WO2011089290A1 - Eliminación del dióxido de carbono y otros gases atmosféricos mediante residuos industriales ricos en calcio - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a use of an aqueous suspension comprising calcium in a proportion greater than 15% by weight, the solid phase of the aqueous suspension being preferably portlandite from residues of the chemical industry, for the removal of C0 2 and other greenhouse gases.
  • the present invention also relates to a method of eliminating said gases under conditions of pressure and ambient temperatures.
  • Dr. Stolaroff (Joshua K. Stolaroff, David W. Keith and Gregory V. Lowry. Environ. Sci. Technol., 42, 2728-2735, 2008) developed a prototype "C0 sequestration column 2 "by means of a spray system of a solution of sodium hydroxide.
  • This work involves a first start-up of the technologies for the elimination of environmental CO 2 as a way to reduce the carbon dioxide content of the atmosphere.
  • Your prototype sprays a concentrated solution of NaOH on top of a column.
  • the sodium contained in the drops reacts with the CÜ 2 of the air contained in the column 5 m high, so that the air that leaves the column contains less CO 2 than the one that enters.
  • the technique directed to the waste of the thermal power plants tries to take advantage of the calcium contained in the residue known as fly ash.
  • This residue is formed by micrometric spherical particles, with a CaO content of 4%.
  • experimental conditions similar to those of the previous work are raised, that is, of controlled temperature and pressure.
  • the low CaO content of the ashes makes the waste of the paper industry much more attractive.
  • the present invention solves the problems posed in the state of the art by simplifying the entire process to a single stage and also involves reusing aqueous industrial waste.
  • the present invention provides the use of an aqueous suspension comprising a high calcium residue in the form of a portlandite, such as that generated in the acetylene industry, for the elimination of a gas comprising carbon dioxide, and its process of elimination of said gas under ambient temperature and pressure conditions.
  • the present invention relates to a use of an aqueous suspension with a weight percentage of calcium greater than 15%, for removal of a gas comprising carbon dioxide.
  • the percentage by weight of the calcium present in the solid phase of the aqueous suspension is greater than 50%, as the percentage of solid phase in the liquid is greater than 33%, it indicates that the calcium content in the whole of the aqueous suspension is preferably greater than 17%.
  • the aqueous suspension is a byproduct of acetylene production.
  • said by-product comprises portlandite as a component with high calcium content.
  • the present invention seeks to take advantage of the reaction capacity of these wastes with the main purpose of reducing the environmental impact of carbon dioxide emissions, both that It is produced in the production of acetylene as the C0 2 already emitted and which is part of the atmosphere. It can also be applied to any chemical industry whose waste or by-products have a high calcium content.
  • the objective is to cause the reaction of C0 2 atmosphere rich in calcium slurry of industrial products. Said aqueous suspension is deposited in shallow reservoirs, in a predetermined liquid / solid ratio to guarantee maximum carbonation of Ca. Reservoirs are opened with a high surface / volume ratio suitable for process optimization and to achieve total carbonation of the residue.
  • greenhouse gases in the present invention refers to the gases responsible for the greenhouse effect (mentioned by the international panel for climate change, IPCC). In this invention, it basically refers to carbon dioxide, but also, for example but not limited to them alone, to methane (CH 4 ), carbon monoxide (CO), nitrous oxides (NO x ) and sulphurous (SO x ).
  • the carbonation of calcium produces calcite. Which can be dispensed without any harmful impact to the environment or marketed.
  • calcite in the present invention refers to one of the polymorphs of calcium carbonate CaC03.
  • a second aspect of the present invention relates to a gas stream removal process comprising carbon dioxide by induced carbonation, with a suspension aqueous comprising calcium in a percentage by weight greater than 15%, this calcium may be derived from a by-product rich in calcium, greater than 50% by weight of the solid phase.
  • Induced carbonation is preferably carried out by forced contact of the aqueous suspension with the gas stream comprising the carbon dioxide gas.
  • a third aspect of the present invention relates to a method of eliminating a gas comprising carbon dioxide by environmental carbonation, with an aqueous suspension comprising a calcium-rich by-product, the calcium percentage of the aqueous suspension being greater than 15 % in weigh.
