IT201900013281A1 - Procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione delle caldaie - Google Patents

Procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione delle caldaie Download PDF

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Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “Procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione delle caldaie”
DESCRIZIONE
La presente invenzione rientra in generale nel campo dei procedimenti di recupero e riutilizzo dell’anidride carbonica presente nei fumi di combustione che, come è noto, sono notevolmente arricchiti in anidride carbonica rispetto alla quantità di questo gas presente nell’aria. Più in particolare, l’invenzione riguarda un procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione di caldaie (“fumi di caldaie”) e, opzionalmente, per la successiva produzione di ghiaccio secco.
La combustione del metano o di altri idrocarburi, quali gasolio e olio combustibile, nelle caldaie produce fumi contenenti un’elevata percentuale di anidride carbonica. Come è noto, l’anidride carbonica è il principale gas responsabile dell’effetto serra. Sarebbe dunque auspicabile disporre di un procedimento a basso costo per il recupero e il riutilizzo dell’anidride carbonica prodotta dalla combustione nelle caldaie. Questo gas rappresenta infatti uno scarto industriale nonché una sostanza dannosa per l’ambiente. Il recupero dell’anidride carbonica dai fumi delle caldaie, per renderla disponibile per il riutilizzo in processi industriali di vario genere, permetterebbe di evitare la sua immissione nell’atmosfera, con notevoli benefici in termini sia economici sia ambientali.
L’anidride carbonica è contenuta nell’aria nella percentuale dello 0,041%. La sua separazione dagli altri gas che compongono l’aria, ossia ossigeno (20,9%) e azoto (78,09%), richiederebbe quindi la filtrazione di enormi quantità di aria, con un notevole dispendio energetico e scarsa resa. Dati i costi elevati e le scarse rese di produzione, attualmente non esiste una grossa richiesta di produzione di anidride carbonica a livello industriale. Nell’industria, infatti, essa viene principalmente prodotta come scarto dalla distillazione dell’aria per la produzione di ossigeno ed azoto, dei quali esiste invece una forte richiesta. Poter recuperare l’anidride carbonica dai fumi di combustione in modo semplice ed economico rappresenterebbe quindi un passo fondamentale per rendere disponibile questo prodotto per un impiego vantaggioso nei processi industriali in cui esso si presta ad essere impiegato, come ad esempio lo sgrassaggio e la pulizia di alluminio, acciaio, titanio e relative leghe per parti ed attrezzature aeronautiche e di altro tipo, per la correzione acida dei bagni galvanici, per il trattamento delle acque reflue, per il mantenimento della catena del freddo e per il condizionamento ambientale.
La disponibilità di anidride carbonica a basso costo permetterebbe quindi di migliorare e di rendere maggiormente efficienti ed economici questi ed altri processi industriali.
Onde soddisfare queste ed altre necessità e superare le limitazioni della tecnica nota, la presente invenzione mette a disposizione un procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione delle caldaie, comprendente le fasi di:
(a) scaricare il fumo di combustione da una caldaia, in cui detto fumo di combustione contiene aria arricchita in anidride carbonica e vapore d’acqua;
(b) comprimere il fumo di combustione della caldaia ad un valore di pressione P1, in cui P1 è superiore alla pressione atmosferica, raffreddando il fumo di combustione durante la compressione in modo tale per cui la sua temperatura non superi gli 80 °C, ottenendo così la formazione di acqua allo stato liquido e di un gas compresso contenente aria arricchita in anidride carbonica;
(c) separare l’acqua liquida dal gas compresso;
(d) espandere il gas compresso ad un valore di pressione P2, in cui P2 è superiore alla pressione atmosferica e inferiore a P1, ottenendo così un gas espanso;
(e) separare l’anidride carbonica facendo passare il gas espanso ottenuto nella fase precedente attraverso un filtro comprendente un materiale di separazione di gas scelto nel gruppo consistente di fullereni, zeoliti naturali, zeoliti sintetiche, alluminofosfati, cianocomplessi polimerici e qualsiasi loro combinazione, ottenendo così anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura.
Vantaggiosamente, il procedimento dell’invenzione come sopra definito consente di ottenere anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura, che si presta in maniera ottimale ad essere impiegata per la successiva produzione di ghiaccio secco.
