ciclón), y comprende un calcinador (10) al que llega la corriente de sólidos que sale del carbonatador (8), junto con combustible y oxígeno,y del que sale una corriente de CO2 puro (11) para su compresión, almacenamiento o reutilización. La energía térmica necesaria para llevar a cabo la calcinación se obtiene mediante oxy-combustión total de carbón, biomasa u otro combustible similar.Another essential unit of the installation is a calcination-carbonation unit (7) for the capture of CO2 from the flue gas stream (6) by means of a Calcium-Looping process and comprising a carbonator (8) to which the flue gas stream (6) and from which a "clean" gas stream (with a significantly lower amount of CO2) (9) and a stream of solids (separated from the purified gas stream (9) preferably with a cyclone), and comprises a calciner (10) which reaches the stream of solids that comes out of the carbonator (8), together with fuel and oxygen, and from which a stream of pure CO2 (11) leaves for compression, storage or reuse The thermal energy necessary to carry out the calcination is obtained by total oxy-combustion of coal, biomass or other similar fuel.

A modo de ejemplo de la invención, se muestra un proceso de captura de CO2 mediante la instalación propuesta en una central térmica de carbón de 500MWe. En la figura 1 se ha representado un esquema conceptual de la instalación para facilitar la comprensión del procedimiento. En la figura 2 se ha representado una esquema detallado de la instalación. Los datos más relevantes en cuanto a balances de materia y energía en el sistema se muestran en la tabla 1.As an example of the invention, a CO2 capture process is shown by the proposed installation in a 500MWe coal thermal power plant. Figure 1 shows a conceptual scheme of the installation to facilitate the understanding of the procedure. A detailed diagram of the installation is shown in Figure 2. The most relevant data regarding matter and energy balances in the system are shown in Table 1.

En este ejemplo la corriente de aire enriquecida en O2 a la salida de la unidad de separación mediante membranas (1) es de 281 kg/s con una concentración de O2 del 38%v/v. Para ello es necesario el procesado de 2810 kg/s de aire considerando un factor de corte de 0.1.In this example the air stream enriched in O2 at the outlet of the separation unit by membranes (1) is 281 kg / s with an O2 concentration of 38% v / v. For this, it is necessary to process 2810 kg / s of air considering a cut-off factor of 0.1.

En la instalación se asume un consumo energético en el proceso causado por la bomba de vacío y la posterior compresión de la corriente de aire enriquecida en O2 (3) hasta las condiciones de entrada a la caldera (4) de 90 kWh/tn O2, consumo equivalente a utilizar una presión de vacío de 0.25 bar. In the installation, an energy consumption is assumed in the process caused by the vacuum pump and the subsequent compression of the enriched air stream in O2 (3) up to the boiler inlet conditions (4) of 90 kWh / tn O2, equivalent consumption to use a vacuum pressure of 0.25 bar.

La corriente de aire enriquecida en oxígeno (3) entra en la caldera (4) donde se produce la oxicombustión parcial del combustible fósil (5), que en este ejemplo de realización es de 42.2 kg/s de carbón tipo Pittsburg n°8. A la salida de la caldera (4), la corriente de gases de combustión (6) presenta una concentración de CO2 del 30%v/v. La eficiencia de la caldera (4) asumida es del 88%, y el flujo másico de O2 es tal que se obtiene en la corriente de gases de combustión (6) una fracción de O2 (exceso de oxígeno en la combustión) del 2.5%v/v.The oxygen enriched air stream (3) enters the boiler (4) where the partial oxy-combustion of the fossil fuel (5) occurs, which in this embodiment is 42.2 kg / s of Pittsburg No. 8 coal. At the outlet of the boiler (4), the flue gas stream (6) has a CO2 concentration of 30% v / v. The efficiency of the boiler (4) assumed is 88%, and the mass flow of O2 is such that a fraction of O2 (excess of combustion oxygen) of 2.5% is obtained in the flue gas stream (6) v / v.

