ES2918173T3 - Procedimiento de tratamiento de gas de escape - Google Patents

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Abstract

En un método de procesamiento de gases de escape que contiene CO2, como los gases de escape de una planta de producción de cemento, se llevan a cabo los siguientes pasos:- Quema de combustible en el reactor de combustión con el contenido de O2 del gas de escape que se utiliza como agente oxidante,---- Control de la combustión en el reactor de combustión para que los gases de escape del reactor de combustión contengan menos del 10 vol. ReactorInto Un reactor de conversión, en el que el CO2 y opcionalmente el CO contenido en el gas de escape se convierte en un combustible de hidrocarburos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de tratamiento de gas de escape
La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de gas de escape que contiene CO2 y O2, tal como gas de escape procedente de una planta de producción de cemento.
En procedimientos conocidos para producir clínker de cemento, la materia prima suministrada a un horno giratorio se precalienta y se descarboniza parcialmente en un sistema precalentador multietapa utilizando el calor de los gases de combustión expulsados del horno giratorio. La materia prima precalentada se suministra al horno giratorio a través de la entrada del horno y se desplaza hacia la salida del horno mientras se calcina a temperaturas de hasta 1400°C.
El dióxido de carbono (CO2) es el gas de efecto invernadero de larga duración más importante en la atmósfera terrestre. El uso de combustibles fósiles y la deforestación han incrementado rápidamente su concentración en la atmósfera, llevando al calentamiento global. El dióxido de carbono provoca también acidificación de los océanos debido a que se disuelve en el agua para formar ácido carbónico.
La industria del cemento es un emisor importante de CO2. Dentro del procedimiento de producción de cemento, se generan cantidades significativas de CO2 durante la descarbonización de la harina cruda (que contiene CaCO3) a cal (CaO). Durante la producción de clínker de cemento Portland, se emiten alrededor de 0,9 toneladas de CO2 por tonelada de clínker de cemento Portland por la calcinación de las materias primas y a partir de la combustión de combustible en el horno giratorio.
El uso de combustibles alternativos, en particular combustibles renovables, en el quemador del horno giratorio puede reducir las cantidades de gases de efecto invernadero. Sin embargo, se producen todavía cantidades sustanciales de CO2 producidas por la descarbonización de harina cruda y se emiten a la atmósfera.
Se ha propuesto el uso de procedimientos de captura y secuestro de carbono con el fin de reducir o impedir la emisión de CO2 a la atmósfera procedente de procesos industriales. Dichos procedimientos comprenden capturar CO2 procedente de gases efluentes para almacenamiento o para uso en otras aplicaciones industriales.
Se han desarrollado varias tecnologías para extraer y capturar CO2 de dichos gases efluentes con el fin de permitir el secuestro de carbono. Una tecnología conocida para capturar CO2 presente en los gases efluentes es el lavado con aminas. Este procedimiento consiste en extraer la fracción de CO2 de un gas efluente de poscombustión limpiando los gases con un disolvente de amina, regenerando el disolvente por destilación por arrastre de vapor, liberando así CO2 casi puro, y reciclando el disolvente destilado al absorbedor. Aunque esta tecnología es muy eficiente, es también bastante cara.
Alternativamente, puede absorberse CO2 de un gas que contiene CO2 por medio de absorción química con soluciones de KOH o NaOH.
Una vez extraído del gas que contiene CO2, el CO2 puede almacenarse de diferentes maneras, tales como, por ejemplo, en formas de mineral carbonatado estable. El respectivo procedimiento se conoce como “secuestro de carbono por carbonatación mineral”. El procedimiento implica hacer reaccionar el dióxido de carbono con un material sólido carbonatable, comprendiendo dicho material óxidos metálicos, en particular óxido de magnesio (MgO) u óxido de calcio (CaO), para formar carbonatos estables.
Alternativamente, se ha propuesto también convertir el CO2 capturado del gas de escape en un combustible renovable añadiendo H2.
