ES3058725T3 - Method for liquefying carbon dioxide - Google Patents

Method for liquefying carbon dioxide

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ES3058725T3 ES23169225T ES23169225T ES3058725T3 ES 3058725 T3 ES3058725 T3 ES 3058725T3 ES 23169225 T ES23169225 T ES 23169225T ES 23169225 T ES23169225 T ES 23169225T ES 3058725 T3 ES3058725 T3 ES 3058725T3
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Malham Christelle Bou
Philippe Khairallah
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Cryocollect
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Abstract

Esta divulgación se refiere a un proceso para producir dióxido de carbono líquido a partir de un gas que contiene más del 70 % de dióxido de carbono en volumen, que comprende los siguientes pasos sucesivos: uno o más pasos de filtración con carbón activado, seguidos de uno o más pasos de enfriamiento de gas, la temperatura del gas a la salida de este paso está entre 10 y 20 °C, seguido de un paso de sobrepresión de gas, la presión del gas a la salida de este paso está entre 1,05 y 1,40 bar, uno o más pasos de enfriamiento de gas, seguidos de un paso de compresión de gas, la presión del gas a la salida de este paso está entre 15 y 25 bar, seguidos de uno o más pasos de filtración, seguidos de un paso de secado de gas, seguidos de uno o más pasos de filtración, seguidos de un paso de licuefacción de gas, el fluido a la salida de este paso está a una temperatura entre -25 °C y -35 °C, seguido de un paso de destilación de fluido para aislar el dióxido de carbono licuado, y un paso para recuperar el dióxido de carbono en forma líquida del paso j), un paso de licuefacción del gas recuperado en la parte superior de la columna de destilación en la etapa j), estando el gas que sale de esta etapa a una temperatura entre -35°C y -45°C, luego una etapa de separación de la fase líquida de la fase gaseosa del fluido de la etapa de licuefacción I), luego una etapa de reciclaje de la fase líquida de la separación de la etapa m) a la etapa j) de destilación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método para licuar dióxido de carbono
[0003] Campo técnico de la invención
[0004] La presente invención se refiere a un método para producir dióxido de carbono líquido a partir de un gas que incluye más de 70 % en volumen de dióxido de carbono. La invención también se refiere a un dispositivo para producir dióxido de carbono líquido y su uso.
[0005] Antecedentes de la invención
[0006] En la actualidad, se están buscando métodos para valorizar los residuos, en particular los residuos que proceden de la biomasa. Para este fin, se están desarrollando procesos de metanización.
[0007] La metanización es un proceso de descomposición de la materia orgánica. Consiste en fermentar efluentes ganaderos o subproductos de la industria agroalimentaria, con el siguiente principio: los efluentes orgánicos se almacenan en un tanque hermético llamado "digestor", donde se someten a la acción de microorganismos (bacterias) en ausencia de oxígeno (fermentación anaeróbica) durante un tiempo de residencia determinado (de manera general aproximadamente 60 días). Este proceso genera biogás, el cual incluye metano (CH<4>, en proporciones de 50 % a 70 %), dióxido de carbono (CO<2>), así como un residuo orgánico (llamado "digestato" que se usa como fertilizante). El biogás se puede transformar ya sea en electricidad, gas o combustible para vehículos.
[0008] La metanización representa un interés económico sustancial; el biogás producido puede sustituir al gas natural en todos sus usos actuales: producción de calor, producción de electricidad y combustible para vehículos, y el digestato está plenamente valorizado, de forma notable como fertilizante cuya composición es mucho más completa que la de un fertilizante químico.
[0009] La metanización también presenta un interés ambiental, ya que el biogás es una fuente de energía renovable. Si bien su producción y uso siguen generando emisiones contaminantes hacia la atmósfera (CO<2>), éstas son menos significativas que las de las energías fósiles.
[0010] El método de acuerdo con la invención tiene como objetivo valorizar un gas, un subproducto de la metanización. Durante la metanización, se produce un gas que incluye principalmente dióxido de carbono, llamado "gas pobre". La invención tiene como objetivo valorizar este gas pobre aislando y purificando el dióxido de carbono para obtener dióxido de carbono líquido de grado alimenticio, o incluso farmacéutico. El dióxido de carbono producido se puede utilizar, por ejemplo, para producir agua mineral gasificada. Se puede usar en cervecerías. En el campo farmacéutico, se puede utilizar para la criogénica. En la agricultura, se puede utilizar para calentar invernaderos.
[0011] En el mismo contexto, también es posible valorizar gases ricos en dióxido de carbono, los cuales son producidos por las plantas de cemento, o por procesos de reformación de vapor u oxicombustión. En general, el método de acuerdo con la invención tiene como objetivo valorizar los gases ricos en dióxido de carbono, que son subproductos de la reacción y generalmente se liberan a la atmósfera. El método de acuerdo con la invención, aísla el dióxido de carbono presente en estos gases; el dióxido de carbono se purifica y luego se licúa.
[0012] El documento CN107300294 describe un aparato de licuefacción de dióxido de carbono y un método para un sistema de captura de carbono de gases de combustión. La licuefacción del CO2 se logra mediante la expansión estrangulada del CO2 supercrítico a alta presión, y el subenfriamiento del CO2 licuado se logra mediante sobrepresión a través de la bomba de refuerzo.
[0013] El documento US2007/231244 se refiere a un método para purificar una corriente que contiene dióxido de carbono, que comprende una etapa de compresión de la corriente de alimentación, una etapa de enfriamiento, una etapa de expansión para generar refrigeración, luego una etapa de vaporización y, a continuación, una etapa de compresión del gas mediante un compresor para producir un producto de dióxido de carbono comprimido.