Para controlar que la temperatura de llama en el interior de la caldera sea inferior a 1400°C, se impone una recirculación de gases de combustión del 63%. Un compresor a través del que pasa la corriente de recirculación asegura la presión necesaria a la entrada de la caldera. En un ejemplo de realización preferente, a la salida de la caldera se dispone de un primer ciclón para separar cenizas y posibles sólidos no quemados de la corriente gaseosa.To control that the flame temperature inside the boiler is below 1400 ° C, a recirculation of combustion gases of 63% is imposed. A compressor through which the recirculation current passes ensures the necessary pressure at the boiler inlet. In a preferred embodiment, a first cyclone is available at the outlet of the boiler to separate ashes and possible unburned solids from the gas stream.

El calor liberado en la combustión llevada a cabo en la caldera (4) se emplea en un intercambiador de calor tipo HRSG (12) para producir vapor sobrecalentado en un ciclo de vapor primario (24), donde una corriente de agua (13) precalentada (168°C, 300 bar) se evapora y sobrecalienta hasta alcanzar las condiciones de vapor vivo impuestas (600°C, 290 bar). El ciclo de vapor primario (24) se configura con una etapa de recalentamiento intermedio en un tercer intercambiador (20) en el que una corriente de vapor (21) pasa de 188°C a 620°C, siendo este calor también obtenido por la caldera (4) de oxicombustión. El vapor sobrecalentado producido mediante el calor liberado en la caldera se emplea para obtener energía (26) en una turbina que forma parte de la primera unidad de potencia principal (14).The heat released in the combustion carried out in the boiler (4) is used in an HRSG type heat exchanger (12) to produce superheated steam in a primary steam cycle (24), where a preheated water stream (13) (168 ° C, 300 bar) evaporates and overheats until the imposed live steam conditions (600 ° C, 290 bar) are reached. The primary steam cycle (24) is configured with an intermediate reheating stage in a third exchanger (20) in which a steam stream (21) passes from 188 ° C to 620 ° C, this heat also being obtained by the boiler (4) of oxy-combustion. The superheated steam produced by the heat released in the boiler is used to obtain energy (26) in a turbine that is part of the first main power unit (14).

La presión de condensación del ciclo de vapor primario (24) es de 0.05 bar. Como consecuencia de lo anterior, el ciclo de vapor primario (24) cuenta con una eficiencia termoeléctrica del 45%. La potencia neta resultante del proceso de oxicombustión es de 513 MWe, con un rendimiento del sistema completo del 36,2%. Teniendo en cuenta el rendimiento de la unidad de potencia principal (14) en el caso de combustión con aire tradicional en centrales de carbón, la penalización del proceso realizado en la unidad de separación mediante membranas (1) y la oxicombustión parcial en la caldera (4) es del 1,63%. The condensation pressure of the primary steam cycle (24) is 0.05 bar. As a consequence of the above, the primary steam cycle (24) has a thermoelectric efficiency of 45%. The net power resulting from the oxy-combustion process is 513 MWe, with a complete system yield of 36.2%. Taking into account the performance of the main power unit (14) in the case of combustion with traditional air in coal-fired power plants, the penalization of the process carried out in the separation unit by means of membranes (1) and the partial oxy-combustion in the boiler ( 4) is 1.63%.

A la salida de la caldera (4) de oxicombustión una parte de la corriente de gases es recirculada (28) para mantener la temperatura de llama en al caldera pro debajo de 1400°C mientras que 322.9 kg/s de gases de combustión (6) con una concentración de CO2 del 30%v/v son enviados hacia el ciclo de calcinación-carbonatación. La instalación comprende un sistema de enfriamiento para reducir la cantidad de vapor de agua en la corriente de gases de combustión (6) y para reducir el consumo de energía en un primer compresor (22) dispuesto a la entrada del carbonatador (8) que asegura que dicha corriente de gases de combustión (6) llega al carbonatador (8) con las condiciones de presión requeridas.At the outlet of the oxy-combustion boiler (4) a part of the gas stream is recirculated (28) to keep the flame temperature in the boiler below 1400 ° C while 322.9 kg / s of flue gas (6 ) with a CO2 concentration of 30% v / v are sent to the calcination-carbonation cycle. The installation comprises a cooling system to reduce the amount of water vapor in the flue gas stream (6) and to reduce the energy consumption in a first compressor (22) arranged at the inlet of the carbonator (8) that ensures that said flue gas stream (6) reaches the carbonator (8) with the required pressure conditions.