Per la produzione di ghiaccio secco, successivamente alle fasi da (a) a (e) definite in precedenza, vengono attuate le seguenti ulteriori fasi: (f) comprimere l’anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura ottenuta nella fase (e) ad un valore di pressione P3, in cui P3 è superiore alla pressione atmosferica, raffreddando l’anidride carbonica gassosa durante la compressione; e
(g) espandere l’anidride carbonica a pressione atmosferica (ovvero, circa 1 bar), ottenendo così il raffreddamento rapido dell’anidride carbonica e la formazione di ghiaccio secco.
Secondo una forma di attuazione preferita del procedimento dell’invenzione, il fumo di combustione impiegato nella fase (a) ha una concentrazione di anidride carbonica compresa fra l’8 e il 15%. Il tecnico del ramo è consapevole del fatto che la concentrazione dell’anidride carbonica presente nel fumo di combustione dipende da vari fattori, fra cui il tipo di caldaia e il tipo di combustibile in essa impiegato. Tipicamente, le caldaie a metano producono fumi di combustione aventi una concentrazione di anidride carbonica compresa fra l’8% e il 12%; le caldaie a gasolio producono fumi di combustione aventi una concentrazione di anidride carbonica compresa fra il 10% e il 15%; le caldaie a olio combustibile producono fumi di combustione aventi una concentrazione di anidride carbonica compresa fra il 9% e il 14%.
Come indicato sopra, il fumo di combustione impiegato come materiale di partenza per l’ottenimento dell’anidride carbonica contiene altresì vapore d’acqua, che ha tipicamente una concentrazione compresa fra il 15% e il 25%.
Naturalmente, con la prima fase di compressione (fase (b)) e la successiva fase di separazione dell’acqua liquida (fase (c)) del procedimento, la concentrazione dell’anidride carbonica nel gas compresso risulta incrementata.
In una forma di realizzazione preferita, la compressione della fase (b) viene effettuata ad un valore di pressione compreso fra 15 e 25 bar. La pressione ottimale in questa fase è di circa 15 bar.
La compressione della fase (b) viene realizzata raffreddando il gas in modo tale per cui la sua temperatura non superi gli 80°C, ed è generalmente preferito raffreddare a una temperatura compresa fra 20°C e 50°C. Ulteriori valori di temperatura preferiti in questa fase sono 25°C, 30°C, 35°C, 40°C o 45°C.
Secondo una forma di attuazione preferita, la compressione della fase (b) viene realizzata mediante l’impiego di un compressore e l’acqua liquida ottenuta nella fase (c) viene separata spurgandola dal fondo del compressore.
Dopo la separazione dell’acqua liquida, il gas compresso ottenuto nella fase (b) viene espanso nella fase (d) ad una pressione P2 superiore a quella atmosferica e inferiore a P1, generalmente compresa fra 5 e 14 bar. È preferito che questa fase di espansione venga realizzata senza una regolazione della temperatura del gas.
Secondo una forma di attuazione preferita, la fase (d) di espansione viene realizzata mediante l’impiego di un turboespansore, ossia un generatore di elettricità che recupera l’energia potenziale e cinetica dissipata dal fenomeno della riduzione di pressione del gas.
Successivamente, nella fase (e), il gas espanso viene inviato ad un filtro comprendente un materiale di separazione di gas, grazie al quale si verifica la separazione dell’anidride carbonica contenuta nel gas espanso dagli altri gas ivi presenti, ossia principalmente ossigeno e azoto. Materiali idonei alla separazione di gas sono di per sé noti al tecnico del ramo e comprendono fullereni (preferibilmente buckytubes, anche chiamati “nanotubi di carbonio”), oppure setacci molecolari quali zeoliti naturali, zeoliti sintetiche, alluminofosfati, cianocomplessi polimerici e loro combinazioni.