[0014] El documento US2012/137728 se refiere a un sistema y un método para capturar y separar dióxido de carbono de corrientes de gases mixtos. La corriente de gas se procesa en una estructura que incluye un módulo de compresión que comprende una pluralidad de compresores, intercoolers y separadores de condensado entre etapas.
[0015] Este método de acuerdo con la invención tiene como objetivo obtener dióxido de carbono de muy alta pureza. El dióxido de carbono licuado que se obtiene puede ser de grado alimenticio, cumpliendo con la norma EIGA Doc 126-11 (Anexo 1, página 6) o de grado farmacéutico, cumpliendo con la Farmacopea Europea y las GMP (buenas prácticas de manufactura).
[0016] Este método tiene la ventaja de ser energéticamente eficiente y de conducir a un buen rendimiento.
[0017] Este método también puede tener la ventaja de reciclar todos los demás componentes del gas.
[0018] Breve descripción de la invención
[0019] De este modo, la invención se refiere a un método para producir dióxido de carbono líquido a partir de un gas que incluye más de 70 % en volumen de dióxido de carbono, que comprende los siguientes pasos sucesivos: a) uno o más pasos de filtración usando carbón activado, después
[0020] b) uno o más pasos de enfriamiento del gas, y la temperatura del gas al final de este paso se encuentra entre 10 y 20 °C, después
[0021] c) un paso de sobrepresión del gas, la presión del gas al final de este paso se encuentra entre 105 kPa y 140 kPa,
[0022] d) uno o más pasos de enfriamiento del gas, después
[0023] e) un paso de compresión del gas, la presión del gas al final de este paso se encuentra entre 1500 y 2500 kPa, después
[0024] f) una o más filtraciones, después
[0025] g) un paso de secado del gas, después h) una o más filtraciones, posteriormente
[0026] i) un paso de licuefacción del gas, el fluido al final de este paso está a una temperatura entre -25 °C y -35 °C, después
[0027] j) un paso de destilación del fluido para aislar el dióxido de carbono licuado
[0028] k) un paso de recuperación del dióxido de carbono en forma líquida a partir del paso j),
[0029] l) un paso de licuefacción del gas recuperado en la parte superior de la columna de destilación en el paso j), el gas al final de este paso se encuentra a una temperatura entre -35 °C y -45 °C, después
[0030] m) un paso de separación de la fase líquida de la fase gaseosa del fluido que resulta del paso de licuefacción l), después
[0031] n) un paso de reciclaje de la fase líquida que resulta de la separación en el paso m) para el paso de destilación j).
[0032] El método puede incluir además un paso de filtración de partículas entre los pasos a) y b).
[0033] El método puede incluir además un paso de enfriamiento del gas entre los pasos h) e i).
[0034] El método puede incluir además los siguientes pasos sucesivos:
[0035] - un paso de calentamiento de la fase gaseosa obtenida en el paso m),
[0036] - un paso de filtración de membrana de la fase de gas calentado,
[0037] - un paso de reciclaje del gas obtenido en el paso de filtración anterior y que se compone por más de 50 % en volumen con relación al volumen total de gas de dióxido de carbono, antes del paso de sobrepresión c). El gas que incluye más de 70 % en volumen de dióxido de carbono puede ser un gas que se origine en una unidad de metanización, un gas que se origine en una unidad de purificación de biogás, un gas que se origine en una unidad de reformado de vapor, un gas que se origine en una unidad de oxicombustión o un gas que se origine en una unidad de recuperación de gases producidos por una planta de cemento.
[0038] La invención también se refiere a un dispositivo para producir dióxido de carbono líquido (1) a partir de un gas que incluye más de 70 % en volumen de dióxido de carbono, que incluye los siguientes elementos, los cuales se conectan fluidamente entre sí y en este orden:
[0039] - al menos dos unidades de filtración (F101, F102, F103) montadas en serie,
[0040] - un intercambiador de calor (E101) para enfriar el gas,
[0041] - un amplificador de potencia (SP),
[0042] - un tanque de amortiguamiento (TK101),
[0043] - al menos dos intercambiadores (E102, E103) montados en serie,
[0044] - un compresor en seco sin aceite (CP),
[0045] - al menos una unidad de filtración (F104, F105),
[0046] - un dispositivo de secado (D), para eliminar trazas de humedad,
[0047] - al menos una unidad de filtración (F106),
[0048] - un tanque de amortiguamiento (TK102),
[0049] - al menos un intercambiador de calor (E104),
[0050] - un licuefactor (E105),
[0051] - una columna de destilación (DC),
[0052] - el pie de la columna de destilación (DC) está fluidamente conectado a una tubería (C2) que permite la recuperación del dióxido de carbono licuado,
[0053] - el cabezal de la columna de destilación (DC) que se conecta a un licuefactor (E106) para licuar el dióxido de carbono restante en el gas, y después se conecta a un separador (Sep),
[0054] - una tubería (C3) conecta el separador (Sep) a la columna de destilación (DC), permitiendo el reciclaje de la fase líquida, que incluye principalmente dióxido de carbono.
[0055] El compresor (CP) puede ser un compresor multietapa, equipado con al menos dos compresores montados en serie (CP201, CP202), y equipado con al menos dos intercambiadores de calor (E211, E212 y E213, E214) montados en serie y posicionados corriente abajo de cada compresor.
[0056] Los licuefactores (E105, E106) se pueden conectar a dispositivos de enfriamiento, incluyendo al menos dos circuitos de enfriamiento montados en cascada (33, 34).
