ES2975763T3

ES2975763T3 - Un método para limitar las emisiones de CO2 en los procesos de sosa

Info

Publication number: ES2975763T3
Application number: ES18157938T
Authority: ES
Inventors: Kazimierz Skowron; Damian Zorawski; Lukasz Kiedzik; Ryszard Zelazny; Sylwia Szajkowska-Kobus; Slawomir Wegner; Waldemar Sobczak; Henryk Kowalik; Robert Hulisz; Aleksander Sobolewski; Adam Tatarczuk; Tadeusz Chwola; Aleksander Krotki; Krzysztof Jastrzab; Lucyna Wieclaw-Solny; Tomasz Spietz; Andrzej Wilk; Maciej Wachowiak
Original assignee: Ciech Soda Polska S A
Current assignee: Ciech Soda Polska S A
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2024-07-15
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: EP3363523A1; EP3363523B1; PL3363523T3; PL420590A1; EP3363523B8

Abstract

La presente invención se refiere a un método para limitar las emisiones de CO 2 en procesos de sosa, en el que en una instalación para la implementación del proceso, se introduce una unidad adicional de recuperación de CO 2 (DeCO 2) directamente después de al menos una columna de carbonización. El presente método resulta útil en todos los procesos de soda que utilizan el método Solvay para producir, por ejemplo, bicarbonato de sodio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un método para limitar las emisiones de CO<2>en los procesos de sosa

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una instalación y a un método para limitar la emisión de CO<2>en un proceso de sosa, proceso que es un proceso de producción de ceniza de sosa, bicarbonato de sodio o cal agrícola. El método según la invención contribuye a limitar considerablemente la emisión de CO<2>a la atmósfera sin un aumento simultáneo de los costes operativos del proceso y puede utilizarse con éxito en procesos de varias toneladas implementados utilizando el método Solvay.

Campo de la invención

Debido al continuo aumento del calentamiento global, así como, teniendo en cuenta el efecto invernadero observado relacionado con el aumento continuo de la emisión de dióxido de carbono (CO<2>), existe una demanda constante de una disminución continua de la emisión de este gas, lo que puede contribuir, en gran medida, a la protección del medio ambiente al disminuir la participación de este fenómeno en aquellos procesos realmente indeseados.

Las fuentes de emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera, incluida en particular la emisión de CO<2>, están presentes en todos los ámbitos de la vida humana. Y aunque todavía se asume que la cantidad de dióxido de carbono emitido por las fuentes de origen natural supera la cantidad de CO<2>que proviene de fuentes de origen antropogénico al menos varias veces, es precisamente la limitación de la emisión de dióxido de carbono relacionada con la actividad humana lo que constituye uno de los desafíos clave de la ciencia contemporánea.

Los esfuerzos para limitar la emisión de CO<2>abarcan numerosas ramas de la industria, también incluida la industria de la sosa. Esto ocurre debido al hecho de que la producción de carbonato de sodio y/o bicarbonato de sodio está inseparablemente relacionada con la emisión de dióxido de carbono. Por ejemplo, durante la puesta en marcha o parada de un horno de cal, se emiten a la atmósfera de 70 a 150 kg de CO<2>por tonelada de ceniza de sosa producida. Del mismo modo, durante la producción de bicarbonato purificado, a la salida de la columna de bicarbonato purificado, se emiten de 50 a 300 kg de CO<2>por 1 tonelada del producto obtenido.

Por lo tanto, aunque el método Solvay, comúnmente utilizado en la industria de la sosa, se ha desarrollado durante más de 150 años, todavía hay margen de mejora en este proceso de producción, en particular en términos de maximizar el grado de utilización del CO<2>en este proceso y limitar su emisión a la atmósfera.

Dado que la producción mundial de refrescos alcanza los millones de toneladas al año, incluso las pequeñas mejoras relacionadas con un mejor uso de los recursos y la limitación del consumo de energía y la cantidad de residuos se traducen en ventajas excepcionalmente significativas relacionadas con la economía de los procesos, así como con su impacto operativo en el medio ambiente.

La fuente de dióxido de carbono y cal cáustica calcinada durante la producción de la ceniza de sosa y el bicarbonato de potasio son la piedra caliza y el combustible utilizado para la descomposición de la misma. El calor necesario para la descomposición de la piedra caliza proviene de la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos.

El dióxido de carbono y la cal viva se crean como resultado de la reacción de descomposición del carbonato de calcio según la siguiente reacción:

CaCO3 ^ CaO CO<2>

En la etapa posterior del proceso de sosa, es decir, durante la carbonatación de la salmuera amoniacal (saturada con dióxido de carbono), se produce la precipitación del bicarbonato de sodio en bruto. En general, el proceso de carbonatación de la salmuera amoniacal transcurre según la siguiente reacción:

NaCl NH<3>+ CO<2>+ H<2>O ^ NaHCO3 NH4Cl

Esta reacción es una reacción de equilibrio en la que la conversión del cloruro de sodio en bicarbonato de sodio no es completa.

En realidad, la carbonatación de la salmuera amoniacal transcurre en numerosos etapas y ya comienza en el nodo de absorción de amoniaco. El proceso de saturación de salmuera purificada con amoniaco y dióxido de carbono transcurre según las siguientes reacciones:

NH<3>+ H<2>O ^ NH<4>OH

2 NH<3>+ CO<2>+ H<2>O ^ (NH<4>)<2>CO<3>

El hidrogenocarbonato de sodio en bruto precipitado en columnas de carbonatación, tras la separación de las aguas madre en los filtros, se somete a descomposición térmica en hornos de calcinación según la reacción:

2 NaHCO3 ^ Na2CO3 CO<2>+ H<2>O,

y el carbonato de sodio obtenido es ceniza de sosa ligera. La sosa ligera puede considerarse un producto comercial listo o, tras un procesamiento posterior mediante hidratación y secado, o densificación, puede procesarse para obtener una sosa densa.

Tras la separación del hidrogenocarbonato de sodio en bruto en los filtros, las aguas madre restantes se someten al proceso de recuperación de amoniaco, denominado destilación. El carbonato e hidrogenocarbonato de amonio se descomponen térmicamente, para producir amoniaco y dióxido de carbono como productos. La fuente de calor es vapor a baja presión. El amoniaco contenido en forma de cloruro de amonio se libera utilizando lechada de cal y calentamiento.

Los procesos de descomposición de las sales de amonio transcurren según las reacciones:

NH<4>HCO<3>+ Q ~ NH<3>+ CO<2>+H<2>O

(NH4)2CO3 Q ~ 2 NH<3>+ CO<2>+ H<2>O

2 NH4Cl Ca (OH)<2>~ 2 NH<4>OH CaCl<2>

NH<4>OH Q ^ NH<3>+ H<2>O

Todas estas reacciones requieren un suministro de energía (calor), que normalmente se suministra al proceso utilizando vapor de agua como portador.

El amoniaco sódico resultante puede ser un recurso para la creación de bicarbonato de sodio. La etapa principal para crear bicarbonato de sodio constituye el proceso de carbonatación de una disolución de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio. Esta etapa también se produce en una columna de carbonización hecha a medida e implica saturar la disolución acuosa de carbonatos de sodio con dióxido de carbono gaseoso. En este proceso, el bicarbonato de sodio se crea según la reacción:

Na2CO3 CO<2>+ H<2>O ^ NaHCO3

La absorción de dióxido de carbono en la columna no es completa y depende de la concentración de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato en las condiciones de operación del proceso. Como resultado, el gas que sale de las columnas de carbonatación contiene hasta un 30% en volumen de CO<2>.

El funcionamiento de la planta de horno de cal y los parámetros logrados por esta planta son de vital importancia para la economía de todo el proceso de producción. Un parámetro especialmente importante es la concentración de CO<2>en el gas de horno producido, que normalmente varía entre el 30-42% en volumen. Este parámetro tiene un efecto importante en el consumo de energía para el transporte y la compresión de las corrientes gaseosas a las columnas de carbonatación en la producción de ceniza de sosa y bicarbonato de sodio, en el rendimiento del proceso de carbonatación, en el tamaño de los cristales del bicarbonato de sodio fabricado y en la humedad del mismo y, en consecuencia, es de importancia clave para el consumo de energía y materias primas en el proceso de producción. El funcionamiento tecnológico de los hornos de cal (incluida la concentración de CO<2>en el gas del horno) depende, entre otras cosas, de la calidad de las materias primas utilizadas en el proceso, es decir, la piedra caliza y el combustible. Entre las posibilidades potenciales de reducir el coste de la materia prima fundamental utilizada, en concreto, la piedra caliza, está, entre otras, el uso de piedra caliza fina que tenga una granulación en el intervalo de 10-40 mm. Sin embargo, el uso de piedra caliza fina para el proceso de quema de cal está relacionado con la reducción de la concentración de CO<2>en el gas de horno obtenido hasta un 25-35% en volumen, lo que es desventajoso desde el punto de vista del proceso de carbonatación en la producción de ceniza de sosa y en la producción de bicarbonato de sodio, ya que esto provoca un mayor consumo de energía y materias primas.

El dióxido de carbono contenido en la corriente de gas del horno a una concentración del 30-42% en volumen (gas superior, gas de carbonatación) y en la corriente de gas inferior (gas mixto) a una concentración del 60-85% en volumen, que se suministra a la planta de carbonatación de salmuera amoniacal en el proceso de producción de ceniza de sosa no se consume por completo (debido a las restricciones de equilibrio de las reacciones), y su parte, tras la purificación de la corriente de gas a partir del amoniaco, se emite a la atmósfera.

En las instalaciones para la implementación de procesos con sosa y, por lo tanto, para la producción de ceniza de sosa, bicarbonato de sodio o fertilizante de cal, la corriente de gas posterior a la reacción procedente de las columnas de carbonización, que contiene cantidades sin reaccionar de dióxido de carbono y amoniaco, se somete a la purificación de las cantidades excesivas de estos gases. Este método de producción de carbonato de sodio, en el que se introducen en unas aguas madre los vapores que contienen amoniaco, y también algo de dióxido de carbono, formado a partir del cloruro de amonio y el bicarbonato de amonio resultantes de la etapa de regeneración del amoniaco del método de amoniaco-sosa, se conoce bien, por ejemplo, por la solicitud de patente DE 1567923. Por lo general, como se presenta en la figura 1, esto ocurre en lavadores de gases de escape que cooperan en serie (101), lo que se supone que reduce la concentración de dióxido de carbono y amoniaco en los gases de escape de la producción. El lavador de gases de escape (101) se pulveriza desde las columnas de carbonización (104) con salmuera purificada (150, 250, 350, 450) para la recuperación de amoniaco. El dióxido de carbono prácticamente no es soluble en salmuera purificada. En el caso del método implementado según el estado de la técnica, el gas (156) emitido a la atmósfera que sale de los lavadores normalmente contiene un 8-16% de CO<2>y trazas de amoniaco.