I materiali di separazione di gas preferiti nell’ambito della presente invenzione sono i fullereni (più preferibilmente nanotubi di carbonio) e le zeoliti (preferibilmente zeoliti sintetiche 4 angstrom. Senza voler essere legati ad alcuna teoria, si ritiene che la separazione dell’anidride carbonica sia dovuta al fatto che, essendo la molecola dell’anidride carbonica molto più grande rispetto a quelle dell’azoto e dell’ossigeno, la frequenza degli urti contro la struttura dei fullereni od altri materiali di separazione di gas sia notevolmente minore, onde per cui le molecole di CO2 vengono maggiormente adsorbite sul materiale di separazione rispetto alle molecole di O2 e N2, il che in ultima analisi ne permette la separazione da questi ultimi. Il lavaggio del filtro con aria a bassa pressione (preferibilmente compresa fra 1,5 e 2 bar) permette il desorbimento dell’anidride carbonica dal filtro e la sua separazione dall’ossigeno e l’azoto. Pertanto, dopo un tempo variabile generalmente compreso fra 10 e 30 minuti (tempo in ogni caso dipendente dalla dimensione della colonna contenente i fullereni e/o zeoliti e dalla loro compattezza in essa), il gas che fuoriesce dal filtro è costituito da anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura, ad elevata concentrazione. Nell’ambito della presente descrizione, con l’espressione “sostanzialmente pura” si intende una purezza di circa il 99,0%, circa il 99,1%, circa il 99,3%, circa il 99,4%, circa il 99,5%, circa il 99,6%, circa il 99,7%, circa il 99,8%, circa il 99,9% o circa il 100%.
In una forma di realizzazione preferita, il filtro impiegato nel procedimento dell’invenzione è una colonna riempita col materiale di separazione di gas (preferibilmente nanotubi di carbonio e/o zeoliti) e il gas espanso della fase (e) viene inviato alla colonna sotto pressione, preferibilmente compresa fra 6,5 e 8,5 bar. Ancor più preferibilmente, nel procedimento dell’invenzione vengono utilizzate due colonne in parallelo, di cui una in pressione e l’altra in lavaggio, alternandosi ripetutamente onde ottenere un flusso costante di anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura in uscita.
Come indicato in precedenza, l’anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura ottenuta mediante il procedimento dell’invenzione può essere vantaggiosamente utilizzata per la produzione di ghiaccio secco, ossia anidride carbonica in forma solida.
A tale scopo, il flusso di anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura ottenuto nella fase (d) viene prima compresso (fase (e)), preferibilmente mediante l’ausilio di un compressore, ad una pressione P3, in cui P3 è superiore alla pressione atmosferica, con raffreddamento, e poi viene espanso a pressione atmosferica (circa 1 bar) generalmente senza regolazione della temperatura (fase (f)). La temperatura di raffreddamento della fase (e) è preferibilmente di circa -25°C e la pressione P3 è preferibilmente compresa fra 15 e 25 bar. Con la successiva espansione, si verifica un rapido decremento della temperatura dell’anidride carbonica, fino a circa -80°C, con la conseguente formazione di ghiaccio secco.
Il procedimento della presente invenzione permette vantaggiosamente di produrre in modo semplice ed economico anidride carbonica in forma sia gassosa sia solida, recuperandola dai fumi di combustione delle caldaie e quindi evitandone la dispersione nell’atmosfera, con notevoli vantaggi ambientali.
Inoltre, l’anidride carbonica ottenuta trova diverse applicazioni nell’industria, ove essa si presta ad essere sfruttata in varie forme. L’anidride carbonica in forma solida, ossia come ghiaccio secco, può infatti essere impiegata come abrasivo leggero (“Drice Blastig”) per la pulizia di attrezzi e, in campo aeronautico, per la sverniciatura di interi velivoli. Un altro impiego industriale dell’anidride carbonica in forma solida è nella catena del freddo, considerato che la temperatura del ghiaccio secco è di -50°C a pressione ambiente. Tramite l’impiego di pompe di calore, sarebbe quindi possibile sfruttare la bassa temperatura del ghiaccio secco per il condizionamento ambientale e dei frigoriferi. L’anidride carbonica in forma di gas può essere utilizzata per acidificare i bagni di trattamento chimico di parti aeronautiche o di altri componenti industriali, nonché nel trattamento delle acque reflue. Infine, l’anidride carbonica supercritica può essere utilizzata come agente per sgrassare piccole parti o per la pulizia di tubazioni, processi che ad oggi sono realizzati con solventi o con sostanze chimiche, che tuttavia presentano problemi di impatto ambientale.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento alla figura allegata, nella quale è rappresentato un diagramma di flusso di una forma di realizzazione preferita del procedimento dell’invenzione.