[0057] El separador (Sep) se puede conectar fluidamente a un intercambiador de calor (E107), luego a una unidad de filtración de membrana (F107);
[0058] una tubería (C4) conecta la unidad de filtración (F107) a la tubería corriente arriba del amplificador de potencia (SP) para reciclar el gas, incluyendo el dióxido de carbono.
[0059] La tubería (C2) dispuesta en la salida de la columna de destilación (DC) se puede conectar a una válvula (V), después a un tanque de almacenamiento (STK), que recupera el dióxido de carbono licuado.
[0060] El dispositivo puede incluir al menos una unidad de filtración entre el intercambiador de calor (E104) y el licuefactor (E105).
[0061] El dispositivo puede incluir al menos una unidad de filtración entre el tanque de amortiguamiento (TK102) y el intercambiador de calor (E104).
[0062] El dispositivo se puede disponer dentro de un contenedor, preferiblemente un contenedor para transporte marítimo.
[0063] La invención se refiere finalmente al uso del dispositivo para licuar un gas que se origina en una unidad de metanización, a una unidad de purificación de biogás, a una unidad de reformación de vapor, a una unidad de oxicombustión o a una unidad de recuperación de gases producidos por una planta de cemento.
[0064] Breve descripción de las figuras
[0065] Los ejemplos no limitativos se discutirán ahora con referencia a las figuras.
[0066] La figura 1 es un diagrama de la instalación que implementa el método de acuerdo con la invención. La figura 1 también sirve como apoyo para los ejemplos de la invención en general.
[0067] La figura 2 es un diagrama de un compresor de dos etapas.
[0068] La figura 3 es un diagrama de un dispositivo de enfriamiento que se puede utilizar al nivel de los licuefactores de la instalación de acuerdo con la invención.
[0069] Descripción detallada de la invención
[0070] Cuando se lea la siguiente descripción quedarán aún más claras otras características, aspectos, objetivos y ventajas de la presente invención.
[0071] Se especifica que las expresiones "de... a..." y "entre... y..." utilizadas en la presente descripción, deben entenderse en el sentido de que incluyen cada uno de los límites mencionados.
[0072] A menos que se indique algo distinto, todas las temperaturas indicadas a continuación se dan en grados Celsius y todas las presiones se presentan en kPa y son presiones absolutas. Por lo tanto, la notación "kPa" en la presente divulgación es equivalente a la notación "bar a" o "bara" (que designa la presión absoluta).
[0073] En el sentido de la presente invención, un "intercambiador de calor" significa un dispositivo que permite la transferencia de energía térmica de un fluido a otro fluido, sin mezclarlos. El flujo térmico atraviesa la superficie de intercambio que separa los fluidos.
[0074] Método
[0075] La materia prima del método es un gas que incluye principalmente dióxido de carbono. En el sentido de la presente invención, "principalmente" significa un gas que comprende más de 70 % en volumen de dióxido de carbono en relación con el volumen total del gas, preferiblemente más de 80 % en volumen.
[0076] El método de acuerdo con la invención, también se puede implementar en gases de dióxido de carbono muy puros.
[0077] Los demás componentes del gas pueden ser metano, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, vapor de agua y compuestos orgánicos volátiles que en lo sucesivo se denominan COV. La composición del gas depende del proceso de la fuente, es decir, del proceso previo. Un gas de una planta de cemento no tiene la misma composición química que un gas de la purificación del biogás generado por un metanizador.
[0078] En la entrada del método, la temperatura del gas está preferiblemente entre 15 °C y 90 °C, preferiblemente entre 20 °C y 40 °C.
[0079] En la entrada del método, la presión del gas está preferiblemente a una presión cercana a la presión atmosférica, ventajosamente entre 100 kPa y 110 kPa.
[0080] El método, de acuerdo con la invención, comprende los 14 pasos consecutivos de la siguiente manera: pasos de a) a n).
[0081] Paso a) - filtración(es) usando carbón activado
[0082] Al principio del método, el gas se somete a una o más filtraciones utilizando carbón activado. Preferiblemente, el método incluye entre uno y cinco pasos de filtración utilizando carbón activado, y más particularmente, entre dos y tres pasos de filtración utilizando carbón activado.
[0083] El paso de filtración con carbón activado tiene como objetivo eliminar los compuestos orgánicos volátiles presentes en el gas.
[0084] Filtración(es) opcional(es)
[0085] El gas filtrado de este modo se puede entonces someter a uno o más pasos de filtración, por ejemplo, a una filtración de partículas para eliminar las partículas de carbón activado potencialmente presentes en el gas, en particular los residuos de carbón activado en forma de polvo, y el polvo que hay después de los pasos de filtración anteriores con carbón activado.
[0086] El filtro de partículas puede, por ejemplo, ser un tamiz molecular.
[0087] Paso b) - enfriamiento(s) del gas
[0088] El gas filtrado se somete a uno o más pasos de enfriamiento usando un intercambiador de calor. La energía térmica o calorífica se extrae del gas usando una fuente de enfriamiento. Esta fuente de enfriamiento se puede seleccionar del aire a través de un dispositivo de enfriamiento por aire, agua o agua glicolada.
[0089] El propósito de este paso es imponer una temperatura en el gas al principio del método. De hecho, la temperatura del gas en la entrada del método es variable. Fluctúa notablemente dependiendo del tipo de proceso que genere el gas.
[0090] Es por ello que el o los pasos de enfriamiento, permiten alcanzar una temperatura entre 10 y 20 °C, preferiblemente entre 10 y 15 °C, ventajosamente de 12 °C.