Los procedimientos conocidos para extraer y capturar CO2 de gases efluentes para el tratamiento adicional del CO2 en forma concentrada son molestos y costosos.
Por tanto, es una finalidad de esta invención proporcionar un procedimiento mejorado de tratamiento de gases de escape que evita cualquier emisión de CO2 a la atmósfera y que permite una concentración de CO2 a partir del gas de escape a un precio bajo.
Con el fin de resolver estos objetivos, la invención proporciona un procedimiento de tratamiento de gas de escape que contiene CO2 y O2 , tal como gas de escape procedente de una planta de producción de cemento, que comprende las siguientes etapas:
- introducir el gas de escape dentro de un reactor de combustión,
- quemar combustible en el reactor de combustión, siendo el contenido de O2 del gas de escape utilizado como un agente de oxidación,
- controlar la combustión en el reactor de combustión, de modo que el gas de escape procedente del reactor de combustión contiene menos del 10% en volumen de oxígeno y por lo menos el 80% en volumen de una mezcla de CO y CO2 ,
- suministrar el gas de escape procedente del reactor de combustión a un reactor de conversión CO2/CO en el que el CO2 y opcionalmente el CO contenido en el gas de escape se convierte en un combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible inflamable.
El procedimiento convierte todo el CO2 contenido en el gas de escape en un combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible inflamable. Preferentemente, el gas de escape es tomado de un precalentador de horno de cemento de la planta de producción de cemento.
El procedimiento inventivo no requiere ninguna etapa de extracción o captura de CO2 con el fin de extraer o capturar el CO2 del gas de escape. Por el contrario, el CO2 presente inicialmente en el gas de escape en una fracción relativamente baja, se concentra utilizando el contenido de O2 del gas de escape como un agente de oxidación para quemar combustible en un reactor de combustión. De esta manera, se reduce el contenido de O2 del gas de escape y se incrementan el CO2 y, opcionalmente, el contenido de CO del gas de escape de modo que el gas de escape que deja el reactor de combustión contiene por lo menos el 80% en volumen, preferentemente por lo menos el 90% en volumen, de una mezcla de CO y CO2. De esta manera, un gas que presenta una alta concentración de CO2 puede suministrarse al reactor de conversión CO2/CO, de modo que la conversión en un combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible inflamable en dicho reactor de conversión CO2/CO, puede efectuarse de una manera altamente eficiente y rentable.
Preferentemente, el gas de escape que debe tratarse con el procedimiento de la invención tiene un contenido de N2 de < 20% en volumen. Con el fin de reducir el contenido de N2 en el gas de escape, en el caso de un gas de escape que proceda de una planta de producción de cemento, el aire de combustión para la combustión en el horno de cemento y el precalcinador puede enriquecerse con O2 o puede ser O2 puro. Además, el aire de combustión para la combustión en el reactor de combustión puede enriquecerse con O2 o puede ser O2 puro. Preferentemente, el aire de combustión añadido al sistema de horno y/o el reactor de combustión se enriquece con oxígeno, presentando el aire de combustión un contenido de O2 de entre 21 y 100%.
El combustible quemado en el reactor de combustión puede ser cualquier clase de combustible sólido o líquido o gaseoso.
El combustible renovable producido por el procedimiento de la invención puede utilizarse de muchas maneras, por ejemplo, como combustible alternativo para el quemador de horno de un horno de cemento o como combustible para otras industrias, por ejemplo, como combustible de aviación renovable.
Según una forma de realización preferida, el combustible hidrocarbúrico, en particular el combustible inflamable, obtenido del reactor de conversión se suministra como combustible al quemador de un horno de cemento de la planta de producción de cemento. De esta manera, el procedimiento de producción de clínker ya no tiene emisiones de CO2 (es neutro en carbono) debido a que todo el carbono resultante de la combustión de combustibles en el procedimiento de producción de clínker y de la descarbonización de la materia prima de cemento se convierte en un combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible inflamable renovable.