El consumo incompleto de dióxido de carbono es el resultado de las condiciones de equilibrio de las reacciones químicas que ocurren en las columnas de carbonatación. El funcionamiento optimizado del proceso de producción produce una emisión de 0,2 a 0,4 toneladas de CO<2>al 100%/tonelada de sosa (fuente: documento de referencia sobre las mejores técnicas disponibles para la fabricación de productos químicos inorgánicos de gran volumen: industria de sólidos y otros, agosto de 2007, documento de la Comisión Europea).

Dado que las fuentes de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera en un proceso con sosa, y en particular en la producción de ceniza de sosa y bicarbonato de sodio, además de una corriente excesiva de gas que se origina en la descomposición de la piedra caliza, son las corrientes de gases de escape de los procesos de carbonatación de salmuera amoniacal que contiene dióxido de carbono sin reaccionar y las corrientes de gases de escape de los procesos de carbonatación de una disolución de carbonato y bicarbonato de sodio que contiene dióxido de carbono sin reaccionar.

Por lo tanto, existen numerosos y diversos métodos destinados a limitar la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, y entre ellos se encuentran los que implican extraer dióxido de carbono y devolverlo al proceso de producción. Estos son, en particular, el método de absorción química, el método de adsorción con variación de temperatura (TSA), el método de adsorción con variación de presión (PSA), el método de destilación criogénica y el método de membrana.

Entre los mencionados anteriormente, los métodos más utilizados para la extracción de CO<2>de los gases industriales son los métodos de absorción química. En tales procesos, las disoluciones de amina se utilizan como absorbentes, por ejemplo monoetanolaminas (MEA), dietanolaminas (DEA), diglicolaminas (DGA), N-metildietanolaminas (MDEA), 2-amino-2-metilpropanol (AMP) o piperazina (PZ). Además de las disoluciones de amina, también se pueden usar disoluciones acuosas de amoniaco.

En caso de utilizar métodos de absorción química (tanto con aminas como con amoniaco), el gas sometido a purificación se conecta, en contracorriente, con la corriente de absorbente en una columna de absorción.

Durante la conexión del amoniaco con el dióxido de carbono (1) - (4) se producen las siguientes reacciones:

CO<2>(g) ^ CO<2>(ac.) (1)

<2>NH<3>(ac.) H<2>O CO<2>(ac.) ^ (NH4)2CO3 (ac.) (2)

(NH<4>)<2>CO<3>(ac.) CO<2>(ac.) H<2>O ^<2>NH<4>HCO<3>(ac.) (3)

(NH4)2CO3 (ac.) ^ NH<2>COONH<4>(ac.) H<2>O (4)

En una disolución acuosa, el amoniaco y el dióxido de carbono crean: carbonato de amonio (NH<4>)<2>CO<3>, bicarbonato de amonio NH<4>HCO<3>y carbamato de amonio NH<2>CO<2>NH<4>. Las reacciones (1) - (4) son reacciones reversibles y su dirección depende de la presión, la temperatura y las concentraciones de los reactivos en un sistema. Todas estas reacciones son exotérmicas, por lo tanto, a temperaturas más bajas, su equilibrio cambia hacia el lado derecho. Por lo tanto, en caso de absorción, se recomienda utilizar temperaturas bajas, mientras que el proceso de regeneración, es decir, la transformación del bicarbonato y el carbamato de amonio en carbonato de amonio con la liberación del CO<2>absorbido, se produce en condiciones en donde se suministra energía térmica.

Las reacciones de regeneración de la disolución junto con la entalpía de la reacción dada se presentan a continuación:

NH<4>HCO<3>(ac.) ^ NH<3>+ H<2>O CO<2>(g) AH = 64,3 kJ/mol (5)

(NH4)2CO3(ac.) ^<2>NH<3>+ H<2>O CO<2>(g) AH = 101,2 kJ/mol (6)

<2>NH<4>HCO<3>^ (NH4)2CO3(ac.) H<2>O CO<2>(g) AH = 26, 9 kJ/mol (7)

NH2COONH4(ac.) ^<2>NH<3>+ CO<2>(g) AH =72,3 kJ/mol (8)

Como indican las reacciones anteriores, todas las reacciones de regeneración son reacciones exotérmicas. Por lo tanto, es más preferible llevar a cabo el proceso de regeneración dentro del intervalo de descomposición del bicarbonato de amonio en carbonato de amonio, ya que esta reacción requiere suministrar la menor cantidad de calor (26,9 kJ/mol).

Teniendo en cuenta la limitación de la emisión de CO<2>, también se utilizan con igual éxito numerosas técnicas de concentración del CO<2>resultante que los métodos que implican la extracción y el retorno del dióxido de carbono.

Los métodos que conducen a limitar la emisión no deseada de CO<2>en los procesos de sosa se han descrito en abundante bibliografía sobre este tema, incluidas, en particular, numerosas descripciones de patentes.

Por ejemplo, la solicitud de patente CN102698585 describe un método para recuperar el dióxido de carbono del gas de combustión de una caldera en una instalación para la producción de sosa que comprende una sección de carbonización, un absorbedor de amoniaco y una zona de lavado, dióxido de carbono que no solo se utiliza para la producción de ceniza de sosa, sino que también puede reducir la contaminación de la atmósfera y lograr el propósito de "convertir los desechos en tesoros". Sin embargo, este proceso requiere un mayor gasto de energía para recuperar el dióxido de carbono con un rendimiento satisfactorio.

Además, la solicitud WO2011/112069 describe un método para extraer CO<2>de los gases de escape, utilizando un módulo de adsorción de PSA (módulo de adsorción por cambio de presión) basado en hidrotalcita y zeolita, con la formación de gas enriquecido en CO<2>hasta más de 88% y hasta 99,9% en volumen traducido en gas seco. Según la descripción, el CO<2>enriquecido se utiliza posteriormente en salmuera amoniacal (H<2>O, NaCl, NH<4>OH) para generar bicarbonato de sodio amoniacal, que a su vez se calcina para producir carbonato de sodio. La desventaja de este proceso es que la sosa cáustica se produce más comúnmente por electrólisis de salmuera a partir de cloruro de sodio (NaCl), por lo que da como resultado la formación de cloro gaseoso (Cl<2>) que debe usarse en otros lugares.

A su vez, la publicación US2014/0199228 describe un método para producir carbonato de sodio integrando el módulo de extracción de CO<2>a presión de los gases de escape con un método para producir carbonato de sodio, en el que el CO<2>, concentrado hasta más del 80% y hasta el 99,95%, se utiliza posteriormente para producir bicarbonato de sodio amoniacal. Una desventaja de este proceso es la operación parcial a presión durante la desorción del CO<2>enriquecido, de 8 a 25 bar, lo que conduce a problemas relacionados con la corrosión y la resistencia del acero usado.

Por otro lado, la solicitud de patente japonesa n.° JP2011162404 describe un método para producir sosa mediante el método Solvay utilizando piedra caliza con un alto contenido de contaminantes como sustrato, método en el que el gas de horno débil que se origina en los hornos rotativos de cal se somete a un proceso de compresión de dióxido de carbono, para alcanzar una concentración del 40% en volumen o superior. La concentración se realizará por contacto con un líquido que absorba selectivamente dióxido de carbono, que constituye trietilenglicol, carbonato de propileno, una disolución acuosa de amina, en particular una disolución acuosa de monoetanolamina (MEA), así como una disolución acuosa de carbonato de potasio y, posteriormente, mediante desorción de CO<2>. Sin embargo, esta publicación no menciona la posibilidad de extraer CO<2>usando un absorbente de amina para eliminar el dióxido de carbono de otros gases producidos en el proceso.

Otra publicación de patente EP1781400 describe un método para purificar los gases de escape y la absorción de dióxido de carbono mediante una disolución o suspensión amoniacal (particularmente la suspensión de sales de amonio) a una temperatura de 0 a 20°C, preferiblemente de 0 a 10°C, descrito como el"proceso de amoniaco enfriado"(CAP). En este método, la liberación de dióxido de carbono se produce al comprimir dicha disolución o suspensión amoniacal mediante una bomba de alta presión, preferiblemente hasta una presión de 10 a 28 bar, y calentarla hasta 100 a 150°C. Realizar la absorción utilizando una disolución concentrada de amoniaco (28% en peso) a baja temperatura mejora la eficacia de este proceso y disminuye la emisión de NH<3>. Por otro lado, la regeneración que se produce a una temperatura superior a 120°C y a una presión superior a 20 bar proporciona una corriente comprimida de CO<2>con un bajo contenido de vapor de agua y amoniaco. Un inconveniente de este método es la necesidad de utilizar altas presiones (lo que aumenta el consumo de energía para la compresión del medio) con una disminución simultánea de la temperatura durante el proceso y, además, provoca una tendencia a precipitar sedimentos que crecen en exceso en la instalación.

Otra descripción de la patente US9469547 describe un método integrado para eliminar dióxido de carbono y producir ceniza de sosa, método en el que el dióxido de carbono se elimina de una corriente de gas de proceso mediante absorción en disolución amoniacal, tras lo cual se desorbe en un regenerador que produce una corriente de gas rica en dióxido de carbono y disolución amoniacal con bajo contenido de dióxido de carbono. Preferiblemente, dicha corriente de gas se dirige desde el regenerador directamente al carbonatador, donde la carbonatación de la salmuera amoniacal se produce por medio de dióxido de carbono. Por otro lado, el fluido que contiene amoniaco producido en el proceso de producción de ceniza de sosa se devuelve mediante la absorción de dióxido de carbono de dicha corriente de gas de proceso.

A su vez, la publicación WO2016/102568A1 describe un método para producir carbonato/bicarbonato de sodio con la concentración de dióxido de carbono a partir de un gas de horno débil implementado mediante el uso de un módulo de concentración de temperatura variable o mediante el uso de un módulo de concentración del método de amina.

Otra publicación de patente EP2910295 describe un dispositivo y un método para el procesamiento integrado de los gases de escape y la producción de ceniza de sosa. La solución técnica sugerida en este documento implica unir dióxido de carbono con los gases de escape en un carbonatador usando óxido de calcio que produce carbonato de calcio y liberar dióxido de carbono del carbonato de calcio en un calcinador. Este proceso se integra con el proceso de creación de ceniza de sosa mediante el método Solvay.

Todos los procesos de concentración de CO<2>descritos hasta ahora tienen la desventaja de que consumen mucha energía, lo que encarece considerablemente el proceso, o los resultados obtenidos no son satisfactorios.

