MX2010010327A - Un sistema y metodo para eliminacion mejorada de co2 de una corriente de gases mixta. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema de procesamiento de gases de combustión basado en solvente, para retirar CO2 de una corriente de gases de combustión, en donde se suministra un catalizador revestido en una estructura de soporte. El catalizador selecto es capaz de retener CO2, al menos por un período de tiempo, incrementando de esta manera el tiempo de residencia de CO2 y solvente.

Description

UN SISTEMA Y MÉTODO PARA ELIMINACIÓN MEJORADA DE C02 DE UNA CORRIENTE DE GASES MIXTA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad de la Solicitud co-pendiente Provisional de Patente de los E.U.A., con título "System and Method For Enhanced Removal of C02 From a Mixed Gas Stream," con Número de Serie 61/038,494, presentada en 03/21/2008, la descripción de la cual se incorpora aquí en su totalidad como referencia. Campo de la Invención La invención propuesta se refiere a un sistema y método para eliminación de dióxido de carbono (C02) de una corriente de gases de proceso que contiene dióxido de carbono y dióxido de azufre. Más particularmente, la invención propuesta se dirige a un sistema de procesamiento de gases de combustión basado en solvente para eliminar C02 de una corriente de gases de combustión en la que se proporciona un catalizador para aumentar la eficacia del solvente en capturar C02 de la corriente de gases de combustión o en regenerar el solvente. ANTECEDENTES En la combustión de un combustible, tal como carbón, aceite, turba, desechos, etc., en una planta de combustión, tal como aquellas asociadas con sistemas de caldera para proporcionar vapor a una planta de energía, un gas de proceso caliente (o gas de combustión) se genera. Dicho gas de combustión comúnmente contendrá, entre otras cosas, dióxido de carbono (C02). Los efectos ambientales negativos de liberar dióxido de carbono a la atmósfera se han reconocido ampliamente, y han resultado en el desarrollo de procesos adaptados para retirar dióxido de carbono del gas de proceso caliente generado en la combustión de los combustibles anteriormente mencionados. Un sistema y proceso semejantes se han descrito previamente y se dirigen a un sistema y método de una sola etapa basado en Amoniaco Enfriado para eliminar dióxido de carbono (C02) de una corriente de gases de combustión después de la combustión. Sistemas conocidos de captura de C02 basados en solvente, tales como sistemas y procesos basados en amoniaco (CAP = Chilled Ammonia Process) proporcionan medios de relativamente bajo costo para capturar/eliminar C02 de una corriente de gases, tal como, por ejemplo, una corriente de gases de combustión después de combustión. Un ejemplo de dicho sistema y proceso se ha descrito previamente en la Solicitud de Patente Pendiente PCT/US2005/012794, (Número de Publicación Internacional: WO 2006/022885 / Inventor: Eli Gal), presentada el 12 de abril del 2005 y con titulo "Ultra Cleaning of Combustión Gas Including the Removal Of C02". En este proceso la absorción de C02 de una corriente de gases de combustión se logra al contactar una solución enfriada de amoníaco iónico (o fango) con una corriente de gases de combustión que contiene C02. La Figura 1A es un diagrama que muestra en general un sistema de procesamiento de gases de combustión 15 para utilizar en la remoción de diversos contaminantes de una corriente de gases de combustión FG (FG = Flue Gas) emitida por la cámara de combustión de un sistema de caldera 26 utilizado en un sistema generador de vapor de, por ejemplo, una planta de generación de energía. Este sistema inclúye un sistema de eliminación de C02 70 que se configura para eliminar C02 de la corriente de gases de combustión FG antes de emitir la corriente de gases de combustión limpios a una chimenea 90 (o procesamiento adicional alterno). También se configura para sacar el C02 eliminado de la corriente de gases de combustión FG. Detalles del sistema de eliminación de C02 70 se muestran en general en la Figura 1 B. Con referencia a la Figura 1 B, el Sistema de eliminación de C02 70 incluye un sistema de captura 72 para capturar/eliminar C02 de una corriente de gases de combustión FG y un sistema de regeneración 74 para regenerar una solución de amoníaco iónico empleada para eliminar C02 de la corriente de gases de combustión FG. Detalles del sistema de captura 72 se muestran en forma general en la Figura 1C. Con referencia a la Figura 1C y la Figura 1 D, un