[0091] De acuerdo con una modalidad del método y de acuerdo con la invención, el método incluye dos pasos de enfriamiento, el primero usando aire como fluido de enfriamiento y el segundo usando agua como fluido de enfriamiento.
[0092] El uso de diferentes fluidos de enfriamiento, y en este orden, permite una disminución progresiva de la temperatura del gas y reduce la energía consumida si solo se ha utilizado un intercambiador.
[0093] De acuerdo con otra modalidad del método y de acuerdo con la invención, el método incluye dos pasos de enfriamiento, el primero usando aire como fluido de enfriamiento y el segundo usando agua como fluido de enfriamiento y un paso de filtración de partículas, preferiblemente con un tamiz, para eliminar el polvo entre estos dos pasos de enfriamiento.
[0094] Paso c) - sobrepresión del gas
[0095] El gas después se somete a un paso de sobrepresión. El propósito de este paso es imponer una presión más alta que la presión atmosférica en la entrada del compresor utilizado en el paso e). El amplificador de potencia succiona el gas y lo comprime para alcanzar una presión en la salida del compresor entre 105 y 140 kPa. El gas pasa después a través de un tanque de amortiguamiento, que funciona para estabilizar la presión del gas dentro del método. En otras palabras, el tanque de amortiguamiento tiene como objetivo amortiguar las fluctuaciones del flujo de gas, que dependen del proceso de producción de este gas. Este tanque se coloca corriente abajo del amplificador de potencia y corriente arriba del compresor de modo que la presión en la entrada del compresor sea constante.
[0096] Paso d) - enfriamiento del gas
[0097] El gas pasa después a través de uno o más intercambiadores para ser enfriado antes de entrar en el compresor. El paso de supresión c) calienta ligeramente el gas. Asimismo, el paso de compresión e) provoca un aumento significativo en la temperatura del gas. Por lo tanto, es ventajoso enfriar el gas antes de que entre al compresor para que el paso de compresión sea lo más eficiente posible.
[0098] Este paso(s) de enfriamiento permiten alcanzar una temperatura entre 5 y 40 °C antes de la entrada del compresor.
[0099] Preferiblemente, el método incluye dos pasos de enfriamiento, el primero usando agua como fluido de enfriamiento y el segundo usando agua glicolada como fluido de enfriamiento.
[0100] El uso de diferentes fluidos de enfriamiento, y en este orden, permite una disminución progresiva de la temperatura del gas y reduce la energía consumida si solo se ha utilizado un intercambiador.
[0101] Paso e) - compresión del gas
[0102] En la entrada del compresor, la presión del gas está entre 105 y 140 kPa. En la salida del compresor, la presión del gas está entre 1500 y 2500 kPa.
[0103] El aumento de la presión del gas permite reducir la potencia necesaria para la licuefacción del dióxido de carbono y mejora el rendimiento del método.
[0104] Durante este paso de compresión, el gas se debe comprimir al menos a una presión mayor que la presión de triple punto del dióxido de carbono, es decir, 518 kPa, para evitar el escarchado.
[0105] Preferiblemente, la compresión se realiza en al menos dos pasos, utilizando un compresor de varias etapas. En cada etapa, a la salida del compresor, se utilizan al menos dos intercambiadores de calor montados en serie para recuperar la energía generada por la compresión del gas, en diferentes niveles de temperatura. Además, el enfriamiento del gas protege al compresor de un posible sobrecalentamiento.
[0106] Preferiblemente, se usa un compresor en seco sin aceite. Esto evita la contaminación del gas con residuos de petróleo.
[0107] Preferiblemente, el método utiliza un compresor de dos etapas. En la primera salida del compresor, la temperatura del gas se encuentra entre 110 °C y 210 °C, preferiblemente entre 150 °C y 190 °C. En la segunda salida del compresor, la temperatura del gas se encuentra entre 150 °C y 220 °C. Los dos intercambiadores montados en serie permiten reducir este intervalo de temperatura para estar entre 25 y 50 °C.
[0108] En la salida del compresor, el gas se encuentra preferiblemente a 206 °C y 2500 kPa.
[0109] Paso f) - filtración(es)
[0110] En la salida del compresor, el gas está saturado de humedad.
[0111] El gas comprimido se somete a una o más filtraciones para eliminar condensados, polvo y posiblemente impurezas generadas durante la compresión.
[0112] La filtración se puede realizar en tamices moleculares.
[0113] Paso g) - secado
[0114] A continuación, el gas se seca para eliminar los restos de agua y alcanzar una temperatura de punto de rocío en la salida del dispositivo de secado entre -65 y -45 °C a 25 kPa, o un contenido de agua por debajo de 20 ppm.
[0115] Preferiblemente, se utiliza una zeolita que adsorbe selectivamente agua. El dispositivo que se usa en este paso de secado puede estar equipado con dos columnas, una que adsorbe las trazas de humedad del gas y la segunda que permite la desorción del agua, es decir, la regeneración de la columna. Se prefiere una operación cíclica y continua de las dos columnas.
[0116] Este paso de secado es esencial, tanto para cumplir con las especificaciones de grado alimenticio como para evitar fenómenos de escarchado a nivel de intercambiadores posteriores.
[0117] Paso h) - filtración(es)
[0118] El gas seco entonces se somete a uno o más pasos de filtración adicionales para eliminar posibles trazas de impurezas. La filtración se puede realizar en tamices moleculares.