Para incrementar la temperatura de la corriente de gases de combustión (6) de entrada al carbonatador (8) se dispone de dos intercambiadores de calor gas-gas (24, 25) en serie que, para el calentamiento, usan respectivamente: el calor sensible procedente de la corriente de CO2 puro (11), comprimida y lista para el almacenamiento después del proceso de Calcium-Looping (a la salida del calcinador (10)) y el calor de la corriente de gas purificado (9) a la salida del carbonatador (8) listos para ser vertidos a la atmósfera. Así, la entrada de gases en el carbonatador (8) se produce a una temperatura de 198°C y con una presión de 1.2 bar, suficiente para cubrir las pérdidas de carga que tienen lugar tanto en el reactor de carbonatación como en el ciclón a la salida del carbonatador (el ciclón en el que se separa la corriente de sólidos de la corriente gaseosa que sale del carbonatador).To increase the temperature of the flue gas stream (6) entering the carbonator (8), there are two gas-gas heat exchangers (24, 25) in series that, for heating, use respectively: sensible heat from the stream of pure CO2 (11), compressed and ready for storage after the Calcium-Looping process (at the outlet of the calciner (10)) and the heat of the stream of purified gas (9) at the outlet of the carbonator (8) ready to be poured into the atmosphere. Thus, the entry of gases into the carbonator (8) occurs at a temperature of 198 ° C and with a pressure of 1.2 bar, sufficient to cover the pressure losses that occur both in the carbonation reactor and in the cyclone at the carbonator outlet (the cyclone in which the stream of solids is separated from the gaseous stream leaving the carbonator).

En el carbonatador (8), la corriente de gases de combustión reacciona con un flujo entrante de sólidos (18) de 2535 kg/s (2388 kg/s de CaO mientras que el resto son cenizas y CaSO4 formados en el proceso) a 670°C proveniente del calcinador (11). Esto supone un ratio de flujo molar de sólidos frente a flujo molar de CO2 FR/F C02 = 15 .In the carbonator (8), the flue gas stream reacts with an incoming flow of solids (18) of 2535 kg / s (2388 kg / s of CaO while the rest are ashes and CaSO4 formed in the process) at 670 ° C from the calciner (11). This assumes a molar flux ratio of solids versus molar flux of CO2 FR / F C02 = 15.

Considerando un inventario de sólidos en el calcinador (8) de 400 tn, la eficiencia de captura obtenida es del 95%. Así, se produce una cantidad de CaCO3 de 270 kg/s mientras que 2236 k/s de CaO quedan sin reaccionar. La corriente de gas purificada (9) está compuesta por los gases de combustión a la salida del carbonatador (8) que tienen una fracción molar de 0.02 de CO2, lo que hace asumible su vertido a la atmosfera tras aprovechar parte de su calor sensible para precalentar la corriente de agua (16) a la entrada de la unidad secundaria de potencia (17) (generador de vapor) hasta 329°C en los segundos intercambiadores de calor (15) y para el precalentamiento de los gases de entrada al carbonatador (8), que son los gases de combustión (6) salientes de la caldera (4), en el primer intercambiador de calor (12).Considering an inventory of solids in the calciner (8) of 400 tons, the capture efficiency obtained is 95%. Thus, an amount of CaCO3 of 270 kg / s is produced while 2236 k / s of CaO remain unreacted. The purified gas stream (9) is composed of flue gases at the outlet of the carbonator (8) that have a molar fraction of 0.02 CO2, which makes its discharge into the atmosphere acceptable after taking advantage of some of its sensible heat to preheat the water stream (16) to the input of the secondary power unit (17) (steam generator) up to 329 ° C in the second heat exchangers (15) and for preheating the inlet gases to the carbonator (8), which are the flue gases (6) protruding from the boiler (4), in the first heat exchanger heat (12).