sistema de captura 72 de un sistema de captura de C02 70 (Figura 1A) se muestra en general. En este sistema, el sistema de captura 72 es un sistema de captura de C02 basado en solvente. Más particularmente, en este ejemplo, el solvente empleado es amoniaco enfriado o frío. En un sistema/método para eliminar C02 basado en amoníaco frío (CAP), un recipiente de absorción se proporciona en el que una solución de amoníaco iónico absorbente (solución de amoníaco iónico) hace contacto con una corriente de gases de combustión (FG) que contiene C02. La solución de amoníaco iónico es típicamente acuosa y puede estar compuesta de, por ejemplo, agua e iones amonio, iones bicarbonato, iones carbonato, y/o iones carbamato. Un ejemplo de un sistema de eliminación de C02 se muestra en general en los diagramas de la Figura 1C y la Figura 1 D. Con referencia a la Figura 1 C, un recipiente de absorción 170 se configura para recibir una corriente de gases de combustión (FG) que se origina, por ejemplo, de la cámara de combustión de una caldera encendida con combustible fósil 26 (ver la Figura 1A). También se configura para recibir un suministro de solución pobre en amoníaco iónico del sistema de regeneración 74 (ver la Figura 1B). La solución pobre en amoníaco iónico se introduce al recipiente 170 por medio de un sistema de distribución de líquido 1.22 mientras la corriente de gases de combustión FG también se recibe por el recipiente de absorción 170 por medio de una entrada de gases de combustión 76. La solución de amoníaco iónico se pone en contacto con la corriente de gases de combustión por medio de un dispositivo de contacto gas-líquido (de aquí en adelante, dispositivo de transferencia de masa, (MTD = Mass Transfer Device)) 111 empleado para contactar la corriente de gases de combustión con el solvente y localizado en el recipiente de absorción 170 y dentro de la ruta por la que la corriente de gases de combustión viaja desde su entrada por medio de la entrada 76 a la salida del recipiente 77. El dispositivo de contacto gas-líquido 111 puede ser, por ejemplo, uno ó más materiales de empaque estructurados o aleatorios comúnmente conocidos, o una combinación de los mismos. Una vez en contacto con la corriente de gases de combustión, la solución de amoníaco iónico actúa para absorber C02 de la corriente de gases de combustión, haciendo así la solución de amoníaco iónico "rica" en C02 (solución rica). La solución de amoníaco iónico rica continua fluyendo hacia abajo a través del dispositivo de transferencia de masa y es entonces recolectada en el fondo 78 del recipiente de absorción 170. La solución rica en amoníaco iónico luego se regenera por medio del sistema regenerador 74 (ver Figura 1B) para liberar el C02 absorbido por la solución de amoníaco iónico de la corriente de gases de combustión. El C02 liberado de la solución de amoníaco iónico puede entonces sacarse para almacenarse u para otros propósitos/usos predeterminados. Una vez que el C02 se libera de la solución de amoníaco iónico, se dice que la solución de amoníaco iónico es "pobre". La solución de amoníaco iónico pobre está entonces otra vez lista para absorber C02 de una corriente de gases de combustión y puede nuevamente dirigirse al sistema de distribución de líquido 121 en donde se introduce de nuevo en el recipiente de absorción 170. Se muestran detalles del sistema regenerador 74 en la Figura 1E. El sistema 74 incluye un recipiente regenerador 195. El recipiente regenerador 195 se configura para recibir una alimentación de solución rica del sistema de captura 72 y para regresar una alimentación de solución pobre al sistema de captura 72 una vez que el C02 se ha separado de la solución rica. Durante el proceso de regeneración, la solución de amoniaco iónica rica se calienta de manera que el C02 contenido en la solución se separa de la solución de amoníaco frío. Una vez separado del C02, el amoníaco (escape de amoníaco) se regresa al sistema de captura para usarse para capturar más C02 de una corriente de gases. Estas tecnologías de captura de C02 basadas en solvente actualmente conocidas consumen típicamente aproximadamente 20-30% de la energía generada por el sistema de generación de energía para que el proceso de captura de C02 funcione efectivamente. Además, estas tecnologías a menudo requieren una gran porción de energía térmica generada por funciones de caldera/rehervidor (trabajo de rehervidor) para poder generar solución de amina para reutilizar al capturar C02 de una corriente de gases de