La investigación realizada sobre el desarrollo y la mejora del proceso de sosa utilizando el método Solvay para producir carbonato de sodio tenía por objeto impedir las emisiones de CO<2>, o al menos reducir drásticamente estas emisiones, lo que estuvo y está inseparablemente asociado a considerables gastos financieros y energéticos como resultado de la concentración de CO<2>de baja concentración producido durante los procesos de producción, lo que se relacionó con el aumento de la cantidad de combustibles fósiles usados (gas, carbón, fuelóleo) que se tuvo en cuenta en un balance general del CO<2>emitido, o que posiblemente se emitirá, durante dicha producción. Por lo tanto, los inventores de la presente solución han buscado un método de este tipo para limitar la emisión de CO<2>que no aumente, de una manera tan significativa como las disoluciones conocidas en el estado de la técnica, los costes de llevar a cabo el proceso, no solo reduciendo los gastos de energía para la extracción y concentración del CO<2>, sino también reintroduciendo el CO<2>recuperado en el proceso y, al mismo tiempo, proporcionaría el nivel deseado de reducción de la emisión de CO<2>a la atmósfera..

En la bibliografía hay ciertos informes relacionados con el desarrollo de unidades para la recuperación de CO<2>de gases tales como, por ejemplo, el gas de carbón, el gas natural o los gases de escape, unidades que se basan en el uso de absorbentes de aminas, tales como los descritos en la publicación US20160288049, sin embargo, son útiles en disposiciones completamente diferentes, en las que dichas unidades constituyen elementos de instalación separados, lo que no permite simplificar y limitar, a un grado deseable, los gastos relacionados con la realización del proceso de recuperación de CO<2>. Las soluciones propuestas tampoco son ajustables para llevar a cabo procesos de varias toneladas.

Los inventores de la presente solución han desarrollado una solución totalmente integrada con el proceso de sosa, ajustada para llevarlo a cabo a gran escala, que proporciona un alto nivel de disminución de la emisión de CO<2>sin un aumento significativo de los gastos de energía necesarios para la implementación de este proceso.

Breve descripción de la invención

Como se ha mencionado anteriormente, en los procesos de sosa que comprenden la producción de ceniza de sosa, bicarbonato de sodio o incluso fertilizante de cal, las corrientes de gases residuales son una fuente importante de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera. Esta emisión puede ser la fuente de costos significativos relacionados con las tarifas ambientales. Los inventores de la presente solución han concluido que el uso del CO<2>recuperado específicamente de las corrientes residuales del proceso de sosa y, por lo tanto, la devolución del dióxido de carbono presente en las corrientes residuales al proceso, no solo contribuye de manera significativa a limitar la emisión de este gas a la atmósfera, sino que también, en un grado notable, aumenta la capacidad de producción de una planta sin la necesidad de suministrar recursos adicionales en forma de piedra caliza y coque para su cocción.

Este objetivo se ha cumplido al introducir en la instalación del proceso de sosa, después de la columna de carbonización, antes o después de la zona de lavado de los gases de escape de la columna de carbonización en los procesos de sosa, una unidad de recuperación adicional de CO<2>, definida en la presente descripción como la zona de DeCO<2>, zona en la que se introduce el gas de proceso desde la columna de carbonización. Preferiblemente, en el caso de una instalación de ceniza de sosa, este gas comprende del 8 al 18% en volumen de CO<2>con una temperatura T que cae dentro de un intervalo de 20 a 55°C y una presión p que cae dentro de un intervalo de 1-2 bar(a), y en qué zona se produce la extracción de dióxido de carbono. En caso de utilizar la zona de DeCO<2>en la instalación de bicarbonato de sodio, el gas residual de la columna de carbonización comprende del 15 al 30% en volumen de CO<2>, caracterizado por una temperatura T que cae dentro de un intervalo de 60 a 90°C y una presión p que cae dentro de un intervalo de 1-2 bar(a).

La extracción de CO<2>de las corrientes de salida se lleva a cabo usando métodos de absorción química conocidos en la técnica. Los inventores de la presente solución han concluido que los métodos más preferibles son los métodos de absorción que usan absorbentes de amina, tales como disoluciones de etanolaminas (MEA, AMP), y la absorción usando disoluciones de amoniaco descritas como el método de amoniaco.

En una instalación estándar para la producción de carbonato sódico, la corriente de gas posterior a la reacción procedente de las columnas de carbonización (104, 204, 304, 404), que contiene cantidades sin reaccionar de CO<2>y NH<3>, se somete a purificación a partir de las cantidades excesivas de estos gases. Como se ha indicado anteriormente, el gas que sale del lavador de los gases de escape en el proceso de ceniza de sosa, emitido a la atmósfera, contiene del 8 al 16% de CO<2>. Por otro lado, en el caso de una instalación de bicarbonato de sodio, el gas emitido a la atmósfera comprende del 15 al 30% de CO<2>. Debido a la solución propuesta por los inventores de la presente solución, el gas emitido a la atmósfera contiene solo un 1% en volumen de CO<2>.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona un método para limitar la emisión de CO<2>en los procesos de sosa y una instalación para la implementación del proceso.

La instalación para producir sosa según la invención además de al menos una columna de carbonización (104, 204, 304, 404), al menos un absorbedor de amoniaco (102, 202, 302, 402) para la absorción del amoniaco de los gases débiles y un lavador de gases de escape (101, 201, 301, 401) comprende una unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) para entrar en contacto con las corrientes de gases residuales eliminadas de la columna de carbonización (204, 304, 404)) en el proceso de sosa con el absorbente, con la obtención, mediante un proceso de absorción, de un absorbente enriquecido en dióxido de carbono, y desorción del dióxido de carbono previamente absorbido en una columna de desorción (224, 324, 424) de la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2), con regeneración simultánea del absorbente, en donde el dióxido de carbono desorbido se recircula desde la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) de vuelta a la columna de carbonización (204, 304, 404), y en donde la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonatación (204, 304, 404) en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204), o en la parte inferior del lavador de gases de escape entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y la zona de lavado de los gases de escape (301), o en la parte superior de al menos una columna de carbonización (404), después de al menos un absorbedor de amoniaco (402) y directamente después de la zona de lavado de los gases de escape (401), y en donde dicha unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) está provista de una zona de enfriamiento ubicada aguas abajo de la columna de desorción (224, 324, 424), zona de enfriamiento que comprende al menos un intercambiador de calor (225, 226, 227 a 425, 426, 427), donde la corriente de dióxido de carbono extraído, después de su desorción, se enfría usando un agente refrigerante seleccionado de agua de refrigeración u otras corrientes de proceso utilizadas en el proceso de sosa, tal como una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15-30°C, o una corriente de aguas madre filtradas obtenida tras la separación del sodio Se introduce bicarbonato de temperatura 15-40°C, o una corriente de efluentes salinizados a una temperatura de 20-35°C.

El objeto de la presente invención es también un método de recuperación de CO<2>, en el proceso de sosa, llevado a cabo en la instalación de la invención, que comprende las etapas de:

a) poner en contacto corrientes de gases residuales, procedentes del proceso de sosa, extraídas de la columna de carbonización, con el absorbente, produciendo, por absorción, un absorbente enriquecido en dióxido de carbono,

c) desorción del dióxido de carbono previamente absorbido con regeneración simultánea del absorbente,

método en el que la etapa de contacto se lleva a cabo en la unidad de recuperación integrada de CO<2>(DeCO<2>), situada en la instalación para la implementación del proceso de sosa, aguas abajo de al menos una columna de carbonización (204, 304, 404), en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204) o en la parte inferior del lavador de gases de escape entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y la zona de lavado de los gases de escape (301) o después de al menos un absorbedor de amoniaco (402), en la parte superior del lavador de gases de escape (401), y cuando la unidad de recuperación integrada de CO<2>(DeCO<2>) esté provista de una zona de enfriamiento que utilice como agente refrigerante agua u otras corrientes de proceso utilizadas en el proceso de sosa, tal como una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15-30°C, o una corriente de aguas madres filtradas obtenidas tras la separación del bicarbonato de sodio a una temperatura de 15-40°C, o una corriente de efluentes salinos a una temperatura de 20-35°C.

En una realización preferible, entre la etapa de contacto y la etapa de desorción, este método comprende una etapa b) adicional para calentar el absorbente enriquecido en dióxido de carbono.

Es particularmente preferible que, en el método de recuperación de CO<2>, en un proceso de sosa, además, después de la etapa de desorción, comprenda las siguientes etapas de:

d) enfriar el absorbente regenerado, y

e) reintroducir el absorbente regenerado en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>).

En una de las realizaciones de la invención, la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) se sitúa en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204).

En una realización particularmente preferible, si la zona de extracción adicional (DeCO<2>) se introduce en la instalación de bicarbonato de sodio, el gas residual que contiene del 15 al 30% en volumen de CO<2>con una temperatura T de 60 a 90°C y a una presión p = 1-2 bar(a) se introduce en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>).

En otra realización de la invención, la unidad de recuperación adicional de CO<2>está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (304), en la parte inferior del lavador de gases de escape entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y una zona de lavado de los gases de escape (301) o, según otra realización de la invención, está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (404), después de al menos un absorbedor de amoniaco (402) en la parte superior del lavador de los gases de escape (401).

Preferiblemente, cuando la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) está situada en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204), se introduce en esta zona gas residual con una temperatura T dentro de un intervalo de 40 a 55°C y a una presión p = 1-2 bar(a).

En el caso de que la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCÜ<2>) se sitúe aguas abajo de al menos una columna de carbonización (304), directamente después de al menos un absorbedor de amoniaco (302), antes de la zona de lavado de los gases de escape (301), se introduce en esta zona gas residual con una temperatura T dentro del intervalo de 20 a 50°C y a una presión p = 1-2 bar(a).

En el caso de que la zona de lavado de los gases de escape (DeCO<2>) esté situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (404), después de al menos un absorbedor de amoniaco (402) en la parte superior del lavador de los gases de escape (401), se introduce en esta zona gas residual con una temperatura T dentro de un intervalo de 20 a 30°C y a una presión p = 1-2 bar(a).

Preferiblemente, el proceso de extracción de CO<2>se lleva a cabo mediante absorción física o química.

Preferiblemente, la absorción es una absorción química llevada a cabo a presión dentro de un intervalo de 0,1-6 bar(a).

En una realización preferible de la invención, se utiliza una disolución que comprende amoniaco, preferiblemente una disolución con una concentración del 1-20%, como líquido de absorción. En tal situación, el gas residual entra en contacto, a contracorriente, con la corriente de líquido de absorción. De manera particularmente preferible, durante el contacto del gas de proceso con la corriente de líquido de absorción dentro de la unidad de recuperación adicional de CO<2>DeCO<2>, se mantiene una temperatura baja dentro de un intervalo de 10-50°C. En una realización particularmente preferible de la invención, la disolución de líquido de absorción saturado con CO<2>se dirige a la columna de desorción, calentada, tras lo cual se regenera el líquido de absorción. Según una realización particularmente preferible, la regeneración se lleva a cabo introduciendo una corriente de líquido de absorción en la circulación de la disolución de amoniaco en el proceso de sosa. Preferiblemente, se vuelve a llenar la circulación de la disolución de amoniaco en el proceso de sosa.