  • calcium comes from a by-product (solid phase) with a calcium percentage of over 50% by weight.
  • Environmental carbonation occurs preferably by contacting the aqueous suspension in a reservoir with the gas contained in the atmosphere. More preferably said reservoir may be open, even more preferably the reservoir is in continuous agitation.
  • the aqueous suspension employed in both induced carbonation and environmental carbonation is a byproduct of the acetylene industry.
  • the surface / volume ratio of the shallow reservoir must be greater than 0.1 cm "1 .
  • surface / volume ratio refers to the ratio between the exposed surface of the material contained in a given raft and the volume occupied by said material.
  • solid / liquid ratio in the present invention refers to the ratio between the amount of solid mass present in a given wet residue, and the mass of liquid, typically water (but not exclusively), in which this solid mass is found .
  • the high calcium by-product used in both procedures is preferably portlandite. And said byproduct is more preferably a byproduct of acetylene production.
  • the ratio between the volume of the aqueous suspension and the gas flow is preferably between 0.01 s and 1 s.
  • the temperature range is preferably between 15 and 50 ° C and more preferably between 15 ° C and 35 ° C .
  • the pressure is preferably in the range between 0.5 and 2 bar, this pressure range being more preferably between 0.9 bar and 1.6 bar.
  • the C0 2 capture process proposed in the present invention through the use of the high-calcium aqueous suspension, such as by-products produced in the acetylene industry, is an innovation in the field of reducing gas emissions of greenhouse effect of the chemical industry.
  • a C0 2 mineral sequestration method has not been developed to date under conditions of environmental pressure and temperature of an industrial by-product.
  • the main advantage of using the procedure described in the present invention is a considerable simplification of the process, as it does not use any costly procedure from an energy or technical point of view, but simply uses the waste as it is generated. That is to say, in this procedure, thermal treatments and significant mechanical treatments would not be necessary, so the technical simplicity is considerable and the economic and energy cost of the process would be very small.
  • the carbonation of the residues is carried out during the drying of the residues in contact with the atmosphere, so that the drying conditions as well as the geometric configuration of the residue causes the total carbonation of the calcium present .
  • the object of this invention is to control the process parameters so that the kinetics of the reactions that occur in the system are the most favorable for the carbonation of the portlandite of the residue.
  • the two procedures arising in the present invention involve the reaction of these industrial wastes C0 2 present in the environment (environmental carbonation) and the CO2 generated in certain industrial sectors (induced carbonation).
  • environment carbonation the use of the industrial waste of the acetylene industry is proposed as it is produced and in environmental conditions (in comparison with the use of distilled water and the pressure conditions and temperature controlled, known in the state of the art). This is a qualitative leap in terms of the technical simplicity of the procedure, which means having many more guarantees of being able to be developed on an industrial scale.
  • Figure 1 X-ray diagram of the original sample.
  • the pattern corresponds to the portlandite.
  • Figure 2. X-ray diagram of the sample after the induced carbonation experiment of Example 1. The pattern corresponds to calcite.
  • Figure 3 Thermogravimetry analysis of the sample after the induced carbonation experiment of Example 1. There is no weight loss due to dehydroxylation of the portlandite, and only the degradation of the calcite appears around 700 ° C.
  • Figure 5. X-ray diagram of the sample after one week of environmental carbonation. The pattern corresponds to calcite.
  • Figure 6. Thermogravimetry analysis of a sample after one week of environmental carbonation.
  • the invention will be illustrated by tests performed by the inventors which reveals the specificity and effectiveness of calcium rich waste for removing C0 2 and other greenhouse gases.
  • the fraction of the solid in the wet residue is 33% by weight, which implies that the residue has a net density of 1.22 g / cm 3 .
  • the object of the carbonation is induced reduction or possible elimination of C0 2 and other greenhouse gases that are emitted by the chemical industry in general and in particular acetylene industry.
  • a flow of 150 cm 3 / s C0 2 has been used for 5 minutes in a reactor where 25 ml of the calcium-rich aqueous residue was dispersed.
  • the bubbling of the gases causes the reaction of the C0 2 dissolved in the water with the calcium, giving rise to calcite.
  • the sample is allowed to dry in atmospheric conditions.