La expresión “combustible renovable” se entiende que significa combustibles que se originan a partir de fuentes renovables o se producen a partir de fuentes renovables, tales como biocombustibles (por ejemplo, aceite vegetal, biomasa y biodiésel). Esto contrasta con los combustibles no renovables tales como gas natural, LPG (propano), petróleo y otros combustibles fósiles.
Preferentemente, por lo menos parte del gas de escape, antes de introducirse en el reactor de combustión, se utiliza primero para secar un combustible sólido, en particular un combustible renovable sólido, en una primera unidad de secado, obteniendo así un combustible seco, después de lo cual el combustible seco es molido opcionalmente para obtener un combustible molido. En este caso, el gas de escape se utiliza como fuente de calor para secar los combustibles sólidos. Pueden utilizarse diversos tipos de combustibles sólidos, tales como, por ejemplo, carbón vegetal, biocarbón, biomasa o coque de petróleo. El combustible secado en la primera unidad de secado y molido seguidamente de forma opcional puede utilizarse preferentemente como combustible en el reactor de combustión. Alternativamente, el combustible que se quema en el reactor de combustión es un combustible diferente del combustible que se seca en la primera unidad de secado y opcionalmente es molido a continuación. Alternativamente, el combustible quemado en el reactor de combustión puede ser una mezcla del combustible que se ha secado en la primera unidad de secado y a continuación se ha molido opcionalmente y de un combustible diferente. Adicionalmente, este combustible puede ser también el combustible renovable o un subproducto producido en el reactor de conversión CO2/CO.
Según una forma de realización preferida, el gas de escape puede utilizarse también como fuente de calor para secar la mezcla cruda que se utiliza para la preparación de cemento. En este contexto, el procedimiento de la invención se caracteriza preferentemente por que por lo menos parte del gas de escape se utiliza para secar harina cruda de cemento en una segunda unidad de secado, obteniéndose así una harina cruda seca, moliéndose la harina cruda seca para obtener una harina cruda molida que se suministra a un precalentador de una planta de producción de cemento.
Como se menciona anteriormente, se utiliza un reactor de combustión en la segunda etapa del procedimiento para quemar combustible. El reactor de combustión puede ser cualquier reactor que sea adecuado para controlar la combustión, de modo que el gas de escape procedente del reactor de combustión contenga menos del 10% en volumen de oxígeno y por lo menos el 80% en volumen de una mezcla de CO y CO2. Preferentemente, el reactor de combustión es un reactor de monóxido de carbono en el que el carbono contenido en el combustible se convierte en monóxido de carbono y dióxido de carbono consumiendo el O2 contenido en el gas de escape. La relación de CO a CO2 en el gas de escape del reactor de combustión puede ajustarse según se requiera por el reactor de conversión CO2/CO.
Por ejemplo, el reactor de combustión puede ser un generador de gas caliente, tal como un generador de gas caliente suministrado por Fives (Pillard).
La combustión en el reactor de combustión es controlada de manera que se maximice el contenido de CO y CO2 del gas de escape. Además, la combustión en el reactor de combustión es controlada para limitar el contenido de O2 del gas de escape hasta por debajo del 10% en volumen, preferentemente por debajo del 5% en volumen. Esto se consigue preferentemente controlando la cantidad de combustible suministrada al reactor.
Según una forma de realización preferida, el gas de escape procedente del reactor de combustión, antes de suministrarse al reactor de conversión CO2/CO, se conduce a través de un intercambiador de calor para enfriar el gas de escape a una temperatura de, preferentemente, entre 20 y 300°C. En consecuencia, este calor puede utilizarse para secar materias primas o combustibles o para generar electricidad.
Pueden utilizarse diversos tipos de reactores de conversión para convertir el CO y/el CO2 contenidos en el gas de escape procedente del reactor de combustión en un combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible inflamable.