En otra realización preferible de la invención, como líquido de absorción se utiliza una disolución que usa una corriente residual o un condensado que se origina en un proceso de sosa. Preferiblemente, dicha disolución de líquido de absorción saturado con CO<2>se dirige a la columna de carbonización o a una columna de desorción separada. En una realización particularmente preferible, se utiliza un condensado que contiene amoniaco parcialmente saturado con CO<2>(a = 0,28-0,3) como líquido de absorción.

En otra realización preferible de la invención, se utilizan disoluciones de compuestos químicos tales como aminas, preferiblemente con una concentración del 1% al 50%, como líquido de absorción.

Otra realización preferible de la invención usa disoluciones acuosas que comprenden compuestos de aminoácidos o productos de reacción con aminoácidos, tales como glicinato de potasio.

Según otra realización preferible de la invención, se utilizan como líquido de absorción disoluciones de múltiples componentes, preferiblemente mezclas de sales/aminas inorgánicas, líquidos/aminas iónicas, sales/compuestos de aminoácidos inorgánicos o sales/productos inorgánicos de reacciones con aminoácidos tales como el glicinato de potasio.

En otra realización preferible de la invención, se utilizan como líquido de absorción disoluciones acuosas o no acuosas que contienen sales de carbonato potásico, tales como K<2>CO<3>, que representan un 20-40%, preferiblemente un 30% y un 2-10% de aminas con una alta velocidad de reacción constante, es decir, superior o igual a 4500 dm3/mol*s a una temperatura de 25°C con dióxido de carbono, posiblemente en combinación con otras sales inorgánicas que activan la reacción del CO<2>en carbamato.

Preferiblemente, el líquido de absorción se regenera introduciendo una corriente de líquido de absorción en la columna de desorción. De manera particularmente preferible, el líquido de absorción se regenera en una columna de desorción que funciona a una presión de 0,2-6 bar(a), a una temperatura de 70°C - 250°C, y es particularmente preferible cuando la columna de desorción funciona a una temperatura de 110°C - 130°C. Según una realización particularmente preferible, la temperatura en el proceso de regeneración se mantiene usando un portador de calor a una presión de hasta 18 bar(a), más preferiblemente vapor de agua a una presión de 2-4 bar(a).

Preferiblemente, se utiliza vapor de agua como portador de calor.

En otra realización preferible, las corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas del proceso de sosa y sus mezclas con vapor de agua se utilizan como portador de calor.

Estos portadores de calor se suministran preferiblemente en la corriente de manera basada en membranas, o de manera sin membrana.

En una de las realizaciones particularmente preferibles, las corrientes presentes en el proceso de sosa se utilizan como portadoras de calor junto con fuentes de calor utilizadas adicionalmente, preferentemente externas, procedentes del exterior del proceso de sosa.

Según una implementación preferible de los métodos según la invención, la corriente de CO<2>extraído que sale de la columna de desorción se enfría para obtener su alta pureza usando un agente refrigerante. Preferiblemente, el enfriamiento se lleva a cabo hasta una temperatura de 10°C-40°C, particularmente preferiblemente en un intercambiador (225, 325, 425). En una realización muy preferible de la invención, el enfriamiento continúa en los refrigeradores (226, 227, 326, 327, 426, 427).

Según una implementación preferible de los métodos según la invención, la corriente regenerada de absorbente que sale del intercambiador de flujo cruzado (222, 322, 422) se enfría a una temperatura de 10°C-40°C, de manera particularmente preferible en un enfriador final (220, 320, 420).

Preferiblemente, se utilizan corrientes de proceso que se originan en enfriadores de absorción, alimentadas con vapor de agua a una presión de hasta 18 bar(a), preferiblemente de 2-4 bar(a), y/o corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas del proceso de producción de sosa y/o corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas y/o agua como agente refrigerante.

Según una implementación preferible de los métodos según la invención, la unidad de recuperación adicional de CO<2>(zona de DeCO<2>) contiene rellenos vertidos o estructurales para proporcionar una superficie de contacto suficientemente desarrollada para la fase líquida del absorbente y la fase gaseosa del gas de proceso.

Los anillos Pall con diámetros de 50 a 80 mm se utilizan como relleno preferible. Igualmente preferiblemente, las columnas para el intercambio de masa se utilizan como relleno de la zona de DeCO<2>, de forma particularmente preferente una columna de tubos, una columna mecánica, una columna de estantería, una columna de válvulas, una columna de disco, una columna de tamiz, una columna de listones, una columna de rebose, una columna de rociado, una columna de superficie, una columna de cascada, una columna de barboteo, una columna de rociado o una columna con un tubo Venturi.

Definiciones

Las definiciones de términos útiles para entender la descripción presentada en la presente descripción se enumeran a continuación. Sin embargo, debe enfatizarse que en una situación de conflicto con las definiciones encontradas en la bibliografía temática, las definiciones presentadas en este documento tienen prioridad. Los términos comúnmente utilizados método, proceso y manera tienen un significado equivalente. a [mol de CO<2>/mol] - el contenido de dióxido de carbono de un absorbente, la razón molar entre el CO<2>y los grupos reactivos con el CO<2>en los absorbentes.

Absorbente - una disolución utilizada para la extracción de CO<2>de los gases de proceso, presentes en el proceso de liberación/recuperación de CO<2>

Absorción - parte de la planta/proceso de ceniza de sosa, donde la salmuera purificada se satura con el amoniaco contenido en el gas amoniacal de la destilación. Allí se forma salmuera amoniacal.

Absorbedor de NH<3>(102, 202, 302, 402) - un aparato para la absorción de amoniaco de gases débiles/pobres.

Absorción de CO<2>- un proceso unitario en el proceso de liberación/recuperación de CO<2>, que implica la absorción de dióxido de carbono por medio de absorbentes.

Absorción de NH3 - una parte de la instalación para la implementación del proceso de ceniza de sosa, donde se lleva a cabo la saturación de la salmuera purificada (150, 250, 350, 450) utilizando el amoniaco contenido en el gas amoniacal de la destilación, como resultado del cual se produce salmuera amoniacal (152, 252, 352, 452).

Absorción química - la absorción de dióxido de carbono por medio de absorbentes como resultado de una reacción química.

Amina primaria - una amina que tiene un sustituyente en un átomo de nitrógeno de la amina.

Amina terciaria - una amina que tiene tres sustituyentes en un átomo de nitrógeno de la amina.

Bicarbonato purificado - un producto intermedio en el proceso de producción de bicarbonato de sodio.

Bicarbonato en bruto - un intermedio en la preparación del ceniza de sosa. El componente principal es NaHCO3 (aproximadamente 80% en peso), con una mezcla de sales de amonio y agua.

Cloruro de calcio - el componente principal es el CaCL; subproducto preparado a partir de efluentes transparentes de destiladores.

Enfriador de absorción (compresor químico) - un dispositivo cuyo objetivo es reducir la temperatura del ambiente enfriado, a expensas de la energía suministrada. En los refrigeradores de absorción, la energía se suministra en forma de calor.

Enfriador por goteo - un intercambiador de calor gas-líquido cuya superficie de intercambio de calor es rociada por una corriente de líquido que provoca una disminución de la temperatura hasta la temperatura de bulbo húmedo (esta es la temperatura más baja a la que, con un contenido de agua (y presión atmosférica) dado, un cuerpo puede enfriarse por evaporación).

Líquidos iónicos - sales cuyas temperaturas de fusión son inferiores a 100°C, y una gran parte de los representantes de esta clase muestran un estado líquido ya a temperatura ambiente. Debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas y muy diversas, estas sustancias se utilizan como absorbentes para el proceso de absorción de CO<2>.

Agente refrigerante - un agente termodinámico que participa en el intercambio de calor en un dispositivo de enfriamiento y tiene una temperatura más baja que la del agente que se está enfriando. Los agentes refrigerantes particularmente útiles son el agua de refrigeración y otras corrientes de proceso utilizadas para la producción de sosa, tales como: una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15 a 30°C, una corriente de aguas madres filtradas obtenidas al separar el bicarbonato de sodio a una temperatura de 15 a 40°C, o una corriente de efluentes salinizados a una temperatura de 20 a 35°C.

Degradación de la disolución de absorción - deterioro de las propiedades de absorción de la disolución de absorción (absorbente) que afecta negativamente a la capacidad de absorber CO<2>.

Densificación - un aumento en la densidad del producto resultante.

Desorción de CO<2>- un proceso unitario en el proceso de liberación de CO<2>, que implica la liberación de dióxido de carbono de los absorbentes.

Desorbente de dióxido de carbono - planta para la desorción del dióxido de carbono de la disolución absorbente saturada aguas abajo del absorbedor.

Destilación/regeneración de amoniaco - parte de la planta/proceso de ceniza de sosa, donde el amoniaco en forma de sales de amonio contenidas en las aguas madre se recupera y se devuelve a la absorción en forma de gas. En esta fase del proceso, los residuos se generan en forma de suspensión de carbonato de calcio y otras sustancias insolubles en una disolución acuosa de cloruro de calcio y cloruro de sodio; estos residuos se denominan efluentes de destilación/aguas residuales.

Dióxido de carbono/óxido carbónico/CO<2>- un compuesto químico; en el método Solvay se produce en el proceso de amoniaco-sosa mediante la quema de cal y la combustión de coque; también se pueden usar otros combustibles, tales como antracita, gas o carbón fino.

Filtración - parte de la planta/proceso de ceniza de sosa, en el que el precipitado de bicarbonato en bruto se separa de las aguas madre/lejía posterior a la filtración.

Gas inferior/gas de fondo/gas mixto - gas que tiene una concentración de dióxido de carbono normalmente en el intervalo de 60-85% en volumen, tras mezclar el gas del horno y el gas de calcinación (> 95% en volumen de CO<2>). Se suministra a la parte inferior de una columna de carbonatación (el proceso de amoniaco-sosa).

Gas superior/gas de la parte de arriba - un gas de proceso, gas de horno, que normalmente tiene una concentración de dióxido de carbono en el intervalo de 30-42% en volumen; se suministra a la parte inferior de una columna de carbonatación en la fase de lavado (el proceso de amoniaco-sosa).

Gas de carbonatador/carbonatación - un gas de proceso, gas de horno, que normalmente tiene una concentración de dióxido de carbono en el intervalo de 30-42% en volumen; se suministra a la parte inferior de una columna de carbonatación en la fase de lavado (el proceso de amoniaco-sosa).