  • Environmental carbonation Starting from a residue of the acetylene industry of the same composition to that mentioned above, environmental carbonation is carried out with a sample of 10 cm 3 residue with a solid / liquid ratio of 33%, and scattered throughout a container of base 10 cm 2 leaving the sample dispersed with 1 cm height, which determines a surface / volume ratio of 1 cm "1.
  • the total amount of sample was 12.2 g, and the portlandite present in The sample (disregarding impurities) was 4.07 g, the remainder being supernatant.
  • the drying process and its consequent environmental carbonation lasted about 5 days.
  • the mass of captured CO2 was slightly higher than 28.1% of the total carbonated sample, as can be seen in the result of the thermogravimetric analysis of the dried sample ( Figure 4). If we compare it with the theoretical maximum, which corresponds to a mass of captured CO2 of 44%, it is verified that a carbonation degree of 64% has been reached. This means that in the 12.2 g of the original sample, 1.57 g of C0 2 have been captured in five days.
  • the reservoirs were rewetted every day, pouring a small amount of water onto the residue. This prevented the formation of a carbonate inhibitor film, thereby facilitating the access of C0 2 to the entire portlandite assembly of the residue.
  • Laboratory experiments demonstrate a practically complete carbonation of the residue after an environmental carbonation procedure by means of this second materialization. Specifically, 12.2 g of sample are found partially dry after 24h. Adding a few milliliters of water every 24h, after seven days the sample was completely carbonated.

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Abstract

La presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa que comprende calcio en una proporción mayor al 15% en peso, siendo la fase sólida de la suspensión acuosa preferiblemente portlandita procedente de residuos de la industria química, para la eliminación de CO2 y otros gases de efecto invernadero. La presente invención también se refiere a un procedimiento de eliminación de dichos gases en condiciones de presión y temperaturas ambientales, tanto por carbonatación inducida como ambiental

Description

ELIMINACIÓN DEL DIÓXIDO DE CARBONO Y OTROS GASES ATMOSFÉRICOS MEDIANTE RESIDUOS INDUSTRIALES RICOS EN
CALCIO
La presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa que comprende calcio en una proporción mayor al 15% en peso, siendo la fase sólida de la suspensión acuosa preferiblemente portlandita procedente de residuos de la industria química, para la eliminación de C02 y otros gases de efecto invernadero. La presente invención también se refiere a un procedimiento de eliminación de dichos gases en condiciones de presión y temperaturas ambientales.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Una de las tecnologías más prometedoras en la captura y almacenamiento del dióxido de carbono (C02) es la relacionada con la fijación de dicho gas en forma de carbonatos inorgánicos insolubles. Esa fijación se consigue mediante una reacción química, conocida como carbonatación mineral. En las reacciones de carbonatación, el CO2 reacciona con materiales que tienen óxidos metálicos (típicamente de metales alcalino-térreos) en su composición, formando así el correspondiente carbonato como subproducto. Sin embargo, estas reacciones son muy lentas cuando transcurren en ambientes naturales, de tal manera que los estudios que implementan actualmente dichas reacciones requieren la adición de una energía intensiva (de activación), para conseguir que los minerales sean más reactivos.
Dentro de la tecnología de la carbonatación mineral, ciertos trabajos se proponen como estudios para una eliminación de C02 a escala masiva. Entre ellos destaca "C. Y. Tai, W. R. Chen y S. H. Shih. AlChE J., 52:292 (2005)". Posteriormente, se han realizado estudios comparativos analizando diferentes tipos de muestras y condiciones experimentales obteniéndose, de cara a su aplicación de eliminación masiva, unos resultados más esperanzadores. El estudio que se presenta se enmarca dentro del conjunto de técnicas de eliminación de CO2 mediante la utilización de minerales ricos en calcio procedentes de residuos industriales o residuos sólidos urbanos (G. Montes-Hernández, R. Pérez-López, F. Renard, J.M. Nieto, L. Charlet. Journal of Hazardous Materials 161 , 1347-1354, 2009).