Preferentemente, el reactor de conversión es un biorreactor, un reactor catalítico o un reactor de potencia a combustible. El biorreactor puede comprender un procedimiento de fermentación. Como ejemplo, puede utilizarse un biorreactor como el suministrado por LanzaTech o Electrochaea GmbH.
Alternativamente, el biorreactor puede comprender una reacción catalítica. En particular, pueden utilizarse reactores catalíticos que utilicen el procedimiento Fischer-Tropsch.
Preferentemente, los subproductos producidos en el reactor de conversión, tales como proteínas, se suministran como combustible a un procedimiento de combustión, tal como al quemador de un horno de cemento, de la planta de producción de cemento.
El combustible hidrocarbúrico, en particular el combustible inflamable, producido por el reactor de conversión puede ser biometano, metanol o un combustible renovable para aviación o transporte, por ejemplo, gasolina o queroseno. En general el combustible hidrocarbúrico puede producirse en forma gaseosa o líquida y puede ser cualquier tipo de combustible hidrocarbúrico de bajo o alto peso molecular. El producto de hidrocarburo del reactor de conversión puede utilizarse como combustible hidrocarbúrico o, alternativamente, utilizarse como un agente químico para síntesis química, por ejemplo.
La invención se describirá a continuación con mayor detalle haciendo referencia al dibujo adjunto.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un procedimiento de producción de cemento en el que se ha incorporado el procedimiento de la invención. En la planta de producción de clínker de cemento, se carga harina cruda en un molino de harina cruda 1 y la harina cruda molida se almacena en un silo de harina cruda 2. La harina cruda molida almacenada en el silo de harina cruda 2 se carga en un precalentador 3 en el que se precalienta a contracorriente de los gases de escape calientes que proceden de un horno de clínker giratorio 4. La harina cruda precalentada y, opcionalmente, precalcinada se introduce entonces en el horno giratorio 4 en el que se calcina para obtener clínker de cemento. El clínker deja el horno giratorio 4 en un punto designado por 5 y se enfría en un enfriador de clínker 6. El clínker enfriado deja el enfriador de clínker 6 en el punto designado por 7.
El sistema de encendido del horno giratorio 4 se suministra con combustible, como se ilustra esquemáticamente por 8. Puede introducirse combustible adicional en el precalcinador del precalentador 3, como se ilustra esquemáticamente por 9. Preferentemente, un combustible alternativo, tal como un combustible renovable, se utiliza en el sistema de encendido del horno giratorio 4 y/o en el precalcinador.
El gas de escape que sale del precalentador 3 en 10 contiene CO2 y O2. Según la invención, el gas de escape se introduce en un molino 11 en el que el combustible sólido, tal como carbón vegetal, biocarbón, biomasa o coque de petróleo se seca por medio del calor del gas de escape y se muele. El molino 11 sirve, así como una unidad de secado para el combustible sólido.
Preferentemente, puede utilizarse una parte del gas de escape que sale del precalentador 3 para secar la harina cruda en el molino de harina cruda 1, como se designa por 17.
Preferentemente, una parte del gas de escape que sale del precalentador 3 puede suministrarse a un separador de polvo de alta temperatura 26 para eliminar polvo contenido en los gases de escape.
El combustible sólido molido se descarga del molino 11 y se introduce en un reactor de combustión 12 a través del conducto 13. En el reactor de combustión 12, el combustible molido se quema con el gas de escape procedente del molino 11 a través del conducto 14 y, opcionalmente, con el gas de escape procedente del molino 1 a través del conducto 18, convirtiéndose el carbono contenido en el combustible molido en monóxido de carbono y dióxido de carbono, mientras consume el O2 contenido en el gas de escape. La combustión en el reactor de combustión 12 es controlada de manera que se maximice el contenido de CO y CO2 y se minimice el contenido de O2 , en el gas de escape que deja el reactor de combustión a través del conducto 15. En particular, el gas de escape procedente del reactor de combustión 12 contiene menos del 10% en volumen de O2 y por lo menos el 80% en volumen de una mezcla de CO y CO2.