El calor producido en la reacción exotérmica de carbonatación se usa para alimentar un ciclo secundario de vapor (segunda unidad de potencia (17)), obtenido 177 kg/s de vapor sobrecalentado con unas condiciones de vapor vivo de 600°C y 290 bar. En el ciclo de vapor secundario (25) la etapa de recalentamiento se realiza utilizando parte del calor sensible de la corriente de CO2 puro (11) a 950°C que sale del calcinador (10). Con lo anterior, a partir del ciclo de vapor secundario (25) se obtiene una energía (26) correspondiente a una potencia neta de 288 MWe. Una parte importante de esta potencia eléctrica (~60%) se usa en la unidad de calcinación-carbonatación (7), teniendo lugar el principal consumo en la producción de O2 necesario para la oxicombustión parcial del calcinador (8), en el transporte de sólidos y en la compresión del CO2 capturado para su almacenamiento o uso en otros procesos industriales.The heat produced in the exothermic carbonation reaction is used to feed a secondary steam cycle (second power unit (17)), obtained 177 kg / s of superheated steam with live steam conditions of 600 ° C and 290 bar. In the secondary steam cycle (25) the reheating stage is carried out using part of the sensible heat of the pure CO2 stream (11) at 950 ° C leaving the calciner (10). With the above, from the secondary steam cycle (25) an energy (26) corresponding to a net power of 288 MWe is obtained. An important part of this electrical power (~ 60%) is used in the calcination-carbonation unit (7), taking place the main consumption in the production of O2 necessary for the partial oxycombustion of the calciner (8), in the transport of solid and in the compression of the captured CO2 for storage or use in other industrial processes.

Después de ser separados de la corriente gaseosa, los sólidos (18) son enviados al calcinador (8) para la regeneración del sorbente, pasando previamente por un sistema de intercambio de calor (26) que provoca el aumento de temperatura del entrante de sólidos (18) hasta 912°C a la entrada del calcinador.After being separated from the gas stream, the solids (18) are sent to the calciner (8) for the regeneration of the sorbent, previously passing through a heat exchange system (26) that causes the temperature rise of the solids inlet ( 18) up to 912 ° C at the inlet of the calciner.

Esto reduce notablemente el consumo de combustible destinado a aumentar la temperatura de los reactivos hasta las condiciones necesarias para la calcinación (950°C y presión atmosférica). En el calcinador (8), es necesaria la oxicombustión de 22.3 kg/s de combustible (carbón) para llevar a cabo el calentamiento del CaCO3 para que tenga lugar la reacción endotérmica de calcinación, mediante la cual se regeneran el sorbente (CaO) que será a continuación enviado al carbonatador (8) para un nuevo ciclo. En otros ejemplos de realización el combustible puede ser diferente a carbón y la fuente de CO2 puede ser otro tipo de planta de combustible fósil o industrial.This significantly reduces the fuel consumption intended to increase the temperature of the reagents to the conditions necessary for calcination (950 ° C and atmospheric pressure). In the calciner (8), the oxy-combustion of 22.3 kg / s of fuel (coal) is necessary to carry out the heating of the CaCO3 so that the endothermic calcination reaction takes place, by which the sorbent (CaO) is regenerated. It will then be sent to the carbonator (8) for a new cycle. In other embodiments the fuel may be different from coal and the CO2 source may be another type of fossil or industrial fuel plant.