Desde hace más de una década se viene planteando la posibilidad de reducir el nivel de C02 en la atmósfera mediante la reacción del CO2 disperso en la atmósfera con diversos minerales, como medida complementaria y alternativa al secuestro de CO2. Esta línea de trabajo fue desarrollada por Lackner et al. (Klaus S. Lackner, Patrick Grimes y Hans-J. Ziock. 2nd U.S.-China Symposium on C02 Emissions Control Science & Technology May 28th-30th, 2008) a nivel teórico, quienes compararon las tecnologías de las energías renovables (aerogeneradores o placas fotovoltaicas) con una tecnología conjunta de plantas de generación de energía basadas en combustibles fósiles junto con sumideros minerales de C02 atmosférico. Sus cálculos económicos y energéticos demostraron que era más interesante desde el punto de vista de la reducción del CO2 del medio ambiente esta segunda opción. Es decir, el dióxido de carbono puede ser emitido al aire, donde el viento lo dispersa inmediatamente por encima de ciudades y fronteras, y se pueden disponer sumideros de C02, donde este gas reacciona con un absorbente, fijándolo químicamente. Para este fin, Lackner propuso diversos absorbentes como los hidróxidos cálcico, sódico o de magnesio.
En términos más prácticos, el Dr. Stolaroff (Joshua K. Stolaroff, David W. Keith and Gregory V. Lowry. Environ. Sci. Technol., 42, 2728-2735, 2008) desarrolló un prototipo de "columna de secuestro de C02 ambiental" mediante un sistema de aspersión de una disolución de hidróxido sódico. Este trabajo supone una primera puesta en marcha de las tecnologías de eliminación del CO2 ambiental como vía para la reducción del contenido de dióxido de carbono de la atmósfera. Su prototipo pulveriza una disolución concentrada de NaOH en la parte superior de una columna. El sodio contenido en las gotas reacciona con el CÜ2 del aire contenido en la columna de 5 m de alto, de manera que el aire que sale de la columna contiene menos CO2 que el que entra. De este modo, se plantea un sistema de columnas para atacar el exceso de C02 de la atmósfera. Últimamente se han desarrollado tecnologías para la reacción de minerales de calcio con el dióxido de carbono. Así por ejemplo, Eighmy et al. (en la solicitud de patente WO2005/086843) plantean un dispositivo experimental para carbonatar minerales ricos en calcio en una columna de carbonatación sobre la que bombea aire. Igualmente, Mueller et al. (en la solicitud de patente WO2008055326) proponen hacer circular aire contaminado de CO2 con la ayuda de un compresor radial a través de dos tanques en serie, en donde fuerza la reacción con el óxido de calcio (CaO).
Por último, la utilización de los residuos industriales ricos en calcio para la eliminación de C02 mediante quimisorción ha sido planteada por Montes- Hernández et al. Ellos han realizado varios trabajos de investigación en el más reciente de "G. Montes-Hernández, R. Pérez-López, F. Renard, J.M. Nieto, L. Charlet. Journal of Hazardous Materials 161 , 1347-1354 (2009)", se han involucrando los residuos de la industria del papel o de la combustión del carbón. En el caso de la industria papelera, los residuos se componen de portlandita en un 55%. El desarrollo planteado en este trabajo consiste en atacar con CO2 el residuo seco disperso en agua destilada, dentro de un reactor con temperatura controlada (fijada a 30 °C y a 60 °C), en el que se inyecta CO2 a diversas presiones, desde 10 bar hasta 60 bar. Por otro lado, la técnica dirigida a los residuos de las centrales térmicas trata de aprovechar el calcio contenido en el residuo conocido como ceniza volante (fly ash). Este residuo está formado por partículas esféricas micrométricas, con un contenido en CaO del 4%. De nuevo, se plantean unas condiciones experimentales similares a las del trabajo anterior, es decir, de temperatura y presión controladas. El bajo contenido en CaO de las cenizas hace que el residuo de la industria papelera sea mucho más atractivo. Estos resultados se reflejaron en la solicitud de patente WO2009077358. La configuración experimental reivindicada implica la utilización de agua destilada como dispersante de los residuos sólidos, control de la temperatura (entre 30 °C y 60 °C) así como aumentar la presión del CO2 en el reactor entre los 10 bar y los 40 bar. En la actualidad, a pesar de que la fijación mineral es la manera más estable de eliminar C02 de la atmósfera de manera permanente, la tecnología de secuestro de dióxido de carbono mediante la captación mineral ha sido bastante discutida por las dificultades que presentaba el proceso, tales como tiempos muy lentos de reacción (alrededor de años), o la baja eficiencia de la técnica. Para subsanar estos problemas, hasta ahora se habían planteado condiciones experimentales que conllevan altos consumos de energía en el proceso de eliminación del C02.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve los problemas planteados en el estado de la técnica simplificando todo el proceso a una etapa única y además supone reutilización de residuos industriales acuosos.