combustión. En resumen, aunque existen tecnologías conocidas para capturar C02 de una corriente de gases de combustión, requieren inmensas cantidades de energía para poder funcionar bien. Además, para maximizar/optimizar la cantidad de tiempo que los gases de combustión están en contacto con la amina, el tamaño físico de los tanques absorbedor y/o re-generador en un sistema típico deben ser muy grandes. El costo de diseñar e implementar estas torres de tan gran escala es muy alto. Adicionalmente, el espacio físico que se requiere in situ para acomodar estos recipientes es significativo. En donde el espacio in situ es limitado, deben llevarse a cabo etapas adicionales para implementar los recipientes/sistema en el espacio limitado, de ser posible. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Modalidades de la presente invención proporcionan un sistema de procesamiento para gases de combustión para uso con una caldera operada con combustible fósil. Brevemente descrita, en arquitectura, una modalidad del presente sistema, entre otras, puede ¡mplementarse como un sistema de procesamiento de gases de combustión que incluye una torre de absorción configurada para recibir una corriente de gases mixta que contienen dióxido de carbono y hacerla entrar en contacto con un solvente; y la torre de absorción comprende materiales de empaque que se cubren con un catalizador. Las modalidades de la presente invención también pueden verse como que proporcionan métodos para el procesamiento de una corriente de gases mixta en donde el método incluye las etapas de: recibir una corriente de gases de combustión de la cámara de combustión de una caldera; contactar la corriente de gases de combustión con un solvente y contactar el solvente con un catalizador. Otros sistemas, métodos, características y ventajas de la presente invención serán o se volverán aparentes para una persona con destreza en la técnica al examinar los siguientes dibujos y la descripción detallada. Se pretende que todos estos sistemas, métodos, características, y ventajas adicionales que sean incluidos dentro de esta descripción, estén dentro del alcance de la presente invención, y se protejan por las reivindicaciones acompañantes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Muchos aspectos de la invención podrán entenderse mejor con referencia a los siguientes dibujos. Los componentes en los dibujos no están necesariamente a escala, por el contrario se le da énfasis a ilustrar claramente los principios de la presente invención. Aún más, en los dibujos, números de referencia semejantes designan partes correspondientes a lo largo de las diversas vistas. La invención ahora se describirá en mayor detalle con referencia a los dibujos anexos en los que: Las Figuras 1A - 1C son diagramas mostrando en general un sistema de procesamiento de gases de combustión típico 15 con disposiciones para eliminación de C02. Las Figuras 2A - 2D son diagramas que ilustran en general un ejemplo de materiales de empaque 315 sobre los cuales un catalizador capaz de contener C02 se ha inmovilizado sobre las paredes/superficies de los materiales de empaque 315. La Figura 3 es un diagrama que muestra en general porciones relevantes de un sistema de captura de C02 basado en amina o amoníaco 70 en el que un absorbedor 110 y un regenerador 330 se proporcionan con materiales de empaque 315 y 335, respectivamente que se han cubierto con un catalizador capaz de retener C02. DISCUSIÓN La invención propuesta se dirige a aumentar la eficacia de eliminación de C02 en un sistema/proceso de eliminación de C02 basado en solvente (amina/amoníaco). En una modalidad, mostrada en general en las Figuras 2A - 3, un dispositivo de transferencia de masa MTD (Mass Transfer Device) 315 (o materiales de empaque) compuesto de, por ejemplo, una o más estructuras de soporte 320 se proporciona y coloca en el interior de un recipiente de absorción 110 (Figura 3). La o las estructuras de soporte 320 se cubren con un catalizador 425. Las Figuras 2A - 2D son diagramas que muestran en general materiales de empaque 315 que se han cubierto de un material sólido capaz de retener C02 425. Las Figuras 2B y 2C muestran que los materiales de empaque 315 pueden estar compuestos de, por ejemplo, una serie de estructuras de soporte corrugadas 320 colocadas en cercanía unas de otras para formar una serie de canales 334 a través de la cual fluyen gases de combustión que entran en el recipiente de absorción 110. El catalizador 425 se cubre sobre una o más