Gas purificado - un gas de proceso de absorción de CO<2>que sale de la columna de absorción de CO<2>.

Gas de escape/residual del proceso de ceniza de sosa- Gas de salida del ceniza de sosa - gas de salida de la carbonatación en la producción de ceniza de sosa, que contiene un 8-16% en volumen de CO<2>.

Gas de escape/residual del proceso de bicarbonato de sodio - Gas de salida del bicarbonato de sodio - gas de salida de la carbonatación en el proceso de producción de bicarbonato de sodio, que contiene 15-30% en volumen de CO<2>.

Gas de horno - Gas de horno de calcinación - gas producido en hornos de cal, que normalmente contiene 30-42% en volumen de CO<2>.

Gas de horno débil - Gas de horno pobre - Gas de horno con una concentración de CO<2>de 25-35% en volumen.

Gases débiles/diluidos - Gases pobres/gases diluidos - gases de salida de los procesos de producción de ceniza de sosa, producción de bicarbonato de sodio y gas de horno pobre

instalación de separación/recuperación de CO<2>- una instalación para liberar dióxido de carbono de una corriente de gas.

Depurador de separación de gases - el depurador para la absorción de amoniaco para obtener dióxido de carbono. Piedra caliza - la materia prima mineral fundamental para la producción de ceniza de sosa. Normalmente, en el proceso de producción de sosa se utiliza una fracción que tiene una granulación en el intervalo de 80 a 150 mm. Carbonización/carbonatación (en relación con una instalación/planta de ceniza de sosa): parte de la planta o proceso de ceniza de sosa, en la que la salmuera amoniacal está saturada con gases que contienen CO<2>. Se forma una suspensión de bicarbonato en bruto. El proceso se lleva a cabo en una columna de carbonatación.

Carbonización/carbonatación (en relación con una instalación/planta de bicarbonato de sodio): parte de la planta/proceso de bicarbonato de sodio, donde la disolución purificada de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato está saturada de dióxido de carbono. Se forma una suspensión de bicarbonato refinado. El proceso se lleva a cabo en una columna de carbonatación.

Cristalización/secado - parte de la planta/proceso de ceniza de sosa que consiste en la cristalización y el secado del carbonato de sodio monohidratado. Se forma ceniza de sosa/sosa calcinada densa.

Columna de absorción de CO<2>- un aparato del proceso de liberación de CO<2>, destinado a la extracción de CO<2>, donde tiene lugar la unión del dióxido de carbono.

Columna de desorción - un aparato en el proceso de liberación de CO<2>destinado a la desorción de CO<2>, donde la liberación de CO<2>de la disolución de absorción (absorbente) tiene lugar mediante la energía térmica suministrada. Columna de lavado con agua - un aparato que limita la emisión de amoniaco y otros componentes no deseados con los gases de escape a la atmósfera y, además, limpia la corriente resultante de dióxido de carbono.

Condensado amoniacal/condensado de amoniaco - el condensado resultante de la refrigeración del gas residual del proceso de destilación, siendo un líquido de proceso un condensado producido como resultado de los vapores de gas refrigerantes del proceso de destilación del NH<3>.

Condensado destilado - un líquido de proceso que es un condensado tras eliminar el amoniaco y el condensado después de separar el amoniaco.

Condensados del proceso de calcinación/condensados del proceso de calcinación - disolución acuosa de sales de amonio y ceniza de sosa formada en el proceso de purificación y refrigeración de los gases residuales de los hornos de calcinación; las disoluciones de proceso son disoluciones acuosas de sales de amonio y ceniza de sosa producidas en el proceso de purificación y enfriamiento de los vapores de gas de los calcinadores.

Apagamiento de la cal viva - parte del proceso de ceniza de sosa, que consiste en enfriar la cal viva con agua para producir la lechada de cal necesaria para la recuperación del amoniaco.

Mezclador/enfriador de condensado - un dispositivo para preparar una disolución adecuada de condensados amoniacales utilizados en el proceso de absorción de dióxido de carbono.

Vapor de agua del descompresor del fluido posterior a la destilación/vapor del expansor de los efluentes del destilador - gas residual formado por la expansión del fluido que sale por la parte inferior del aparato de destilación, a una presión de 1,5-1,6 bar.

Hornos de cal - parte de la planta/proceso de ceniza de sosa, donde se producen cal viva y gas que contiene CO<2>. Los hornos verticales/de cuba se utilizan con mayor frecuencia en la industria de la sosa; los hornos horizontales se utilizan con menos frecuencia. Las materias primas son piedra caliza y un combustible tal como coque, antracita, gas y carbón fino.

Lavador de gases de escape - una parte de la instalación responsable de la absorción del amoniaco de los gases de escape de la columna de carbonización.

Depurador de separación de gases - el depurador para la absorción de amoniaco para obtener dióxido de carbono. Lavador de separación de gases - un aparato del proceso de ceniza de sosa, que es una columna para la absorción de amoniaco para obtener una corriente purificada de dióxido de carbono.

Lavador final/Depurador final - depurador para la purificación final del dióxido de carbono del amoniaco.

Capacidad de absorción - medida de la capacidad de una disolución de absorción para unir dióxido de carbono.

Proceso de recuperación de CO<2>- extracción de dióxido de carbono de los gases de proceso.

Recuperador - un dispositivo en el proceso de liberación de CO<2>en el que se lleva a cabo el proceso de recuperación de una disolución de amina que participa en la absorción de CO<2>.

Recuperación - proceso que implica la eliminación de contaminantes amínicos de diversos orígenes de las disoluciones de absorción mediante la entrega de una corriente de calor. Gracias a la recuperación, se reducen el consumo de aminas, los costes de filtración y la cantidad de sedimento en los intercambiadores de calor, lo que generalmente reduce los costes operativos de una instalación de aminas.

Regeneración de la disolución - un proceso unitario en el proceso de liberación de CO<2>, que implica la liberación de dióxido de carbono previamente absorbido mediante el suministro de energía térmica a la disolución.

Disolución saturada - un líquido de absorción en el proceso de liberación de CO<2>, que se satura con dióxido de carbono después de la columna de absorción de CO<2>.

Disolución compuesta - mezclas de disoluciones absorbentes en el proceso de liberación de CO<2>, que comprenden, por ejemplo, sales inorgánicas/amina, líquidos iónicos/amina.

Disolución regenerada - líquido de absorción en el proceso de liberación de CO<2>, que es un líquido de salida de la columna de desorción y que contiene un bajo contenido de dióxido de carbono.

Secuestro - proceso que implica la separación y extracción del dióxido de carbono de los gases de proceso para limitar su emisión a la atmósfera, debido a su uso como recurso o almacenamiento.

Condensador/mezclador/enfriador de condensado - un dispositivo para preparar una disolución adecuada de condensados amoniacales utilizado en el proceso de absorción de dióxido de carbono, un aparato presente en el proceso de liberación de CO<2>, que es un enfriador que condensa la humedad de la corriente gaseosa.

Salmuera amoniacal/salmuera de amoniaco - producto de la saturación de la salmuera purificada con el gas amoniacal de la destilación. Dependiendo de la etapa de absorción, difiere en la concentración de amoniaco. Sosa amoniacal/sosa calcinada/ceniza de sosa/sosa calcinada - el componente principal es el Na2CO3; el producto producido mediante un proceso de amoniaco-sosa. Las materias primas fundamentales son: salmuera purificada y piedra caliza.

Ceniza de sosa ligera, ceniza de sosa pesada/sosa ligera, sosa densa: grados de ceniza de sosa que difieren en la granulación y la densidad aparente.

Bicarbonato de sodio/bicarbonato refinado/hidrogenocarbonato de sodio refinado - el componente principal es el NaHCO3; las materias primas para la producción son ceniza de sosa y un gas que contiene CO<2>.

Salmuera purificada - la disolución de halita purificada a partir de sales de calcio y magnesio, una disolución de sal de roca al purificar las sales de calcio y magnesio.

Sal de roca - su componente principal es el NaCl, es el recurso básico para la producción de ceniza de sosa. La eficiencia de la liberación de CO<2>- un índice presente en el proceso de liberación de CO<2>, que es el porcentaje de dióxido de carbono eliminado de la corriente de gas inicial.

Zona de DeCO<2>- una parte (sección) de una instalación en la que se produce la extracción de dióxido de carbono de los gases de escape. Razón líquido/gas (L/G) - índice presente en el proceso de liberación de CO<2>, que es la razón entre la corriente absorbente y la cantidad de gas dirigida a la columna [kg de líquido/kg de gas].

Velocidades de reacción - velocidad de adición o eliminación de un reactivo como resultado del transcurso de una reacción química.

Efluentes salinos - fluido residual o posterior a la destilación.

Evacuación de CO<2>- el método de utilizar el dióxido de carbono extraído.

Cal viva - producto de la descomposición térmica de la piedra caliza, utilizado para la preparación de lechada de cal. Fertilizante posterior a la cal sodada/cal - los sólidos contenidos en los efluentes de los destiladores se convierten en fertilizante de calcio (cal del suelo) para su uso en la agricultura.

Intercambiador de calor - un aparato en el que se produce la transferencia de calor entre las corrientes de una disolución.

Intercambiador de calor de flujo cruzado (222, 322, 422) - un intercambiador en el que se produce un intercambio de calor basado en membranas entre las disoluciones saturadas (272, 372, 472) y regeneradas (271, 371,471). Evaporador rotatorio - un aparato de calentamiento para disoluciones, destinado a liberar los componentes gaseosos de las disoluciones y/o a concentrar las disoluciones.

Generador de vapor - un intercambiador de calor para producir vapor sin un horno.

Compuestos de aminoácidos o productos de reacciones con aminoácidos - aminoácidos libres o sales inorgánicas (por ejemplo, de potasio o sodio, como glicinato de sodio o glicinato de potasio) de aminoácidos.

Compuestos volátiles - compuestos gaseosos con alta presión de vapor emitidos a la atmósfera.

A menos que se indique lo contrario, cualquier presión, especificada en la presente descripción en bares, se da en valores absolutos.

Como se ha indicado anteriormente, los inventores de la presente solución han notado la necesidad de asociar, más estrictamente de lo que se conoce por el estado de la técnica, el proceso de extracción de dióxido de carbono con la instalación existente para la implementación de un proceso de sosa usado para producir ceniza de sosa, bicarbonato de sodio y fertilizante de cal. La solución permite superar los inconvenientes observados en las soluciones conocidas del estado de la técnica, incluida la mejora de la utilización de los recursos utilizados en los procesos de producción de refrescos y la disminución del impacto ambiental de las emisiones de dióxido de carbono.