Asimismo, la presente invención proporciona el uso de una suspensión acuosa que comprende un residuo con alto contenido en calcio en forma de portlandita, como el generado en la industria del acetileno, para la eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono, y su procedimiento de eliminación de dicho gas en unas condiciones de temperatura y presión ambientales.
En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un uso de una suspensión acuosa con un porcentaje en peso de calcio superior al 15%, para eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono.
El porcentaje en peso del calcio presente en la fase sólida de la suspensión acuosa es mayor del 50%, como el porcentaje de fase sólida en el líquido es mayor del 33%, indica que el contenido de calcio en el conjunto de la suspensión acuosa es preferiblemente mayor al 17%.
En una realización preferida la suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno. En una realización más preferida dicho subproducto comprende portlandita como componente con alto contenido en calcio.
La presente invención trata de aprovechar la capacidad de reacción de estos residuos con el propósito principal de reducir el impacto medioambiental de las emisiones de dióxido de carbono, tanto aquel que se produce en la producción de acetileno como el C02 ya emitido y que forma parte de la atmósfera. También se puede aplicar a cualquier industria química cuyos residuos o subproductos tengan un alto contenido en calcio.
En la presente invención se describen dos alternativas no excluyentes entre sí:
a) Carbonatación inducida: fijación del C02 y otros gases de efecto invernadero con el calcio presente en la suspensión acuosa. Consiste en depositar estos residuos en un reactor a través del cual se harían circular los gases emitidos, hasta la eliminación total del C02.
b) Carbonatación ambiental: El objetivo es provocar la reacción del C02 de la atmósfera con la suspensión acuosa rica en calcio de los subproductos industriales. Se deposita dicha suspensión acuosa en reservónos someros, en una relación líquido/sólido predeterminada para garantizar la máxima carbonatación del Ca. Los reservónos son abiertos con una alta relación superficie/volumen adecuada para la optimización del proceso y para conseguir la carbonatación total del residuo.
Por "gases de efecto invernadero" en la presente invención se refiere a los gases responsables del efecto invernadero (mencionados por el panel internacional para el cambio climático, IPCC). En esta invención, fundamentalmente se refiere al dióxido de carbono, pero también, por ejemplo pero sin limitarse solo a ellos, al metano (CH4), el monóxido de carbono (CO), los óxidos nitroso (NOx) y sulfuroso (SOx).
La carbonatación del calcio produce calcita. La cual puede dispensarse sin impacto nocivo alguno para el medioambiente o comercializarse.
Por "calcita" en la presente invención se refiere a uno de los polimorfos del carbonato cálcico CaC03.
Por lo que, un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de eliminación de corriente gaseosa que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación inducida, con una suspensión acuosa que comprende calcio en un porcentaje en peso superior al 15%, este calcio puede ser procedente de un subproducto rico en calcio, superior al 50% en peso de la fase sólida.
La carbonatación inducida preferiblemente se lleva a cabo mediante el contacto forzado de la suspensión acuosa con la corriente de gas que comprende el gas de dióxido de carbono.
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación ambiental, con una suspensión acuosa que comprende un subproducto rico en calcio, siendo el porcentaje en calcio de la suspensión acuosa superior al 15% en peso. Al igual que en la carbonatación inducida el calcio proviene de un subproducto (fase sólida) con un porcentaje en calcio superior del 50% en peso.
La carbonatación ambiental se produce preferiblemente mediante el contacto de la suspensión acuosa en un reservorio con el gas contenido en la atmósfera. Más preferiblemente dicho reservorio puede estar abierto, aún más preferiblemente el reservorio está en agitación continua.