[0119] El gas pasa después a través de un tanque de amortiguamiento, que funciona para estabilizar la presión dentro del método y homogeneizar la composición del gas. Este tanque se coloca corriente abajo del compresor para que la presión en la salida del compresor sea constante.
[0120] Paso(s) de filtración opcional(es)
[0121] El gas todavía se puede someter a uno o más nuevos pasos de filtración, incluyendo el uso de carbón activado, para eliminar posibles impurezas. El objetivo de la filtración es que el gas sea lo más puro posible antes del paso de licuefacción i).
[0122] Paso(s) de enfriamiento opcional(es)
[0123] El gas puede después pasar a través de uno o más intercambiadores de calor para enfriarlo progresivamente. Cuanto más se enfría el gas antes del paso de licuefacción i), menor será el costo de energía de este paso de licuefacción.
[0124] Preferiblemente, el método incluye un paso de enfriamiento utilizando un intercambiador de agua glicolada. Paso(s) de filtración opcional(es)
[0125] El gas todavía se puede someter a uno o más nuevos pasos de filtración, incluyendo el uso de carbón activado, para eliminar posibles impurezas.
[0126] Paso i) – primera licuefacción del gas
[0127] El gas pasa después a través de un licuefactor que permite el cambio de estado del dióxido de carbono. Cambia del estado gaseoso al estado líquido. El licuefactor es un intercambiador que utiliza un fluido refrigerante. En la salida del licuefactor, se obtiene un fluido difásico, que incluye dióxido de carbono licuado. Se encuentra a una temperatura entre -25 °C y -35 °C.
[0128] Paso j) – destilación
[0129] El fluido se somete a una etapa de destilación para aislar el dióxido de carbono en forma licuada. De este modo, el dióxido de carbono licuado se recupera en el fondo de la columna, mientras que el gas se recupera en la parte superior de la columna. La temperatura dentro de la columna se encuentra entre -18 °C y -45 °C, a una presión entre 1500 y 2500 kPa.
[0130] Purga opcional
[0131] En esta etapa del método, se puede analizar el dióxido de carbono recuperado. Dependiendo de la pureza del líquido obtenido, el circuito puede incluir una válvula de derivación. Si la pureza del líquido recuperado no es suficiente, el líquido se puede enviar a la atmósfera una vez recalentado. Si la pureza del líquido recuperado es satisfactoria, el líquido se puede enviar directamente a un tanque de almacenamiento o usarse.
[0132] Paso k) – recuperación del dióxido de carbono licuado
[0133] El dióxido de carbono licuado se recupera. Se puede enviar a un tanque para su almacenamiento. También se puede utilizar directamente para una aplicación posterior.
[0134] Paso l) – segunda licuefacción del gas
[0135] El gas recuperado en la parte superior de la columna de destilación en el paso j) es un gas que incluye un contenido de dióxido de carbono menor que el gas que ingresa al método de acuerdo con la invención. Este gas incluye dióxido de carbono, el cual no se ha licuado durante el método. Este gas puede incluir posiblemente oxígeno, nitrógeno, metano, hidrógeno y monóxido de carbono, dependiendo de la fuente inicial de gas. El gas pasa después a través de un licuefactor para ser enfriado hasta una temperatura entre -35 °C y -45 °C. Este paso permite que el dióxido de carbono, aún no licuado y aislado en esta etapa del método, se licúe. Este paso constituye el segundo paso de licuefacción. Al final de este paso, se obtiene un fluido difásico.
[0136] Paso m) – separación de la fase
[0137] El fluido difásico que resulta del paso anterior se lleva a un separador, lo cual permite que se separe la fase líquida de la fase gaseosa.
[0138] Paso n) – reciclaje de la fase líquida hasta la destilación
[0139] La fase líquida que resulta del paso anterior, incluyendo el dióxido de carbono licuado, se recicla al nivel del paso de destilación j).
[0140] Paso o) – reciclaje opcional de la fase gaseosa
[0141] La fase gaseosa que resulta del paso de separación m) se puede recalentar usando un intercambiador. El gas recalentado se puede filtrar en una membrana para separar un gas rico en dióxido de carbono de un gas pobre en dióxido de carbono.
[0142] Un “gas rico en dióxido de carbono” significa un gas compuesto mayor a 50 % en volumen en relación con el volumen total de dióxido de carbono.
[0143] Un “gas pobre en dióxido de carbono” significa un gas compuesto menor a 50 % en volumen en relación con el volumen total de dióxido de carbono.
[0144] El gas rico en dióxido de carbono se puede reciclar y enviar al circuito antes de la sobrepresión del gas del paso c).
[0145] El gas pobre en dióxido de carbono se puede reciclar y enviar a una unidad para producir el gas tratado mediante el método de acuerdo con la invención.
[0146] Por ejemplo, en el caso donde se trata un biogás purificado, si el gas incluye principalmente metano, se puede reciclar hacia la unidad de metanización o hacia la unidad de purificación.
[0147] En el caso donde se trata un gas de oxicombustión, si el gas incluye principalmente oxígeno, se puede reciclar hacia la unidad de combustión.
[0148] En el caso donde se trata un gas de reformación de vapor, si el gas incluye principalmente hidrógeno, se puede reciclar hacia la unidad de reformación de vapor.
[0149] Por lo tanto, dependiendo del gas tratado, es posible reciclar y también valorizar los gases recuperados después de la licuefacción del dióxido de carbono.
[0150] Dispositivo
[0151] La invención también se relaciona con el dispositivo, el cual permite implementar el método de acuerdo con la invención. Este dispositivo se ilustra en la figura 1. Esta figura representa una modalidad de acuerdo con la invención.