In figura è rappresentata schematicamente la camera di combustione di una caldaia impiegante metano come combustibile e aria come comburente. Il calore generato dalla combustione viene utilizzato per riscaldare un fluido termovettore, per esempio acqua, che viene messo in circolazione nel sistema di distribuzione dell'impianto per riscaldare e produrre acqua calda. Il fumo di combustione in uscita dalla camera di combustione della caldaia ha una composizione di circa il 10% di CO2, circa il 20% di H2O (vapore d’acqua) e circa il 70% di O2+N2. Secondo la tecnica nota, il fumo di combustione della caldaia viene semplicemente raffreddato, con l’ausilio di una torre di raffreddamento, da una temperatura di circa 100°C a una temperatura di circa 30°C (il che causa la formazione di vapore d’acqua) ed immesso in atmosfera. Secondo la forma di realizzazione del procedimento dell’invenzione rappresentata in figura, il fumo di combustione in uscita dalla camera di combustione della caldaia viene inviato - previa filtrazione per eliminare microparticelle solide eventualmente presenti nei fumi, che tendono a saturare le colonne di separazione dei gas - ad uno scambiatore di calore per ridurre la sua temperatura a circa 30°C a pressione atmosferica (circa 1 bar). Successivamente, esso viene inviato ad un compressore per comprimerlo ad una pressione compresa fra 15 e 25 bar con raffreddamento a circa 25°C. Con la compressione si verifica la formazione di acqua liquida (acqua di condensa), che viene spurgata dal fondo del compressore e riutilizzata per varie esigenze industriali e/o domestiche, con il vantaggio che, essendo priva di calcio ed altri sali minerali, non causa la formazione di incrostazioni.
La composizione del gas rimanente dopo la separazione dell’acqua liquida è di circa il 12,5% di CO2 e circa l’87,5% di O2+N2. Nella fase successiva, il gas viene inviato ad un turboespansore per essere espanso ad una pressione compresa fra 6,5 e 8,5 bar, con recupero di energia elettrica. Con l’espansione il gas si raffredda ad una temperatura compresa fra circa -10°C e circa -20°C. Nella fase di espansione la composizione del gas non varia. Successivamente all’espansione, il gas viene inviato ad uno scambiatore di calore per essere riscaldato a circa 25°C ed inviato ad una coppia di filtri a colonna riempiti con nanotubi di carbonio e/o zeoliti sintetiche 4 angstrom come materiale di separazione della CO2. L’anidride carbonica trattenuta dai nanotubi di carbonio e/o zeoliti viene rilasciata quando la colonna viene lavata con aria a bassa pressione (1,5-2 bar). Il funzionamento del sistema è discontinuo, per cui ciascuna delle due colonne viene alternativamente lavata con l’aria a bassa pressione allo scopo di ottenere un flusso costante di anidride carbonica gassosa in uscita, avente una purezza di circa il 98-99,5%. L’aria filtrata e esente da anidride carbonica, in uscita dalle colonne può essere inviata ad un turboespansore per essere espansa a pressione compresa fra 1,5 e 2 bar, con recupero di energia elettrica, e successivamente essere fatta ricircolare alternativamente attraverso ciascuna delle due colonne per il lavaggio e il rilascio dell’anidride carbonica ivi trattenuta.
L’anidride carbonica gassosa in uscita dalle colonne viene inviata ad un compressore per comprimerla a pressione compresa fra 15 e 20 bar, con raffreddamento a temperatura di circa -25°C. La successiva fase di espansione a pressione atmosferica determina una drastica e rapida riduzione della temperatura dell’anidride carbonica, a circa -80°C, con la conseguente formazione di anidride carbonica solida (neve carbonica). La neve carbonica prodotta può essere meccanicamente compattata per produrre cubetti di facile stoccaggio e trasporto.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l’ottenimento di anidride carbonica dai fumi di combustione delle caldaie, comprendente le fasi di: (a) scaricare il fumo di combustione da una caldaia, in cui detto fumo di combustione contiene aria arricchita in anidride carbonica e vapore d’acqua; (b) comprimere il fumo di combustione della caldaia ad un valore di pressione P1, in cui P1 è superiore alla pressione atmosferica, raffreddando il fumo di combustione durante la compressione in modo tale per cui la sua temperatura non superi gli 80 °C, ottenendo così la formazione di acqua allo stato liquido e di un gas compresso contenente aria arricchita in anidride carbonica; (c) separare l’acqua liquida dal gas compresso ottenuto nella fase precedente; (d) espandere il gas compresso ad un valore di pressione P2, in cui P2 è superiore alla pressione atmosferica ed è inferiore a P1, ottenendo così un gas espanso; (e) separare l’anidride carbonica facendo passare il gas espanso ottenuto nella fase precedente attraverso un filtro comprendente un materiale di separazione di gas scelto nel gruppo consistente di fullereni, zeoliti naturali, zeoliti sintetiche, alluminofosfati, cianocomplessi polimerici e qualsiasi loro combinazione, ottenendo così anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il fumo di combustione impiegato nella fase (a) ha una concentrazione di anidride carbonica compresa fra l’8 e il 15%.