En una realización preferida la suspensión acuosa empleada tanto en la carbonatación inducida como en la carbonatación ambiental, es un subproducto de la industria del acetileno.
La relación superficie/volumen del reservorio somero debe de ser superior a 0,1 cm"1.
Por "relación superficie/volumen" en la presente invención se refiere al cociente entre la superficie expuesta a la intemperie del material contenido en una balsa dada y el volumen ocupado por dicho material.
Por "relación sólido/líquido" en la presente invención se refiere al cociente entre la cantidad de masa sólida presente en un residuo húmedo dado, y la masa de líquido, típicamente agua (pero no exclusivamente), en el que esta masa sólida se encuentra. El subproducto con alto contenido en calcio usado en ambos procedimientos es preferiblemente portlandita. Y dicho subproducto es más preferiblemente un subproducto de la producción de acetileno.
La relación entre el volumen de la suspensión acuosa y el flujo de gas preferiblemente está entre 0,01 s y 1 s.
Los procedimientos descritos anteriormente se llevan a cabo a presión y temperatura ambientales de forma de que en ningún caso suponga un gasto energético adicional, luego el intervalo de temperatura está preferiblemente entre 15 y 50°C y más preferiblemente entre 15°C y 35 °C. La presión se encuentra preferiblemente en el intervalo entre 0,5 y 2 bares, siendo este intervalo de presión más preferiblemente entre 0,9 bar y 1 ,6 bares.
El procedimiento de captura de C02 que se propone en la presente invención mediante la utilización de la suspensión acuosa con alto contenido en calcio, como los subproductos producidos en la industria del acetileno, supone una innovación en el terreno de la reducción de emisión de gases de efecto invernadero de la industria química. No se ha desarrollado hasta la actualidad un método de secuestro mineral de C02 en condiciones de presión y temperatura ambientales de un subproducto industrial. La principal ventaja que supone el empleo del procedimiento descrito en la presente invención, es una simplificación del proceso considerable, al no utilizar ningún procedimiento costoso desde el punto de vista energético o técnico, si no simplemente usar los residuos tal cual son generados. Es decir, en este procedimiento no serían necesarios tratamientos térmicos y tratamientos mecánicos significativos, por lo que la simplicidad técnica es considerable y el coste tanto económico como energético del proceso sería muy pequeño.
Actualmente no existe ningún procedimiento diseñado para tal efecto, por lo que a día de hoy estos residuos no son utilizados para la eliminación de gases de efecto invernadero. La industria de producción de acetileno genera gases (entre los que se encuentra C02), y una solución acuosa con alto contenido en calcio (hidróxido de calcio o portlandita, principalmente). Estos residuos en la actualidad son dispensados como deshechos. El procedimiento definido como "carbonatación ambiental" tiene por objetivo provocar la reacción del CO2 ambiental con el Ca presente en los residuos industriales. Es sabido que el mero contacto con el aire de soluciones saturadas o sobresaturadas de calcio provoca esta reacción de carbonatación con el CO2 ambiental pero esta exposición al aire habitualmente crea una película exterior de calcita en los granos de portlandita, obteniendo finalmente sólo una pequeña parte del calcio carbonatado. En los ejemplos descritos en la presente invención, la carbonatación de los residuos se realiza durante el propio secado de los residuos en contacto con la atmósfera, de manera que las condiciones de secado así como la configuración geométrica del residuo provoca la carbonatación total del calcio presente. El objeto de esta invención es controlar los parámetros del proceso para que la cinética de las reacciones que ocurren en el sistema sean lo más favorables para la carbonatación de la portlandita del residuo.
En resumen, en uno y otro caso se trata de utilizar los residuos gaseosos, líquidos y sólidos como reactivos para producir calcita (carbonato de calcio), lo que supone un valor añadido al producto de la carbonatación.
Los dos procedimientos que se plantean en la presente invención, suponen la reacción de estos residuos industriales con el C02 presente en el medioambiente (carbonatación ambiental) y con el CO2 generado en ciertos sectores industriales (carbonatación inducida). En ambos caminos propuestos en esta invención (carbonatación ambiental y carbonatación inducida) se plantea la utilización del residuo industrial de la industria del acetileno tal y como es producido y en condiciones ambientales (en comparación con la utilización de agua destilada y las condiciones de presión y temperatura controladas, conocidas en el estado de la técnica). Esto supone un salto cualitativo en cuanto a la sencillez técnica del procedimiento, lo que supone tener muchas más garantías de poder ser desarrollado a escala industrial.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Diagrama de rayos-X de la muestra original. El patrón corresponde con la portlandita.