superficies de cada estructura de soporte corrugada 320. El catalizador revestido sobre la o las estructuras de soporte 320 será de preferencia un catalizador heterogéneo. Aún más, el catalizador 425 de preferencia tendrá basicidad/interacción moderada con C02 y un área de superficie específica alta, por ejemplo, 100 - 1000 m2/g. De preferencia, el catalizador 425 será un catalizador comercia Imente disponible que tiene una alta área de superficie BET (Brunauer, Emmett and Teller) y porosidad (polímero, óxidos de metal, Si02, tamices moleculares, etc.), que deberá ser capaz de almacenar o retener C02 con interacción (basicidad) moderada con el catalizador. La basicidad de la superficie puede ajustarse por, por ejemplo, modificación de superficie utilizando álcali/metal alcalino térreo u óxido de metal de transición para mejorar la capacidad de adsorción de C02. El catalizador 425 puede inmovilizarse sobre la o las estructuras de soporte 320 al utilizar, por ejemplo, técnicas de lavado-recubrimiento conocidas. En operación, la corriente de gases de combustión se pone en contacto con los materiales de empaque 315 y así, la estructura de soporte 320 que se cubre (aplica en capas) con el catalizador 425 capaz de mantener/retener C02 de la corriente de gases de combustión por al menos un periodo de tiempo. Al retener C02 sobre el catalizador colocado sobre la estructura de soporte 320, el C02 se expone al solvente que fluye a través de los materiales de empaque 115, contra corriente a la corriente de gases de combustión, por un mayor periodo de tiempo, incrementando así la probabilidad de que el C02 sea capturado por el solvente. De esta manera, es posible aumentar indirectamente el tiempo de residencia del C02 contenido en una corriente de gases de combustión con el solvente (amina/amoníaco) en la torre de absorción 110 y así, aumentar la cantidad de C02 que se adsorberá sobre la superficie de los materiales sólidos. Para llevar esto a cabo, se propone en una modalidad de la invención propuesta, que un material sólido capaz de retener (adsorber) C02 por un periodo de tiempo se inmovilize (cubra) sobre una o más superficies de los materiales de empaque 315 utilizados en la torre de absorción 110 (Figura 3) de un sistema de captura de C02 basado en solvente. La Figura 3 es un diagrama que muestra en general porciones relevantes de un sistema de captura 300 de C02 basado en solvente (ejemplo: amina o amoníaco) para utilizar en el procesamiento de una corriente de gases de combustión, por ejemplo, una caldera encendida con combustible fósil de una planta de generación de energía. El sistema 300 incluye una torre de absorción 110 que incluye materiales de empaque 315 que se cubren o revisten con un catalizador 425 sobre una o más superficies. Una torre de regeneración 330 se proporciona e incluye materiales de empaque 339 que se cubren con un catalizador 425 sobre una o más superficies. Mientras que la invención se ha descrito con referencia a un número de modalidades preferidas, se entenderá por aquellos con destreza en la técnica que diversos cambios pueden llevarse a cabo y equivalentes pueden substituirse por elementos de los mismos sin alejarse del alcance de la invención. Además, muchas modificaciones pueden llevarse a cabo para adaptar una situación particular o material a las enseñanzas de la invención sin alejarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las modalidades particulares descritas como la mejor manera contemplada para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que estén dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Más aún, el uso de los términos primero, segundo, etc. no denota ningún orden de importancia, sino que los términos primero, segundo, etc., se utilizan para distinguir un elemento de otro.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de procesamiento de gases de combustión caracterizado porque comprende: una torre de absorción que contiene materiales de empaque cubiertos con un catalizador, una entrada de corriente de gases mixta colocada para hacer contacto con una corriente de gases mixta que contiene dióxido de carbono con los materiales de empaque para captura promovida por el catalizador de dióxido de carbono sobre una superficie de los materiales de empaque, y una entrada de solvente colocada para que un solvente haga contacto con el dióxido de carbono capturado para eliminar el dióxido de carbono capturado de los materiales de empaque y para producir un solvente rico en dióxido de carbono.
