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CSIC ENG001- Procedimiento de combustion con separacion integrada de CO2 mediante carbonatación
El Instituto de Carboquímica del CSIC y una Universidad Británica han patentado un nuevo procedimiento de combustión con separación integrada de CO2 mediante carbonatación. El interés radica en el desarrollo industrial de procesos de separación de CO2 de gases de combustión a alta temperatura. El método es adecuado para fuentes estacionarias emisoras de CO2 a gran escala.
Ficha técnica:
Se trata de un nuevo procedimiento de combustión con separación integrada de CO2 mediante carbonatación, basado en la utilización de parte del calor generado en la cámara de combustión por parte del calcinador, para mantener la reacción endotérmica de calcinación y regenerar el sorbente, sin la necesidad de utilizar planta de separación de aire; en combinación con un carbonatador para tratar los gases calientes y que a su vez generan energía durante la carbonatación.

Comprende una cámara de combustión donde se quema cualquier tipo de combustible con aire, preferentemente a temperaturas superiores a 1000 ºC generándose calor y una corriente de gases de combustión a alta temperatura con un contenido en CO2 entre el 3 y el 17% en volumen dependiendo del combustible y del exceso de aire utilizado en la combustión. La cámara de combustión puede ser, de cualquier tipo, un lecho fluidizado, una caldera convencional de combustión de carbón pulverizado, o un quemador de gas natural o de otros combustibles líquidos. La combustión puede realizarse a presión atmosférica o a alta presión.

Nuestra invención se basa en que parte del calor generado en la camara de combustión debe ser transferido al calcinador para mantener la reacción endotérmica de calcinación y regenerar el sorbente de CO2 (el CaO). Para rebajar la temperatura de calcinación y aumentar el gradiente térmico entre la cámara de combustión y el calcinador, puede rebajarse la presión parcial de CO2 en el calcinador mediante la aplicación de cierto vacío y/o la inyección de vapor. El intercambio de calor entre la cámara de combustión y el calcinador puede ser directo a través de paredes metálicas o indirecto mediante el uso de un sólido inerte (arena, alúmina u otros) que circule continuamente entre la cámara de combustión y el calcinador, y que sea fácilmente separable de los sólidos activos en la captura de CO2. De los gases que abandonan la cámara de combustión se extrae calor. Los gases de combustión enfriados entran a presión cercana a la atmosférica al carbonatador. Esta unidad puede ser de cualquier tipo: un reactor de lecho fluidizado circulante, arrastrado o ciclónico. En el carbonatador se produce la reacción de carbonatación a 600-750 ºC y a presión atmosférica, que son condiciones adecuadas para una reacción suficientemente rápida entre el CaO y el CO2 para formar CaCO3. Los gases de combustión, que abandonan el carbonatador contienen una reducida cantidad de CO2 El resto de CO2 que estaba presente en en los gases de combustión se encuentra en forma de CaCO3 y abandona el carbonatador en una corriente sólida que contiene una mezcla de CaO y CaCO3. Dicha corriente sólida se dirige al calcinador para su regeneración como CaO y CO2.

El calcinador puede operarse para generar una corriente pura de CO2 a presión inferior a la atmosférica, o con una mezcla CO2/vapor fácilmente separable por condensación del vapor. Del calcinador sale una corriente de sólidos regenerados que contienen mayormente CaO, capaz de recarbonatarse de nuevo en el carbonatador. Puesto que existirán perdidas de sorbente por sinterización interna y/o atrición, se requiere la adición de un flujo de sorbente fresco (caliza o dolomita) al calcinador. El calcinador puede ser un lecho fluidizado para aprovechar los altos coeficientes de transmisión de calor. También puede ser un lecho arrastrado o de transporte neumático constituido por una bancada de tubos por cuyo interior se hace pasar la corriente de sólidos que provienen del carbonatador. En el exterior de los tubos se encontraría el ambiente de combustión, con temperaturas nominales de llama más altas en este caso.

ASPECTOS INNOVADORES

Desde el siglo XIX se han propuesto numerosos procesos de separación de CO2 que utilizan el ciclo de carbonatación de CaO con CO2 y la calcinación posterior del CaCO3 para regenerar el adsorbente y cerrar el ciclo. Los aspectos innovadores del proceso propuesto, respecto a otros existentes son los siguientes:

1. La integración de la cámara de combustión generadora de los gases de combustión con el calcinador, donde se regenera el adsorbente encargado de la captura del CO2 de dichos gases. La transferencia de parte del calor generado en la combustión del combustible a alta temperatura hacia el calcinador, manteniendo así la reacción de calcinación de CaCO3.

2. Ya que la regeneración del adsorbente en el calcinador debe llevarse a cabo en atmósferas de CO2 puro o mezclas que faciliten el posterior confinamiento/uso del CO2; se propone la aplicación de cierto vacío en el calcinador y/o el uso de vapor de agua para rebajar la presión parcial de CO2 y facilitar la calcinación a temperaturas inferiores a 900 C.

VENTAJAS COMPETITIVAS

1. Escasa perdida de eficacia en procesos de generación de electricidad, al llevarse a cabo tanto la separación del CO2 como la regeneración del sorbente a altas temperaturas.

2. Utilización de sorbente de fácil disponibilidad (calizas o dolomitas naturales) y bajo precio, lo que compensa la tendencia a la desactivación por sinterización/atrición.

3. Aplicación posible tanto en plantas ya existentes, con las necesarias modificaciones, como en otros procesos de generación de energía eléctrica todavía en desarrollo.

4. Las unidades individuales y operaciones de las que está compuesto el nuevo proceso son bien conocidos y/o existen paralelos similares a escala comercial.

5. No se maneja material o residuo peligroso

6. El proceso es aplicable a la captura de CO2 de gases de combustión provenientes de cualquier combustible, desde combustibles fósiles a biomasas y residuos.

SOLICITUD DE PATENTE

P200200684, solicitada en 2002-03-22

PERSONA DE CONTACTO

Jose Mª Bielza de Ory
mail: M.Bielza@orgc.csic.es
teléfono: 915616800 (ext. 3210)

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