Figura 2.- Diagrama de rayos-X de la muestra tras el experimento de carbonatación inducida del ejemplo 1. El patrón corresponde con la calcita.
Figura 3.- Análisis de termogravimetría de la muestra tras el experimento de carbonatación inducida del ejemplo 1. No se aprecia caída alguna de peso por deshidroxilación de la portlandita, y sólo aparece la degradación de la calcita alrededor de 700°C.
Figura 4.- Análisis de termogravimetría de una muestra tras cinco días de carbonatación ambiental.
Figura 5.- Diagrama de rayos-X de la muestra tras una semana de carbonatación ambiental. El patrón corresponde con la calcita.
Figura 6.- Análisis de termogravimetría de una muestra tras una semana de carbonatación ambiental.
EJEMPLOS
A continuación se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la especificidad y efectividad de residuos ricos en calcio para la eliminación de C02 y de otros gases de efecto invernadero.
A partir del residuo de la industria del acetileno.
En la industria del acetileno se generan residuos ricos en calcio que, fundamentalmente están compuestos por una suspensión de portlandita (Ca(OH)2, densidad = 2,23g/cm3) (Figura 1) en agua que contiene una pequeña cantidad de sílice (<2,3% en peso) y algunas impurezas como Al (<1 %), S (<0,7% ), Fe , Mn, o Sr (<0,1 % ). Por otro lado, el agua en equilibrio con el residuo sólido contiene una cantidad de calcio [Ca]=1 ,393 g/l. Este líquido presenta un pH = 12,1. La fracción del sólido en el residuo húmedo es del 33% en peso, lo que implica que el residuo tiene una densidad neta del 1 ,22 g/cm3.
Se obtuvo una carbonatación prácticamente completa del residuo. Los análisis de difracción de rayos X, así como experimentos de termogravimetría demostraron la desaparición total de la portlandita y la aparición de la calcita.
Ejemplo 1
Carbonatación inducida
El objeto de la carbonatación inducida es la reducción o eventual eliminación del C02 y otros gases de efecto invernadero que se emiten por la industria química en general, y en concreto la industria del acetileno. Para ello, se ha utilizado un flujo de 150 cm3/s C02 durante 5 minutos en un reactor donde se encontraban dispersos 25 mi del residuo acuoso rico en calcio. Allí, el burbujeo de los gases provoca la reacción del C02 disuelto en el agua con el calcio, dando lugar a calcita. Finalmente, la muestra se deja secar en condiciones atmosféricas.
En esta materialización se trabajó con 10,17 g netos de portlandita en la solución acuosa (despreciando las impurezas). Los análisis de rayos-X (Figura 2) y de termogravimetría (Figura 3) confirman que durante este proceso de ataque, prácticamente el 100% de la portlandita se ha carbonatado, capturando por lo tanto 6,05 g de C02.
En una extrapolación a escala industrial, si se consideran 100 m3 de residuo, en los que dos tercios del volumen corresponden al agua en equilibrio con la portlandita, la cantidad de portlandita presente sería de unas 40 toneladas. Por tanto, en este proceso se fijarían 24 toneladas de C02.
Ejemplo 2
Carbonatación ambiental Partiendo de un residuo de la industria del acetileno de igual composición al citado anteriormente, se realiza la carbonatación ambiental con una muestra de residuo de 10 cm3 con una relación sólido/líquido del 33%, y esparcidos a lo largo y ancho de un recipiente de base 10 cm2 dejando la muestra dispersa con 1 cm de altura, lo que determina una relación superficie/volumen de 1 cm"1. En esta materialización, la cantidad total de muestra fue de 12,2 g, y la portlandita presente en la muestra (despreciando las impurezas) fue de 4,07 g, siendo el resto líquido sobrenadante.