2. 2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el catalizador es un catalizador heterogéneo.
3. 3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el solvente está basado en amina o amoníaco.
4. 4. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque los materiales de empaque se configuran para prolongar el contacto entre los materiales de empaque y la corriente de gases mixta que contiene dióxido de carbono.
5. 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el solvente se enfría antes de contacto con el dióxido de carbono capturado.
6. 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una torre de regeneración que contiene materiales de empaque cubiertos con un catalizador, una entrada de solvente rico en dióxido de carbono colocado para que haga contacto el material de empaque por el solvente rico en dióxido de carbono para carbamacion estimulada por el catalizador para producir un solvente pobre en dióxido de carbono.
7. 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el catalizador de la torre de regeneración es un catalizador heterogéneo.
8. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el solvente rico en dióxido de carbono está basado en amina o amoníaco.
9. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el solvente rico en dióxido de carbono se calienta antes o durante el contacto con el material de empaque.
10. 10. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el solvente pobre en dióxido de carbono puede circularse a la torre de absorción para utilizarse como solvente.
11. 11. Un proceso para limpiar una corriente de gases mixta, caracterizado porque comprende: pasar una corriente de gases mixta que contiene dióxido de carbono a través de una torre de absorción que contiene materiales de empaque cubiertos con un catalizador, con los materiales de empaque colocados para hacer contacto entre la corriente de gases mixta y los materiales de empaque para la captura promovida por el catalizador de dióxido de carbono de la corriente de gases mixta sobre una superficie de los materiales de empaque, y contactar la superficie de los materiales de empaque con un solvente para eliminar el dióxido de carbono capturado de los materiales de empaque y para producir un solvente rico en dióxido de carbono.
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el catalizador es un catalizador heterogéneo.
13. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el solvente está basado en amina o amoníaco. !
14. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque los materiales de empaque se configuran para prolongar el contacto entre los materiales de empaque y la corriente de gases mixta que contiene dióxido de carbono.
15. 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el solvente se enfría antes o durante el contacto con los materiales de empaque.
16. 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque además comprende pasar el solvente rico en dióxido de carbono a través de una torre de regeneración que contiene materiales de empaque cubiertos con un catalizador, los materiales de empaque se colocan para hacer contacto con el solvente rico en dióxido de carbono para la carbamacion estimulada por el catalizador del solvente para producir un solvente pobre en dióxido de carbono.
17. 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el catalizador de la torre de regeneración es un catalizador heterogéneo.
18. 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el solvente rico en dióxido de carbono está basado en amina o amoníaco.
19. 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el solvente rico en dióxido de carbono se calienta antes de o durante el paso a través de la torre de regeneración.
20. 20. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el solvente pobre en dióxido de carbono puede circularse a la torre de absorción para utilizarse como el solvente.