El gas de escape procedente del reactor de combustión 12 es conducido a través de un intercambiador de calor 16 para enfriar el gas de escape. Seguidamente, el gas de escape se introduce en un reactor de conversión CO2/CO 19 a fin de convertir el CO2 y, opcionalmente el contenido de CO del gas de escape en un combustible inflamable. Puede introducirse hidrógeno en el reactor de conversión CO2/CO 19 en 20 a fin de ayudar a que la reacción tenga lugar en el reactor de conversión CO2/CO 19. Preferentemente, el hidrógeno se ha producido a partir de una fuente de energía renovable o utilizando energía renovable, tal como electricidad procedente de una fuente de energía renovable. El producto producido por el reactor de conversión CO2/CO 19 se recoge en un separador 21 en el que los subproductos, por ejemplo, la proteína 22, se separa de un combustible inflamable gaseoso o líquido 23, tal como biometano, metanol o cualquier otro combustible hidrocarbúrico, en particular un combustible hidrocarbúrico de bajo peso molecular.
El combustible inflamable puede utilizarse para encender el sistema de encendido del horno giratorio 4, tal como es ilustrado por el conducto 24 o puede despacharse en 25 y utilizarse para cualquier otra finalidad.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de tratamiento de gas de escape que contiene CO2 y O2 , tal como gas de escape procedente de una planta de producción de cemento, que comprende las etapas siguientes:
- introducir el gas de escape en un reactor de combustión,
- quemar combustible en el reactor de combustión, siendo el contenido de O2 del gas de escape utilizado como un agente oxidante,
- controlar la combustión en el reactor de combustión, de manera que el gas de escape procedente del reactor de combustión contenga menos del 10% en volumen de oxígeno y por lo menos el 80% en volumen de una mezcla de CO y CO2 ,
- suministrar el gas de escape procedente del reactor de combustión a un reactor de conversión CO2/CO, en el que el CO2 y opcionalmente el CO contenido en el gas de escape se convierte en un combustible hidrocarbúrico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que por lo menos una parte del gas de escape, antes de ser introducida dentro del reactor de combustión, se utiliza para secar un combustible sólido, en particular un combustible renovable sólido, en una primera unidad de secado, obteniéndose, de este modo, un combustible seco, después de lo cual el combustible seco es molido opcionalmente para obtener un combustible molido.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el combustible seco y opcionalmente molido se utiliza como combustible en el reactor de combustión.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que por lo menos parte del gas de escape se utiliza para secar harina cruda de cemento en una segunda unidad de secado, obteniéndose, de este modo, una harina cruda secada, siendo la harina cruda secada molida para obtener una harina cruda molida, que es suministrada a un precalentador de una planta de producción de cemento.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el reactor de conversión CO2/CO es un biorreactor, un reactor catalítico o un reactor de potencia a combustible.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los subproductos producidos en el reactor de conversión CO2/CO, tales como proteínas, son suministrados como combustible a un procedimiento de combustión, tal como al quemador de un horno de cemento, al quemador de precalcinador y/o al quemador de reactor de combustión de la planta de producción de cemento.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el combustible hidrocarbúrico, en particular el combustible inflamable, obtenido del reactor de conversión CO2/CO es suministrado como combustible a un procedimiento de combustión, tal como al quemador de un horno de cemento, al quemador de precalcinador y/o al quemador del reactor de combustión de la planta de producción de cemento.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el gas de escape procedente del reactor de combustión, antes de ser suministrado al reactor de conversión CO2/CO, se conduce a través de un intercambiador de calor para enfriar el gas de escape a una temperatura comprendida preferentemente entre 20 y 300°C.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el gas de escape es tomado de un precalentador de harina cruda de cemento de la planta de producción de cemento.
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