En esta primera materialización de la invención, el proceso de secado y su consecuente carbonatación ambiental duró unos 5 días. En este tiempo la masa de CO2 capturada fue ligeramente superior al 28,1 % del total de la muestra carbonatada, como se puede ver en el resultado del análisis termogravimétrico de la muestra seca (Figura 4). Si lo comparamos con el máximo teórico, que corresponde con una masa de CO2 capturada del 44%, se comprueba que se ha alcanzado un grado de carbonatación del 64%. Esto se traduce en que en los 12,2 g de muestra original se han capturado 1 ,57 g de C02 en cinco días.
En una extrapolación de esta materialización a un volumen industrial de 100 m3, dispersos en una geometría similar de relación superficie/volumen de 1 cm"1, es decir, a lo largo y ancho de una hectárea (10.000 m2), la cantidad de dióxido de carbono que se podría secuestrar sería de unas 16 toneladas en un plazo menor de una semana.
Ejemplo 3
Carbonatación ambiental
En otra materialización de la presente invención, los reservónos se rehumedecieron cada día, vertiendo sobre el residuo una pequeña cantidad de agua. Esto evitó la formación de una película inhibidora de carbonato, facilitando de este modo el acceso del C02 a todo el conjunto de la portlandita del residuo. Los experimentos de laboratorio demuestran una carbonatación prácticamente completa del residuo tras un procedimiento de carbonatación ambiental mediante esta segunda materialización. En concreto, 12,2 g de muestra se encuentran parcialmente secos al cabo de 24h. Añadiendo unos pocos mililitros de agua cada 24h, al cabo de siete días la muestra se encuentro completamente carbonatada.
Los análisis de difracción de rayos X (Figura 5), así como experimentos de termogravimetría (Figura 6) demostró la desaparición total de la portlandita y la existencia exclusiva de la calcita. En este caso, la pérdida en peso correspondiente al desprendimiento de C02 por descomposición térmica de la calcita fue del 37% en vez del máximo teórico si la portlandita fuese pura y completamente seca. Considerando las impurezas presentes en la muestra, se correspondería con una carbonatación prácticamente completa. En esta materialización se han capturado 2,42 g de C02 en una semana. Una extrapolación a cantidades industriales análoga a la del ejemplo anterior, la cantidad de dióxido de carbono que se podría secuestrar sería de unas 24 toneladas de dióxido de carbono en una semana.
La utilización ocasional de dispositivos de agitación mecánica, impulsada en todo momento por energía de origen renovable, puede acelerar estos tiempos de carbonatación y reducirlos a 48h.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Uso de una suspensión acuosa con un porcentaje en peso de calcio superior al 15%, para la eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono.
2. Uso de la suspensión acuosa según la reivindicación 1 , donde dicha suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno.
3. Uso de una suspensión acuosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el subproducto comprende portlandita.
4. Uso de la suspensión acuosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el dióxido de carbono proviene de la propia producción del acetileno.
5. Procedimiento de eliminación de C02 de una corriente gaseosa que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación inducida, con una suspensión acuosa que comprende calcio en un porcentaje de superior al 15% en peso.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde la carbonatación inducida se produce mediante el contacto forzado de la suspensión acuosa y la corriente del gas en condiciones de presión y temperatura ambientales.
7. Procedimiento de eliminación de un gas que comprende dióxido de carbono mediante carbonatación ambiental, con una suspensión acuosa que comprende calcio en un porcentaje en peso superior al 15%.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde la carbonatación ambiental se produce mediante el contacto de la suspensión acuosa en un reservorio con el gas contenido en la atmósfera.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde el reservorio es abierto.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde el reservorio esta en agitación.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, donde la relación de superficie/volumen de la suspensión acuosa es superior al 0,1 cm" .
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11 , donde el subproducto rico en calcio es portlandita.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, donde la suspensión acuosa es un subproducto de la producción del acetileno.
14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13, donde la relación entre el volumen de suspensión acuosa y el flujo de gas se encuentra entre 0,01 s y 1s.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, donde la carbonatación se realiza a temperaturas entre 5 y 50 °C.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, donde el intervalo de temperatura es entre 15 y 35°C.
17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 16, donde la carbonatación se realiza a presiones entre 0,5 y 2 bar.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, donde el intervalo de presión es entre 0,9 bar y 1 ,6 bar.
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