[0152] El dispositivo para producir dióxido de carbono líquido, también llamado instalación de licuefacción de gas, se puede colocar, por ejemplo, en la salida de una unidad de purificación de biogás, en la salida de una unidad de recuperación de gases producidos por una planta de cemento, en la salida de una unidad de reformado de vapor o en la salida de una unidad de oxicombustión. El dispositivo 1 está conectado fluidamente a una unidad para producir un gas rico en dióxido de carbono a través de la entrada C1.
[0153] Preferiblemente, el dispositivo de acuerdo con la invención se localiza en el sitio de metanización y purificación de biogás.
[0154] El gas que se va a tratar se introduce en el dispositivo, de acuerdo con la invención, a través de una tubería de entrada C1. El gas se introduce en una unidad de filtración F101 para someterlo a una primera purificación. Se puede llevar a cabo una sucesión de varias filtraciones. La figura 1 ilustra la sucesión de 3 unidades de filtración F101, F102 y F103. Preferiblemente, las unidades de filtración F101 y F102 utilizan carbón activado, y la unidad de filtración F103 se encuentra en un tamiz molecular.
[0155] El gas se lleva entonces hacia un intercambiador E101 para someterlo a un primer enfriamiento. El intercambiador E101 puede utilizar agua como fluido de enfriamiento. El aire se denota como A en la figura 1. El gas ya enfriado se lleva entonces hasta un amplificador de potencia SP para imponer al gas, en la salida del amplificador de potencia, una presión mayor que la presión atmosférica.
[0156] En la salida del amplificador de potencia SP, el gas se introduce en un tanque de amortiguamiento TK101 para permitir que la presión del gas se regule dentro del método.
[0157] El gas se lleva después hacia uno o más intercambiadores, preferiblemente a dos intercambiadores E102 y E103, para enfriar el gas antes de su ingreso en el compresor CP. El intercambiador E102 puede utilizar agua como fluido de enfriamiento. El agua se denota como E en la figura 1. El intercambiador E103 puede utilizar agua glicolada como fluido de enfriamiento. El agua glicolada se denota como EG en la figura 1.
[0158] El gas se introduce entonces en el compresor seco sin aceite CP. En la salida del compresor, el gas se encuentra preferiblemente a 206 °C y 2500 kPa.
[0159] Después, este gas se introduce en dos unidades de filtración sucesivas F104 y F105 para eliminar impurezas y trazas de agua.
[0160] Este gas se introduce luego en un dispositivo de secado D para eliminar todas las trazas de agua.
[0161] En la salida del dispositivo de secado D, el gas se filtra de nuevo para eliminar las trazas de impurezas residuales utilizando la unidad de filtración F106. El gas se conduce después hacia un tanque de amortiguamiento TK102. Este tanque de amortiguamiento permite estabilizar la presión del gas dentro del dispositivo y homogeneizar la composición del gas.
[0162] El gas se introduce después en el intercambiador E104 para enfriarlo, luego en el licuefactor E105, para licuar el dióxido de carbono presente en el gas.
[0163] De acuerdo con una modalidad preferida, el dispositivo puede incluir al menos una unidad de filtración entre el intercambiador de calor E104 y el licuefactor E105, ventajosamente dos unidades de filtración.
[0164] En la salida del licuefactor E105, el dióxido de carbono dentro del fluido se encuentra en forma líquida. El fluido en la salida del licuefactor E105 está a una temperatura entre -25 °C y -35 °C.
[0165] En esta etapa del método, el gas está parcialmente o incluso totalmente licuado. Entre el intercambiador E104 y el licuefactor E105, el dispositivo puede incluir unidades de filtración para eliminar las impurezas restantes, especialmente si se tiene como objetivo el dióxido de carbono de grado alimenticio.
[0166] El gas se conduce entonces hacia la columna de destilación DC.
[0167] El dióxido de carbono licuado se recupera en el fondo de la columna de destilación DC.
[0168] Si el gas tiene una pureza satisfactoria, se puede conducir después hacia un tanque de almacenamiento STK. Si el gas no tiene una pureza satisfactoria, se puede enviar después a la atmósfera usando la válvula V. La mezcla de gas recuperada en la parte superior de la columna de destilación DC se conduce al licuefactor E106.
[0169] En la salida del licuefactor E106, el fluido es difásico. Se introduce en el separador Sep.
[0170] La fase líquida que resulta del separador Sep, la cual incluye dióxido de carbono licuado, se envía de vuelta a la columna de destilación DC a través de la tubería C3.
[0171] La fase gaseosa que resulta del separador Sep, se recalienta usando el intercambiador E107, y luego se lleva a una unidad de filtración de membrana F107.
[0172] La unidad de filtración F107 separa un gas rico en dióxido de carbono, que no ha sido licuado durante el método, de un gas pobre en dióxido de carbono. El gas rico en dióxido de carbono se recicla corriente arriba del amplificador de potencia SP a través de la tubería C4. El gas pobre en dióxido de carbono posiblemente se recicla a través de la tubería C5 hasta la unidad para producir el gas tratado por el método, de acuerdo con la invención.
[0173] La figura 2 ilustra una modalidad del compresor en seco sin aceite CP. Este es un compresor de dos etapas. Las etapas de compresión del circuito se montan en serie. Esto significa que los compresores se ubican en la misma rama del circuito. El aumento de la presión del gas permite reducir la potencia necesaria para la licuefacción de la mezcla y mejora el rendimiento del método. Para evitar el aumento de la temperatura del gas en la salida del compresor, la compresión se lleva a cabo en dos pasos. Esto mejora el rendimiento de la compresión enfriando el gas a la salida de cada etapa. El compresor también se protege de un posible sobrecalentamiento.