Estos y otros objetivos relacionados de la invención, tales como el suministro de una corriente más pura de CO<2>para su uso posterior en los procesos alimentarios, se han logrado gracias a la zona de DeCO<2>adicional propuesta por los inventores de la presente solución, que se presenta a continuación en ejemplos de realización de esta invención, que se presentan en los dibujos, en los que:

La figura 1 presenta una instalación de muestra para la implementación de un proceso de sosa conocido por el estado de la técnica;

La figura 2 presenta una instalación para la implementación de un proceso de sosa según la invención, en el que la zona de DeCO<2>se sitúa en la parte superior de la columna de carbonización;

La figura 3 presenta una instalación para la implementación de un proceso de sosa según la invención, en el que la zona de DeCO<2>se sitúa en la parte inferior del lavador de gases de escape;

La figura 4 presenta una instalación para la implementación de un proceso de sosa según la invención, en el que la zona de DeCO<2>está situada en la parte superior del lavador de gases de escape;

Las realizaciones incluidas en la presente descripción solo pretenden ser ilustrativas y no se supone que limiten el alcance de la invención de ninguna manera.

Los números de referencia utilizados en la presente descripción del estado de la técnica y en la descripción de la solución según la presente invención se enumeran en la Tabla 1 siguiente.

Tabla 1

221,225,226,227, Enfriador

321,325, 326, 327 Enfriador

224,324,424 Regenerador de la disolución de absorción

150,250,350,450 Salmuera purificada

151,251,351,451 Gases de la regeneración de condensados

152,252,352,452 Salmuera amoniacal

270,370,470 Salmuera amoniacal

154,254,354,454 Gas de horno

271,371,471 Disolución de CO<2>regenerado

272,372,472 Disolución saturada de CO<2>

273,373,473 CO<2>extraído

274,376,476 Parte de la corriente saturada de CO<2>en el caso de un absorbente de amoniaco

Ejemplos de realizaciones de la invención

La presente invención abarca el aumento del grado de reacción del CO<2>contenido en el gas de reacción mediante el uso de una sección adicional de lavado de gas por absorción (zonas DeCO<2>), como resultado de lo cual el CO<2>contenido en el gas se elimina por lavado y puede usarse o devolverse al proceso. Dicho procedimiento permite limitar la emisión de CO<2>, ya que el CO<2>extraído (273, 373, 473) se devuelve al proceso, lo que reduce el consumo de los recursos.

Como se presenta en la figura 2, según un aspecto de la presente invención, la zona adicional especial para eliminar el CO<2>del gas de proceso (DeCO<2>) está situada en la columna de carbonización (204). Sin embargo, esta zona también puede estar situada en varias columnas de carbonización (204) utilizadas en un proceso de sosa. La zona de DeCO<2>también puede estar presente en la línea de proceso antes (figura 3) y/o después (figura 4) del lavador de los gases de escape (301,401) que surgen en el proceso de carbonatación implementado en la columna de carbonización (304, 404) del proceso de carbonato sódico. La introducción de una zona de DeCO<2>en la columna (o columnas) de carbonización (204), como se presenta en la figura 2, o inmediatamente después del absorbedor de amoniaco, antes y/o después de enjuagar los gases de escape (301,401) que surgen en un grado considerable durante el proceso de carbonatación, afecta a la mejora de la eficiencia/eficacia del dispositivo en términos de utilización del CO<2>.

El gas de proceso de la columna de carbonización introducido en la zona de DeCO2 contiene de 10 a 18% en volumen de CO<2>y se caracteriza por una temperatura T dentro de un intervalo de 40 a 55°C y una presión p que cae dentro de un intervalo de 1-2 bar(a).

Se puede lograr una mejora en la eficiencia del lavador de gases de escape (101, 201, 301, 401) en términos de eliminación de CO<2>colocando, en una instalación de sosa existente, una zona de eliminación de CO<2>adicional (DeCO<2>) o introduciendo dicha zona en una nueva instalación de sosa.

La zona de DeCO<2>se sitúa en la parte inferior del lavador (301), tal como se presenta en el diseño mostrado en la figura 3. En una implementación de este tipo de la invención, el gas de proceso, procedente de la columna de carbonización o de una serie de columnas de carbonización, que comprende de 10 a 18% en volumen de CO<2>(T = 20 - 50°C, p = 1-2 bar(a)) entra en la zona de DeCO<2>.

En otra realización, la zona de DeCO<2>se sitúa por encima del lavador de gases de escape (401). El gas residual del lavador (401), que aún contiene en su composición entre 8 y 16% en volumen de CO<2>(T = 20 - 30, p = 1 -2 bar(a)), se suministra a la zona de DeCO2 colocada de esa manera.

En la zona de DeCO<2>, el proceso de purificación del gas de proceso del CO<2>se lleva a cabo mediante absorción química.

Es preferible que el contenido de CO<2>del gas suministrado desde la zona de DeCÜ<2>se reduzca a un nivel del 1% en volumen. Sin embargo, vale la pena llevar a cabo el proceso con una reducción inferior, es decir, parcial, del CO<2>emitido hasta un nivel en el que el valor final de la concentración de CO<2>en el gas esté dentro de un intervalo del 1% en volumen al 9% en volumen.

En el caso de la solución propuesta, la zona de DeCO<2>cumple la función de una columna de absorción a contracorriente, a la que, dependiendo de la implementación específica de la invención, a la parte inferior, se suministra gas con un contenido de dióxido de carbono específico. La disolución regenerada del absorbente (271,371,471) con un bajo grado de saturación de dióxido de carbono se introduce en la parte superior de la zona de DeCO<2>. La disolución regenerada absorbe químicamente el dióxido de carbono contenido en el gas que fluye, produciendo compuestos químicos con enlaces transitorios. Posteriormente, el absorbente de dióxido de carbono saturado (272, 372, 472) que sale de la zona de DeCO<2>se calienta en el intercambiador de calor (222, 322, 422) y/o en el calentador (223, 323, 423) a una temperatura dentro de un intervalo de 80-105°C, utilizando los portadores de calor enumerados en la presente descripción, sobre los que se dirige a la columna de desorción (224, 324, 424).

Si el componente principal del absorbente es amoniaco y sus compuestos, entonces una parte o la totalidad de la corriente (272, 372, 472) se dirige a la columna de carbonización (204, 304, 404) a través del intercambiador de calor (221,321,421). La desorción térmica del CO<2>(a una temperatura que depende del absorbente usado) a partir de una disolución saturada del absorbente (272, 372, 472) tiene lugar en la columna de desorción. La desorción del CO<2>con la regeneración simultánea de la disolución en una columna de desorción (224, 324, 424) se implementa suministrando energía, particularmente calor, en forma de vapor de agua en un evaporador rotatorio, colocado en su parte inferior o en un aparato con circulación externa. Sucesivamente, el CO<2>gaseoso con una pequeña cantidad de vapor de agua (273, 373, 473) se libera desde la parte superior de la columna de desorción (224, 324, 424) a través de enfriadores (225, 325, 425) y/o (226, 326, 426) y (227, 327, 427) para proporcionar la máxima condensación del vapor de agua.

En los refrigeradores (225, 325, 425) y/o (226, 326, 426) y/o (227, 327, 427) se utiliza cualquier agente refrigerante conocido en la técnica. El contacto entre la corriente gaseosa de CO<2>(273, 373, 473) y el agente refrigerante de estos refrigeradores se realiza en función de una realización específica de la invención: de manera basada en membranas, es decir, solo con el intercambio de calor, o sin membranas, es decir, con el intercambio de calor y masa. En la realización de la invención en la que se utiliza un contacto sin membrana, el gas entra en contacto y se mezcla directamente con el agente refrigerante. Una ventaja de tal disolución es que el agente refrigerante absorbe el amoniaco contenido en el CO<2>gaseoso. Entonces, cuando no se devuelve al proceso en el compresor (205, 305, 405) o a su succión o bombeo, la corriente liberada de amoniaco ofrece mayores posibilidades de su uso posterior.

Antes de volver a la zona de DeCO<2>, la disolución regenerada del absorbente (271, 371, 471) se enfría, lo que se consigue utilizando un intercambiador de calor de flujo cruzado (222, 322, 422), que transporta calor a una corriente de disolución saturada (272, 372, 472). Si surge tal necesidad, la disolución regenerada (271, 371, 471) se enfría adicionalmente utilizando un enfriador adicional (220).

En una realización de la invención, en la que el componente principal del absorbente es amoniaco y sus compuestos, una parte de la corriente de salmuera amoniacal (252, 352, 452) en forma de una corriente de salmuera amoniacal (270, 370, 470) se dirige respectivamente a la corriente de una disolución regenerada del absorbente (271,371,471).

En otra realización de la invención, en la que el componente principal del absorbente es amoniaco y sus compuestos, una parte de la corriente de salmuera amoniacal (272, 372, 472) en forma de una corriente (274, 376, 476) se dirige respectivamente a una corriente de una disolución regenerada del absorbente (271,371,471).

Un elemento importante de la zona de DeCO<2>son sus rellenos, vertidos o estructurales, cuya tarea es proporcionar una superficie de contacto suficientemente desarrollada entre la fase líquida y la fase gaseosa de manera que se garantice que el proceso de intercambio de masa que se está produciendo pueda ser lo suficientemente efectivo. Preferiblemente, los anillos Pall con diámetros de 50 a 80 mm son un relleno de este tipo. Sin embargo, columnas para el intercambio de masa, en forma de columnas tubulares, columnas mecánicas, columnas de estantería (soluciones en forma de campana, válvula, disco, colador, estantes rebosantes de listones), columnas de rociado, columnas de superficie, columnas en cascada, columnas de barbotaje, columnas de rociado, columnas ciclónicas o una columna con tubo Venturi.

Los procesos de absorción de CO<2>que pueden usarse en la disolución presentada según el mecanismo se dividen en procesos de absorción física y química. Los procesos usados en el método implementado según la invención utilizan métodos de absorción desarrollados originalmente para la eliminación de componentes ácidos tales como H<2>S y CO<2>del gas natural, adaptados posteriormente para adquirir dióxido de carbono de otros gases. Esta tecnología permite eliminar aproximadamente (75-96%) de CO<2>y obtener una corriente de CO<2>altamente pura (con una pureza superior al 99% en volumen).

El proceso de absorción y desorción del CO<2>se lleva a cabo, según los parámetros del gas purificado y el destino del gas resultante, dentro de un intervalo de presión de 0,1 bar(a) a 6 bar(a).

Como líquido de absorción se utilizan disoluciones que contienen amoniaco originario de una fuente externa y/o disoluciones residuales o condensados que se originan en la producción de sosa.