En el calcinador (8), para la oxicombustión se usa una corriente de 59.5 kg/s de O2 (95%v/v) producida mediante un proceso de destilación criogénica, con un consumo asociado al proceso de 200 kWh/tn O2 producida.In the calciner (8), a current of 59.5 kg / s of O2 (95% v / v) produced by a cryogenic distillation process is used for oxy-combustion, with a consumption associated with the 200 kWh / tn O2 process produced.

A la salida del calcinador (10) se obtiene una corriente de gases, que se ha referenciado como corriente de CO2 puro (11), de 203.4 kg/s compuesta principalmente de CO2 (90%v/v) y agua (5%v/v). Después de ceder parte de su calor sensible en el recalentamiento del ciclo de vapor secundario mediante un recalentador (27) se hace pasar por un sistema de purificación para eliminar, por condensación, el vapor de agua mientras que el CO2 se comprime en un compresor (23) hasta 100 bar para su almacenamiento o posterior utilización.At the outlet of the calciner (10) a gas stream is obtained, which has been referred to as pure CO2 stream (11), of 203.4 kg / s compound mainly of CO2 (90% v / v) and water (5% v / v). After assigning part of its sensible heat in the reheating of the secondary steam cycle by means of a superheater (27) it is passed through a purification system to remove, by condensation, the water vapor while the CO2 is compressed in a compressor ( 23) up to 100 bar for storage or later use.

Como consecuencia del proceso llevado a cabo en la unidad de calcinacióncarbonatación (7), se obtiene una penalización energética del 6.12%. Esta penalización, unida al 1.63% de penalización provocada por la unidad de separación mediante membranas (1) en la etapa previa a la oxicombustión parcial en la caldera (4), da lugar a un consumo específico de combustible destinado al sistema de captura en el proceso completo que se lleva a cabo en la instalación de 3.05 MJ/kg CO2, valor menor al obtenido en procesos de captura de CO2 mediante oxicombustión (~4 MJ/kg CO2) o Calcium-Looping (~3.5 MJ/kg CO2).As a consequence of the process carried out in the carbonation calcination unit (7), an energy penalty of 6.12% is obtained. This penalty, together with the 1.63% penalty caused by the separation unit using membranes (1) in the stage prior to partial oxy-combustion in the boiler (4), results in a specific fuel consumption destined for the capture system in the complete process that is carried out in the installation of 3.05 MJ / kg CO2, lower value than that obtained in CO2 capture processes by oxy-combustion (~ 4 MJ / kg CO2) or Calcium-Looping (~ 3.5 MJ / kg CO2).

En la siguiente tabla se muestran los valores de diferentes parámetros obtenidos empleando una instalación de captura de CO2 como la descrita.The following table shows the values of different parameters obtained using a CO2 capture facility as described.

Tabla 1: Principales resultados de simulación de la instalación de captura de CO2Table 1: Main simulation results of the CO2 capture facility

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Dónde:Where:

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Claims (16)