[0174] El gas del intercambiador E103 ilustrado en la figura 1 ingresa al compresor CP a través de la tubería 220. El gas se introduce en el compresor CP201. En la salida del compresor CP201, la energía térmica generada por la compresión la recupera el intercambiador E211, y después el intercambiador E212. Estos intercambiadores permiten enfriar el gas y calentar el fluido dentro del intercambiador.
[0175] En la salida del intercambiador E212, el gas se lleva al compresor CP202. En la salida del compresor CP202, la energía térmica generada por la compresión la recupera el intercambiador E213, y después el intercambiador E214.
[0176] De acuerdo con una modalidad particular, los intercambiadores E211 y E213 utilizan agua como fluido para transferencia de calor. Esta agua calentada por los intercambiadores se puede usar para calentar estructuras que se ubican cerca del dispositivo de acuerdo con la invención. Los intercambiadores E212 y E214 utilizan aire como fluido para transferencia de calor. Los intercambiadores E211 y E212, y de manera independiente a los intercambiadores E213 y E214, permiten una disminución de la temperatura del gas.
[0177] La figura 3 ilustra una modalidad de un dispositivo de enfriamiento. El dispositivo para producir dióxido de carbono líquido, de acuerdo con la invención, incluye dos licuefactores E105 y E106 que se ilustran en la figura 1. La figura 3 ilustra un dispositivo de refrigeración CR que se puede conectar a los licuefactores E105 y E106. Este dispositivo de enfriamiento se conecta a un licuefactor E301; en su entrada se introduce un gas no licuado 31, y en su salida se extrae un gas licuado 32. Por otro lado, el licuefactor E301 incluye una salida 35 y una entrada 36. La salida 35 y la entrada 36 están destinadas a conectarse fluidamente al dispositivo de refrigeración CR.
[0178] De acuerdo con esta modalidad, el dispositivo de enfriamiento CR incluye una serie de dos circuitos de enfriamiento independientes que se posicionan en cascada, que comprenden en este caso un circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 y un circuito de enfriamiento de alta temperatura 34. El principio básico del dispositivo de enfriamiento es que el circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 extrae calorías del licuefactor E301 al estar fluidamente conectado a la salida 35 y entrada 36 del licuefactor E301. Por su parte, el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 extrae calorías del circuito de enfriamiento de baja temperatura 33. De este modo, los dos circuitos de enfriamiento de alta temperatura 34 y baja temperatura 33 son independientes y son paralelos entre sí, a la vez que están en cascada.
[0179] De una manera conocida por sí misma, el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 incluye, en la dirección de circulación de un primer fluido refrigerante que se ilustra a través de las flechas de la figura, un compresor asociado 311, un condensador 312, en este caso en forma de intercambiador de calor, que permiten extraer calorías del circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 hacia el exterior del dispositivo de enfriamiento. Corriente abajo del condensador 312, el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 incluye un expansor 313.
[0180] Por su parte, el circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 incluye, aún en la dirección de circulación de un segundo fluido refrigerante, que está asociado a él y se ilustra a través las flechas de la figura, un compresor asociado 321 seguido de un condensador 322 al que le sigue un expansor 323. El condensador 322 es en este caso, un intercambiador de calor cuya segunda parte forma un evaporador para el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 en donde se integra corriente abajo del expansor 313 y corriente arriba del compresor 311 del circuito de enfriamiento de alta temperatura 34. De este modo, el condensador/evaporador 322 forma, en el caso de esta modalidad del dispositivo de enfriamiento CR, medios de extracción de calorías que conectan térmicamente el circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 con el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34.
[0181] El circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 incluye, corriente abajo del expansor 323, una tubería de salida conectada fluidamente a la entrada 36 del licuefactor E301. Del mismo modo, el circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 comprende una tubería de entrada corriente arriba del compresor 321, que se conecta fluidamente a la salida 35 del licuefactor E301.
[0182] El circuito de enfriamiento de baja temperatura 33 y el circuito de enfriamiento de alta temperatura 34 pueden incluir separadores de compresores corriente abajo, para separar el aceite extraído del compresor. Se puede concebir que haya un bucle de reciclaje de este aceite hacia el compresor.
[0183] De acuerdo con una modalidad preferida de la instalación de acuerdo con la invención, el dispositivo de licuefacción 1 de acuerdo con la invención está compuesto por un contenedor. Un contenedor es una caja de dimensiones estandarizadas que se puede utilizar para la manipulación, almacenamiento o transporte de materiales o lotes de objetos, permitiendo simplificar el embalaje de estos objetos. Por ejemplo, el contenedor en el que se dispone el dispositivo de licuefacción puede ser un contenedor para transporte marítimo, de acuerdo con lo estandarizado por las normas ISO 668:2020 e ISO 1496-3. Por lo tanto, el dispositivo de licuefacción se puede transportar con facilidad y se puede instalar cerca de la unidad para producir el gas que se vaya a licuar.
[0184] Los ejemplos que aparecen a continuación permiten ilustrar la presente invención, aunque no son limitantes.
[0185] Ejemplos
[0186] 1. Pureza del dióxido de carbono líquido producido
[0187] Un gas de una unidad de purificación de biogás, producido por medio de un metanizador con la siguiente composición, se trata a través del método de acuerdo con la invención:
[0188] Tabla 1
[0191]
[0194] Tabla 2. En la salida del método, el gas tiene la siguiente composición:
[0196]
[0199] El dióxido de carbono producido cumple con la Farmacopea Europea, con la norma EN936/EIGA/ISBT y con la normativa RE 231/2012CE.