En el caso de utilizar como líquido de absorción disoluciones que utilizan corrientes residuales o condensados que se originan en la producción de sosa en ciertas realizaciones de la invención, una cierta cantidad de disolución saturada de dióxido de carbono se dirige a la parte superior y/o central de la columna de carbonización, y/o a una columna de desorción separada especial.

En el caso de utilizar disoluciones de amoniaco en el proceso de absorción, el gas del que se elimina el CO<2>entra en contacto en contracorriente con la corriente de absorbente en la zona de absorción de DeCO<2>.

En una disolución acuosa, el amoniaco y el dióxido de carbono forman carbonato de amonio (NH4)2CO3, bicarbonato de amonio NH<4>HCO<3>y carbamato de amonio NH<2>CO<2>NH<4>, que se ha discutido en detalle anteriormente. Debido al hecho de que estas reacciones son reacciones exotérmicas, el proceso de absorción se lleva a cabo preferiblemente a bajas temperaturas, tales como 10-50.

Posteriormente, la disolución absorbente saturada con CO<2>se dirige a la columna de desorción, donde se produce el proceso de regeneración de la disolución (proceso de desorción de CO<2>) debido al impacto de la energía térmica suministrada.

En una realización preferible de la invención, en el caso de usar en la zona de DeCO<2>una disolución de amoniaco como absorbente, la regeneración de dicha disolución de amoniaco saturada con dióxido de carbono (dentro de un intervalo de concentración de 0,3-1,0 mol CO<2>/mol NH<3>) se lleva a cabo introduciendo esta corriente en la circulación existente de la disolución de amoniaco durante el proceso de producción de sosa. Una parte o la totalidad de la corriente (272, 372, 472) en forma de corriente (274, 376, 476) puede dirigirse a una circulación existente de la disolución de amoniaco en el proceso de producción de sosa, donde se libera de una parte del CO<2>contenido en su composición, recupera la capacidad de absorción adicional de CO<2>y se devuelve al proceso fusionándose (no se muestra en el dibujo) con la corriente (271,371,471).

En los ejemplos de la implementación práctica de la invención que usa las disoluciones de amoniaco como líquido absorbente en la zona de DeCO<2>, las corrientes específicas del proceso de sosa que contienen NH<3>pueden ser la fuente de NH<3>para complementar la disolución circulante. En una de las implementaciones de muestra, se utilizan condensados amoniacales o sus disoluciones como tal absorbente de líquidos. El amoniaco contenido en los condensados ya está parcialmente saturado con dióxido de carbono (a = 0,28-0,3), sin embargo, este valor es inferior a la saturación de equilibrio (a = 0,6-0,9), lo que proporciona una capacidad de absorción relativamente alta del condensado.

En otros ejemplos de implementación práctica de la invención, se utilizan disoluciones de compuestos químicos tales como aminas, K<2>CO<3>, líquidos iónicos o compuestos de aminoácidos como sustancia absorbente (absorbente de CO<2>).

En aún otras implementaciones preferibles de la invención, las disoluciones compuestas incluyendo, por ejemplo, mezclas de sales inorgánicas/aminas, líquidos iónicos/aminas o sales/compuestos inorgánicos de aminoácidos que se utilizan como sustancia adsorbente.

El uso de este tipo de disoluciones según la invención produce una serie de ventajas en comparación con los métodos tradicionales de absorción. Las disposiciones de absorción de CO<2>que son un objeto de la presente invención, que funcionan mediante las disoluciones mencionadas anteriormente, se caracterizan por una menor volatilidad, lo que da como resultado una reducción significativa del nodo de los gases de escape purificadores de la instalación de separación de CO<2>(tanto del gas residual como del CO<2>puro dirigidos de vuelta a la instalación de producción de sosa). Además, la degradación de las disoluciones basadas en los absorbentes anteriormente mencionados se produce en un grado considerablemente menor en las condiciones de absorción y desorción. Esto afecta no solo a la pureza del CO<2>resultante, sino también a una disminución considerable de los costes operativos. Estos tipos de disoluciones también muestran un menor consumo de energía que las disoluciones utilizadas en los métodos de absorción de aminas típicos.

En algunas formas de implementación práctica de la invención, el proceso de regeneración de disoluciones compuestas (proceso de desorción de CO<2>), tras la saturación en la zona de DeCO<2>con dióxido de carbono, se lleva a cabo en una columna de desorción separada especial.

En el caso de utilizar la columna de desorción separada especial, que funciona a una presión de 0,2 bar(a) a 6 bar(a) y a una temperatura de 70°C a 250°C, y preferiblemente de 110°C a 130°C, la disolución absorbente se somete a regeneración mediante el suministro de una corriente de calor que proporciona la temperatura adecuada.

Los componentes del absorbente destinados a suministrar la zona de DeCO<2>o a complementar la disolución utilizada actualmente se dirigen directamente a la corriente (271,371,471).

Según la presente invención, el vapor de agua a una presión de hasta 18 bar(a), más preferiblemente vapor de agua a una presión de 2-4 bar(a), se utiliza como un portador de calor útil para la regeneración.

En otras realizaciones alternativas de la invención, las corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas del proceso de producción de sosa y/o las corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas y sus mezclas con vapor de agua a una presión de hasta 18 bar(a), y en particular a una presión de 2-4 bar(a), son el portador de calor para la regeneración.

La corriente de calor se suministra a una zona de regeneración en el aparato de manera basada en membranas por medio de un evaporador rotatorio. Alternativamente, la corriente de calor se suministra a una zona de regeneración en el aparato sin membrana. El agente de trabajo se libera parcial o totalmente enfriando una corriente combinada de gas CO<2>residual y un portador de calor recibido desde la parte superior de la columna de desorción.

En una de las realizaciones, el vapor de agua, así como otros portadores de calor para la desorción, se originan en el generador de vapor. Según otras implementaciones alternativas de la invención, el vapor de agua, así como otros portadores de calor para la regeneración, se originan en otras corrientes presentes en el proceso de producción de sosa. incluyendo en particular, en realizaciones específicas de la invención:

el vapor de agua que proviene de calderas o turbinas con una presión de 2-4 bar(a);

el vapor de agua proviene de la descompresión de los condensados de los calcinadores y secadores de ceniza de sosa ligero, ceniza de sosa pesado y bicarbonato de sodio con una presión de hasta 4 bar(a);

el vapor de agua que proviene de la descompresión del fluido posterior a la destilación con una presión de hasta 1,6 bar(a) y una temperatura de hasta 110°C;

los vapores que provienen de los secadores de sosa calcinada, ceniza de sosa pesado y bicarbonato de sodio con una temperatura de hasta 130°C.

los vapores que provienen del proceso de destilación con una temperatura de hasta 90°C;

el fluido residual que proviene de la producción de ceniza de sosa, y el proceso se condensa a partir de la calcinación, destilación a una temperatura de hasta 115°C;

el agua que proviene de los enfriadores del proceso de absorción, carbonatación y calcinación con una temperatura de 30 a 50°C;

los vapores que provienen de un aparato evaporador de grado IV con una temperatura de aproximadamente 120°C, procesan los condensados de la instalación de una estación evaporadora con una temperatura de aproximadamente 80°C, de la producción de cloruro de calcio.

En el caso de que se utilicen fuentes externas de calor residual del proceso de producción de sosa y sean insuficientes, las fuentes externas de calor que se originan fuera del proceso de producción se utilizan como fuente adicional de calor, tales como:

• vapor de agua de una central eléctrica o una planta de cogeneración procedente de la salida de una turbina de vapor con una presión de hasta 20 bar(a) o inferior,

• vapores residuales de otras plantas industriales con una presión de hasta 20 bar(a) o inferior,

• calor residual de otros procesos utilizados en la producción de vapor de agua mediante generadores de vapor, calderas de vapor de recuperación, evaporadores rotatorios, etc., alimentados con combustibles líquidos y gaseosos, así como con fuentes renovables.

Posteriormente, la mezcla de vapor de agua y los componentes restantes de la disolución de absorción y el dióxido de carbono residual recibido de la columna de desorción se enfría para liberar la mayor cantidad posible de componentes líquidos y amoniaco, y para obtener una corriente de CO<2>recuperado de alta pureza. Para llevar a cabo correctamente el proceso de absorción del CO<2>que se produce en la zona de DeCO<2>, es necesario introducir en la parte superior de esta zona una disolución de absorción regenerada y enfriada (271,371,471), es decir, una disolución de absorción con una temperatura de 10-40°C. Esta disolución se somete a enfriamiento, porque se bombea a la zona de DeCO<2>desde la parte inferior de la columna de desorción, donde se precalienta a una temperatura superior a 100°C y, en el caso de disoluciones de amina, a una temperatura de 105-125°C. El primer enfriamiento tiene lugar en el intercambiador de flujo cruzado principal (222, 322, 422), en el que una disolución regenerada por membrana transfiere su calor a una disolución saturada (272, 372, 472) con una temperatura de 35-60°C. El enfriamiento adicional de la disolución a una temperatura apropiada (25-40°C) se lleva a cabo en el enfriador final (220), donde el agua de enfriamiento u otras corrientes de proceso comúnmente utilizadas en los procesos de sosa, cuyos ejemplos se indican a continuación, se utilizan para enfriar.

Otro elemento importante del proceso de adquisición de CO<2>es el enfriamiento de la corriente resultante de dióxido de carbono a una temperatura de 20-40°C para condensar la humedad contenida en la misma. En el método tradicional, se utiliza una gran cantidad de agua de refrigeración para enfriar la corriente de CO<2>. Para disminuir la cantidad de agua utilizada para la refrigeración, en los ejemplos de implementación práctica de la presente invención se utilizan otras corrientes de proceso, utilizadas durante la producción de sosa mediante el método Solvay, con una temperatura inferior a 30°C, como, por ejemplo, salmuera en bruto. Estas corrientes permiten enfriar las corrientes del proceso a una temperatura de 10-40°C. Si no es posible obtener temperaturas de la disolución dentro de dicho intervalo deseado usando dichas corrientes de proceso, en el método de obtención de CO<2>las corrientes de proceso se utilizan para el enfriamiento parcial (por ejemplo, de 60°C a 50°C) de las corrientes de CO<2>, lo que finalmente conduce a una disminución de la demanda de agua de refrigeración. Lo más justificado es utilizar flujos de proceso que se caractericen por una temperatura baja (por debajo de 40°C) y, para los requisitos del proceso tecnológico, es deseable calentarlos a una temperatura más alta.

Un aspecto importante para llevar a cabo eficazmente el proceso de absorción de CO<2>que se produce con la liberación de calor es proporcionar en la zona de DeCO<2>una disposición de refrigeración adecuada, utilizando agua de refrigeración u otras corrientes de proceso utilizadas durante la producción en una instalación cuyos ejemplos detallados se indican en la siguiente parte de la descripción.