R E I V I N D I C A C I O N E S 1. - Instalación de captura de CO2 caracterizada por que comprende:1. - CO2 capture facility characterized by comprising: -una unidad de separación (1) mediante membranas, que comprende al menos una membrana, para producción de una corriente de aire enriquecido en oxígeno a la que entra una primera corriente de aire (2) que sale una corriente de aire enriquecida en oxígeno (3) con una concentración de oxígeno de entre 25-50%v/v;- a separation unit (1) by membranes, which comprises at least one membrane, for the production of an oxygen enriched air stream to which a first air stream (2) enters which an oxygen enriched air stream exits ( 3) with an oxygen concentration of between 25-50% v / v; -una caldera (4) para oxicombustión parcial de un combustible fósil mediante la corriente de aire enriquecido en oxígeno obtenida en la unidad de separación a la que entran la corriente de aire enriquecida en oxígeno (3) y el combustible fósil (5) que se va a quemar y de la que sale una corriente de gases de combustión (6) con entre un 25-60%v/v de CO2,-a boiler (4) for partial oxy-combustion of a fossil fuel by means of the oxygen enriched air stream obtained in the separation unit into which the oxygen enriched air stream (3) and the fossil fuel (5) enter will burn and from which a stream of flue gases (6) with 25-60% v / v of CO2 comes out, -una unidad de calcinación-carbonatación (7) para la captura del CO2 de la corriente de gases de combustión (6) mediante un procedimiento de Calcium-Looping y que comprende un carbonatador (8) al que entra la corriente de gases de combustión (6) y una corriente de sólidos ricos en CaO procedentes del calcinador(18) y del que sale una corriente de gas purificado (9) y una corriente de sólidos ricos en CaCO3, y comprende un calcinador (10) al que llega la corriente de sólidos que sale del carbonatador (8) y una corriente de O2 para realizar la calcinación mediante oxicombustion de un combustible, y del que sale una corriente de CO2 casi puro (11) para su compresión, almacenamiento o reutilización.-a calcination-carbonation unit (7) for the capture of CO2 from the flue gas stream (6) by means of a Calcium-Looping procedure and comprising a carbonator (8) to which the flue gas stream enters ( 6) and a stream of solids rich in CaO from the calciner (18) and from which a stream of purified gas (9) and a stream of solids rich in CaCO3 comes out, and comprises a calciner (10) to which the stream of solids that leave the carbonator (8) and a stream of O2 to perform the calcination by oxy-combustion of a fuel, and from which an almost pure CO2 stream (11) comes out for compression, storage or reuse. 2. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que al menos una membrana de la unidad de separación mediante membranas (1) es una membrana polimérica.2. - CO2 capture installation according to claim 1 characterized in that at least one membrane of the membrane separation unit (1) is a polymeric membrane. 3. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 2 caracterizada por que las membranas tienen una selectividad O2/N2 de al menos 4 y una permeabilidad de al menos 250 Barrers.3. - Installation of CO2 capture according to claim 2 characterized in that the membranes have an O2 / N2 selectivity of at least 4 and a permeability of at least 250 Barrers. 4. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que el combustible sólido (5) que entra en la caldera se selecciona entre carbono, gas natural o biomasa. 4. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that the solid fuel (5) entering the boiler is selected from carbon, natural gas or biomass. 5. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que la corriente de gases de combustión (6) tienen una concentración de CO2 superior al 15% v/v.5. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that the flue gas stream (6) has a CO2 concentration greater than 15% v / v. 6. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que el carbonatador, el calcinador o ambos son reactores de lecho fluidizado.6. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that the carbonator, the calciner or both are fluidized bed reactors. 7. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que comprende una bomba de vacío entre la unidad de separación (1) y la caldera (4) configurada para crear un vacío que fuerza el paso de la primera corriente de aire (2) a través de la membrana.7. - CO2 capture installation according to claim 1 characterized in that it comprises a vacuum pump between the separation unit (1) and the boiler (4) configured to create a vacuum that forces the passage of the first air stream ( 2) through the membrane. 8. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que comprende una pluralidad de primeros intercambiadores de calor (12) a través de los que pasa la corriente de gases de combustión (6) para calentar una primera corriente de vapor de agua (13) para ser empleada en una turbina en una unidad de potencia principal (14).8. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that it comprises a plurality of first heat exchangers (12) through which the flue gas stream (6) passes to heat a first stream of water vapor (13) to be used in a turbine in a main power unit (14). 9. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que comprende un compresor a la entrada de la unidad de calcinación-carbonatación (7) a través del que pasa la corriente de gases de combustión (6) antes de entrar en la unidad de calcinación-carbonatación (7).9. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that it comprises a compressor at the inlet of the calcination-carbonation unit (7) through which the flue gas stream (6) passes before entering the calcination-carbonation unit (7). 10. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que comprende unos segundos intercambiadores de calor (15) dispuestos en el carbonatador para calentar una segunda corriente de vapor de agua (16) para ser empleada en una turbina en una unidad de potencia secundaria (17).10. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that it comprises a second heat exchanger (15) arranged in the carbonator to heat a second stream of water vapor (16) to be used in a turbine in a unit of secondary power (17). 11. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que comprende un primer ciclón dispuesto a la salida de la caldera (4) para separar cenizas y sólidos no quemados de la corriente de gases de combustión (6).11. - CO2 capture installation according to claim 1 characterized in that it comprises a first cyclone arranged at the outlet of the boiler (4) to separate ashes and unburned solids from the flue gas stream (6). 12. - Instalación de captura de CO2 según la reivindicación 1 caracterizada por que el sorbente en el carbonatador (8) es CO. 12. - Installation of CO2 capture according to claim 1 characterized in that the sorbent in the carbonator (8) is CO. 13. - Procedimiento de captura de CO2 en una instalación de captura de CO2 como la descrita en una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:13. - CO2 capture procedure in a CO2 capture facility as described in one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises the following steps: a) introducir la primera corriente de aire (2) en la unidad de separación mediante membranas (1);a) introducing the first air stream (2) into the membrane separation unit (1); b) aplicar una diferencia de presión entre los dos lados de la membrana para forzar el paso de la primera corriente de aire (2) a través de dicha membrana;b) apply a pressure difference between the two sides of the membrane to force the passage of the first air stream (2) through said membrane; c) introducir la corriente de aire enriquecida en oxígeno (3) y el combustible fósil (5) en la caldera (4) y realizar una oxicombustión parcial del combustible fósil (5);c) introduce the oxygen enriched air stream (3) and the fossil fuel (5) into the boiler (4) and perform a partial oxy-combustion of the fossil fuel (5); d) introducir la corriente de gases de combustión (6) en el carbonatador (8) y una corriente de sólidos ricos en CaO;d) introduce the flue gas stream (6) into the carbonator (8) and a stream of solids rich in CaO; e) introducir una corriente de sólidos proveniente del carbonatador ricos en CaCO3 (8) en el calcinador (10) y O2 para realizar su calcinación mediante oxicombustión y obtener una corriente de CO2 de alta pureza (11).e) introduce a stream of solids from the carbonator rich in CaCO3 (8) in the calciner (10) and O2 to perform calcination by oxy-combustion and obtain a stream of high purity CO2 (11). 14. - Procedimiento según la reivindicación 13 caracterizado por que comprende adicionalmente una etapa f) de condesar el vapor de agua de la corriente de CO2 de alta pureza (11) y comprimir dicha corriente en un compresor (23).14. - Method according to claim 13 characterized in that it further comprises a step f) of condensing the water vapor of the high purity CO2 stream (11) and compressing said stream into a compressor (23). 15. - Procedimiento según la reivindicación 13 caracterizado por que comprende una etapa de calentar una primera corriente de vapor de agua (13) en la caldera (4) y una etapa posterior de emplear dicha primera corriente de vapor de agua (13) en la turbina de la unidad de potencia principal (14) para obtener energía eléctrica.15. - Method according to claim 13 characterized in that it comprises a stage of heating a first stream of water vapor (13) in the boiler (4) and a subsequent stage of using said first stream of water vapor (13) in the turbine of the main power unit (14) to obtain electric power. 16. - Procedimiento según la reivindicación 13 caracterizado por que comprende una etapa de calentar una segunda corriente de vapor de agua (16) en unos segundos intercambiadores de calor (15) del carbonatador (8) y una etapa posterior de emplear dicha segunda corriente de vapor de agua (16) en la turbina de unidad de potencia secundaria (17) para obtener energía eléctrica. 16. - Method according to claim 13 characterized in that it comprises a step of heating a second stream of water vapor (16) in a second heat exchangers (15) of the carbonator (8) and a subsequent stage of using said second stream of water vapor (16) in the secondary power unit turbine (17) to obtain electric power.
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