[0200] 2. Consumo de energía del método
[0201] El método, de acuerdo con la invención, consume de 0.18 kW/h a 0.27 kW/h por cada kg de CO<2>líquido producido, dependiendo de la composición del gas tratado.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES
1. Un método para producir dióxido de carbono líquido a partir de un gas que contenga más de 70 % en volumen de dióxido de carbono, que comprende los siguientes pasos sucesivos:
a) uno o más pasos de filtración usando carbón activado, a continuación
b) uno o más pasos de enfriamiento del gas, la temperatura del gas al final de este paso se encuentra entre 10 y 20 °C, a continuación
c) un paso de sobrepresión del gas, la presión de gas al final de este paso se encuentra entre 105 y 140 kPa, d) uno o más pasos de enfriamiento de gas, a continuación
e) un paso de compresión de gas, la presión de gas al final de este paso se encuentra entre 1500 y 2500 kPa, a continuación
f) una o más filtraciones, a continuación
g) un paso de secado de gas, a continuación
h) una o más filtraciones, a continuación
i) un paso de licuefacción del gas, el fluido al final de este paso está a una temperatura entre -25 °C y -35 °C, después
j) una fase de destilación del fluido de modo que se aísle el dióxido de carbono licuado,
k) un paso de recuperación del dióxido de carbono en forma líquida a partir del paso j),
l) un paso de licuefacción del gas recuperado en la parte superior de la columna de destilación en el paso j), el gas al final de este paso se encuentra a una temperatura entre -35 °C y -45 °C, a continuación
m) un paso de separación de la fase líquida de la fase gaseosa del fluido que resulta del paso de licuefacción l), después
n) un paso de reciclaje de la fase líquida que resulta de la separación del paso m) hacia la etapa de destilación j).
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un paso de filtración de partículas entre los pasos a) y b).
3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque incluye un paso de enfriamiento del gas entre los pasos h) e i).
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye los siguientes pasos sucesivos:
- un paso de calentamiento de la fase gaseosa obtenida en el paso m),
- un paso de filtración de membrana de la fase de gas calentado,
- un paso de reciclaje del gas obtenido en el paso de filtración anterior y que se compone por más de 50 % en volumen con relación al volumen total de gas de dióxido de carbono, antes del paso de sobrepresión c).
5. Un dispositivo para producir dióxido de carbono líquido (1) a partir de un gas que contenga más de 70 % en volumen de dióxido de carbono, caracterizado porque incluye los siguientes elementos, conectados fluidamente entre sí y en este orden:
- al menos dos unidades de filtración (F101, F102, F103) montadas en serie,
- un intercambiador de calor (E101) para enfriar el gas,
- un amplificador de potencia (SP),
- un tanque de amortiguamiento (TK101),
- al menos dos intercambiadores (E102, E103) montados en serie,
- un compresor seco exento de aceite (CP),
- al menos una unidad de filtración (F104, F105),
- un dispositivo de secado (D), para eliminar las trazas de humedad,
- al menos una unidad de filtración (F106),
- un tanque de amortiguamiento (TK102),
- al menos un intercambiador de calor (E104),
- un licuefactor (E105),
- una columna de destilación (DC),
- el pie de la columna de destilación (DC) está fluidamente conectado a una tubería (C2) que permite la recuperación del dióxido de carbono licuado,
- el cabezal de la columna de destilación (DC) está conectado a un licuefactor (E106) para licuar el dióxido de carbono restante en el gas, que después se conecta a un separador (Sep),
- una tubería (C3) conecta el separador (Sep) a la columna de destilación (DC), permitiendo el reciclaje de la fase líquida, que incluye principalmente dióxido de carbono.
6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el compresor (CP) es un compresor multietapa, equipado con al menos dos compresores montados en serie (CP201, CP202), y equipado con al menos dos intercambiadores de calor (E211, E212 y E213, E214) montados en serie y posicionados corriente abajo de cada compresor.
7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque los licuefactores (E105, E106) están conectados a dispositivos de enfriamiento, incluyendo al menos dos circuitos de enfriamiento montados en cascada (33, 34).
8. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el separador (Sep) está conectado fluidamente a un intercambiador de calor (E107), después a una unidad de filtración de membrana (F107),
una tubería (C4) conecta la unidad de filtración (F107) a la tubería corriente arriba del amplificador de potencia (SP) para reciclar el gas, incluyendo el dióxido de carbono.
9. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque la tubería (C2) dispuesta en la salida de la columna de destilación (DC) está conectada a una válvula (V), después a un tanque de almacenamiento (STK), que recupera el dióxido de carbono licuado.
10. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque incluye al menos una unidad de filtración entre el intercambiador de calor (E104) y el licuefactor (E105).
11. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque incluye al menos una unidad de filtración entre el tanque de amortiguamiento (TK102) y el intercambiador de calor (E104).
12. Un uso del dispositivo tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, para licuar un gas que se origina en una unidad de metanización, en una unidad de purificación de biogás, en una unidad de reformado de vapor, en una unidad de oxicombustión, o en una unidad para recuperar gases producidos por una planta de cemento.
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US7666251B2 (en) * 2006-04-03 2010-02-23 Praxair Technology, Inc. Carbon dioxide purification method
CA2769687C (en) * 2010-04-16 2014-12-30 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Ministeof Natural Resources Auto-refrigerated gas separation system for carbon dioxide capture and compression
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