La corriente de CO<2>adquirida en una columna de desorción especial (224, 324, 424) (272, 373, 473) tras la preparación adecuada se introduce en el gas del horno dirigido a la columna de carbonización y/o a la instalación de bicarbonato de sodio y/o al secuestro químico y la producción de combustibles líquidos y gaseosos y/o se redirige a un receptor externo como producto final, por ejemplo, para su uso en la industria alimentaria.

En el caso de devolver la corriente resultante de CO<2>a la columna de carbonización, cuando la corriente contiene cantidades significativas de NH<3>, la corriente de CO<2>, si tiene la presión adecuada de 3-6 bar(a), se suministra directamente a la columna de carbonización. Si esta corriente no tiene una presión adecuada, se dirige a la succión del compresor de gas del horno (205, 305, 405) o entre las secciones de compresión.

La mayoría de los procesos de absorción requieren enfriar la corriente de la disolución de absorción a temperaturas de 10 a 40°C y/o requieren enfriar la corriente de CO<2>residual a un nivel de 20 a 40°C y/o requieren enfriar el gas de proceso mediante el uso de un agente refrigerante, para condensar la humedad contenida en el mismo.

En una implementación práctica de la presente invención, el enfriamiento se implementa usando agua de enfriamiento u otras corrientes de proceso usadas para la producción de sosa, tales como: una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15 a 30°C, una corriente de aguas madres filtradas obtenidas al separar el bicarbonato de sodio a una temperatura de 15 a 40°C, o una corriente de efluentes salinizados a una temperatura de 20 a 35°C.

En el caso de que la zona de DeCO<2>no se sitúe directamente después de la columna de carbonización, sino que se sitúe antes o después del lavador de los gases de escape, realizaciones que se presentan en un dibujo en las figuras 3 y 4, entonces, cuando el contenido de amoniaco de los gases de escape es elevado, se utiliza adicionalmente una sección de lavado de gas en la zona de DeCO<2>. En esta sección, el gas está en contacto sin membrana con el agente de lavado en un relleno separado, que consiste en rellenos como los descritos anteriormente. Un contenido de amoniaco de este tipo que es superior a 50 ppm se considera elevado.

Un agente de lavado de muestras usado según la invención es salmuera en bruto que comprende cloruro de sodio, que se presenta en las figuras 3 y 4, salmuera amoniacal diluida, un absorbente ácido o lejía madre. Tras extraer la máxima cantidad posible de amoniaco del gas, el agente de lavado se libera de la zona de DeCO<2>y no entra en contacto con la zona de absorción de CO<2>real.

Los ejemplos de implementación práctica discutidos anteriormente se presentan solo con fines ilustrativos y no se supone que limiten el alcance de la invención definido en las reivindicaciones de patente adjuntas. Para un experto en la materia resultarán obvias numerosas modificaciones de las implementaciones de la invención descritas en el presente documento que entran dentro del alcance de la invención y están cubiertas por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. instalación para la producción de sosa que comprende al menos una columna de carbonización (104, 204, 304, 404), al menos un absorbedor de amoniaco (102, 202, 302, 402) para la absorción del amoniaco de los gases débiles y un lavador de gases de escape (101, 201, 301, 401), caracterizada por que comprende además una unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) para poner en contacto las corrientes de gases residuales eliminadas de la columna de carbonización (204, 304, 404) en el proceso de sosa con el absorbente, con la obtención, mediante el proceso de absorción, de un absorbente enriquecido en dióxido de carbono, y la desorción del dióxido de carbono previamente absorbido en una columna de desorción (224, 324, 424) de la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2), con regeneración del absorbente, en donde el dióxido de carbono desorbido se recircula desde la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) de vuelta a la columna de carbonización (204, 304, 404),

y en donde la unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (204, 304, 404) en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204), o en la parte inferior del lavador de gases de escape, entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y la zona de lavado de los gases de escape (301), o después de al menos un absorbedor de amoniaco (402), en la parte superior del lavador de gases de escape (401),

y en donde dicha unidad de recuperación de CO<2>integrada (DeCO2) está provista de una zona de enfriamiento ubicada aguas abajo de la columna de desorción (224, 324, 424), zona de enfriamiento que comprende al menos un intercambiador de calor (225, 226, 227 a 425, 426, 427), donde la corriente de dióxido de carbono extraído, después de su desorción, se enfría usando un agente refrigerante seleccionado de agua de refrigeración u otras corrientes de proceso utilizadas en el proceso de sosa, tal como una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15-30°C, o una corriente de aguas madre filtradas obtenida tras la separación del bicarbonato de sodio a una temperatura de 15-40°C, o una corriente de efluentes salinizados a una temperatura de 20-35°C.

2. Un método de recuperación de CO<2>en un proceso de sosa llevado a cabo en la instalación como se define en la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

a) poner en contacto corrientes de gases residuales extraídos de la columna de carbonización en el proceso de sosa con el absorbente, obteniendo, mediante el proceso de absorción, un absorbente enriquecido en dióxido de carbono,

caracterizado por que

la etapa de contacto se lleva a cabo en la unidad de recuperación integrada de CO<2>(DeCO<2>) situada en la instalación para la implementación del proceso de sosa, aguas abajo de al menos una columna de carbonización (204, 304, 404), en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204) o en la parte inferior del lavador de gases de escape entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y la zona de lavado de los gases de escape (301) o después de al menos un absorbedor de amoniaco (402), en la parte superior del lavador de gases de escape (401), y cuando la unidad de recuperación integrada de CO<2>(DeCO<2>) esté provista de una zona de enfriamiento que utilice como agente refrigerante agua u otras corrientes de proceso utilizadas en el proceso de sosa, tal como una corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15 a 30°C, o una corriente de aguas madres filtradas obtenidas tras la separación del bicarbonato de sodio a una temperatura de 15-40°C, o una corriente de efluentes salinos a una temperatura de 20-35°C.

3. El método de recuperación de CO<2>en el proceso de sosa según la reivindicación 2, en donde la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) está situada en la parte superior de al menos una columna de carbonización (204), y el gas residual de temperatura T dentro de un intervalo de 40 a 55°C y a una presión p dentro de un intervalo de 1-2 bar se introduce en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>).

4. El método de recuperación de CO<2>en el proceso de sosa según la reivindicación 2, en donde la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) está ubicada en la instalación de bicarbonato de sodio, y en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) se introduce gas residual que contiene de 15 a 30% en volumen de CO<2>con una temperatura T de 60 a 90°C y a una presión p dentro de un intervalo de 1 -2 bar.

5. El método de recuperación de CO<2>en el proceso de sosa según la reivindicación 2, en donde la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (304) entre al menos un absorbedor de amoniaco (302) y la zona de lavado de los gases de escape (301), y se introduce en la unidad de recuperación adicional de gas residual de CO<2>(DeCO<2>) de temperatura T dentro de un intervalo de 20 a 50°C y a una presión de p = 1-2 bar.

6. El método de recuperación de CO<2>en el proceso de sosa según la reivindicación 2, en donde la unidad de recuperación adicional de CO<2>está situada aguas abajo de al menos una columna de carbonización (304), después de al menos un absorbedor de amoniaco (402) y directamente después de la zona de lavado de gases de escape (401), y en la que se introduce en la unidad adicional de recuperación de CO<2>(DeCO<2>) gas residual con una temperatura T dentro de un intervalo de 20 a 30°C y a una presión de p = 1-2 bar.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-6, en donde en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) el proceso de extracción de CO<2>se lleva a cabo por absorción, siendo la absorción una absorción física o una absorción química.

8. El método según la reivindicación 7, en donde la absorción es una absorción química llevada a cabo a presión dentro de un intervalo de 0,1-6 bar, y como líquido de absorción se utiliza una disolución que contiene amoniaco, preferiblemente una disolución con una concentración de 1-20%.

9. El método según la reivindicación 8, en donde el gas residual introducido en la unidad de recuperación adicional de CO<2>(DeCO<2>) entra en contacto en contracorriente con la corriente de líquido de absorción, y en el interior de la unidad de recuperación adicional de CO<2>a baja temperatura se mantiene dentro de un intervalo de 10-50°C.

10. El método según la reivindicación 9, en donde la disolución de líquido de absorción saturada con CO<2>se dirige a la columna de desorción, calentada, tras lo cual se regenera el líquido de absorción.

11. El método según la reivindicación 10, en donde el líquido de absorción se regenera mediante la introducción de una corriente de líquido de absorción en la circulación de la disolución de amoniaco en el proceso de sosa.

12. El método según la reivindicación 7, en donde el líquido de absorción se selecciona de un grupo que comprende disoluciones acuosas que contienen aminas, preferiblemente con una concentración de 1% a 50%, disoluciones acuosas que contienen compuestos de aminoácidos o productos de una reacción con aminoácidos, tales como glicinato de potasio, disoluciones multicomponentes acuosas o no acuosas y disoluciones acuosas o no acuosas que contienen sales de carbonato de potasio, tales como K<2>CO<3>, en una cantidad de 20-40%, preferiblemente de 30% y un 2-10% de aminas en combinación con otras sales inorgánicas que activan la reacción de CO<2>en el carbamato, en donde son particularmente preferibles las disoluciones acuosas que contienen aminas, en particular las disoluciones acuosas que contienen aminas con una concentración de 1% a 50%.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en donde el líquido de absorción se regenera introduciendo una corriente de líquido de absorción en la columna de desorción, y en donde, posiblemente antes de dirigirla a la columna de desorción, la disolución de líquido de absorción saturado con CO<2>se calienta.

14. El método según la reivindicación 13, en donde el líquido de absorción se regenera en la columna de desorción que funciona a una presión de 0,2-6 bar, a una temperatura de 70-250°C, y la temperatura en el proceso de regeneración se mantiene usando un portador de calor a una presión de hasta 18 bar.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, en donde la corriente de CO<2>extraído que sale de la columna de desorción se enfría para obtener una corriente de CO<2>residual de alta pureza usando un agente refrigerante.

16. El método según la reivindicación 15, en donde el enfriamiento se lleva a cabo hasta una temperatura de 10-40°C en un intercambiador de calor (225, 325, 425).

17. El método según la reivindicación 15 o 16, en donde se utilizan como agente refrigerante corrientes de proceso que se originan en enfriadores de absorción, alimentados con vapor de agua a una presión de hasta 18 bar, preferiblemente de 2-4 bar, y/o corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas procedentes del proceso de producción de sosa y/o corrientes de reacción líquidas y/o gaseosas y/o agua.

18. El método según cualquiera de las reivindicaciones 8-17, en donde la unidad de recuperación adicional de CO<2>contiene rellenos vertidos o estructurales para proporcionar una superficie de contacto suficientemente desarrollada para la fase líquida del absorbente con la fase gaseosa del gas de proceso.