  3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la purezza dell’anidride carbonica ottenuta nella fase (e) è dal 99% al 100%.
  4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui nella fase (b) P1 è compreso fra 15 e 25 bar.
  5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui nella fase (b) il fumo di combustione viene raffreddato a una temperatura compresa fra 20 e 50°C.
  6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui nella fase (d) P2 è compreso fra 5 e 14 bar, preferibilmente fra 6,5 e 8,5 bar.
  7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, in cui la fase (d) di espansione viene realizzata mediante l’impiego di un turboespansore.
  8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, comprendente le ulteriori fasi di: (f) comprimere l’anidride carbonica gassosa sostanzialmente pura ottenuta nella fase (e) ad un valore di pressione P3, in cui P3 è superiore alla pressione atmosferica, raffreddando l’anidride carbonica durante la compressione; e (g) espandere l’anidride carbonica a pressione atmosferica, ottenendo così il raffreddamento rapido dell’anidride carbonica e la formazione di anidride carbonica solida.
  9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui nella fase (f) P3 è compreso fra 15 e 25 bar.
  10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui nella fase (f) l’anidride carbonica viene raffreddata a una temperatura compresa fra -20 e -30°C.
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US16/941,592 US11406938B2 (en) 2019-07-30 2020-07-29 Process for obtaining carbon dioxide from furnace combustion fumes
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11920248B2 (en) 2018-12-18 2024-03-05 Prometheus Fuels, Inc Methods and systems for fuel production
EP4294964A1 (en) * 2021-02-19 2023-12-27 Prometheus Fuels, Inc. Integrated direct air capture and electrochemical reduction of carbon dioxide
CN114622953B (zh) * 2022-03-28 2023-04-18 中国矿业大学 煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2011551A (en) * 1933-04-20 1935-08-13 Carbonic Dev Corp Method of manufacturing solid carbon dioxide
JPH10273301A (ja) * 1997-03-28 1998-10-13 Daido Hoxan Inc 水素製造装置
EP2574392A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-03 General Electric Company Systems and Methods for Producing Solid or Liquid Carbon Dioxide and for Energy Recovery
US20160256819A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Hybrid membrane and adsorption-based system and process for recovering co2 from flue gas and using combustion air for adsorbent regeneration
US20180236395A1 (en) * 2016-03-16 2018-08-23 Ihi Corporation Carbon dioxide recovery method and recovery device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2891609B1 (fr) * 2005-10-04 2007-11-23 Inst Francais Du Petrole Procede d'oxy-combustion permettant la capture de la totalite du dioxyde de carbone produit.
US8323602B2 (en) * 2010-07-08 2012-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Treatment of flue gas from an oxyfuel combustion process
EP2724766A1 (en) * 2012-10-26 2014-04-30 Alstom Technology Ltd A method of treating a carbon dioxide rich flue gas and a flue gas treatment system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2011551A (en) * 1933-04-20 1935-08-13 Carbonic Dev Corp Method of manufacturing solid carbon dioxide
JPH10273301A (ja) * 1997-03-28 1998-10-13 Daido Hoxan Inc 水素製造装置
EP2574392A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-03 General Electric Company Systems and Methods for Producing Solid or Liquid Carbon Dioxide and for Energy Recovery
US20160256819A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Hybrid membrane and adsorption-based system and process for recovering co2 from flue gas and using combustion air for adsorbent regeneration
US20180236395A1 (en) * 2016-03-16 2018-08-23 Ihi Corporation Carbon dioxide recovery method and recovery device

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