ES2199721T3 - Sistema de limpieza de dioxido de carbono con recuperacion mejorada. - Google Patents
Sistema de limpieza de dioxido de carbono con recuperacion mejorada.Info
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Abstract
Un método para recuperar dióxido de carbono de una corriente de gas, que comprende: (A) comprimir una corriente de gas que comprende dióxido de carbono, vapor de agua y contaminantes solubles en agua para producir una corriente de gas comprimido; (B) enfriar la corriente de gas comprimido para condensar al menos alguna parte del vapor de agua, y separar el fluido de dos fases resultante en una corriente de gas más rico en dióxido de carbono que contiene contaminantes solubles en agua, y en un líquido remanente; (C) hacer pasar la corriente de gas más rico en dióxido de carbono en y hacia arriba por una columna de absorción, hacer pasar agua en y hacia abajo por la columna de absorción, y hacer pasar contaminantes solubles en agua y alguna parte de dióxido de carbono de la corriente ascendente de gas más rico en dióxido de carbono al agua descendente dentro de la columna de absorción para producir dióxido de carbono limpio y agua portadora de contaminantes que contiene gas dióxido de carbonoabsorbido en la misma; (D) extraer y recuperar dióxido de carbono limpio de la columna de absorción; (E) extraer de la columna de absorción agua portadora de contaminantes, reducir la presión del agua portadora de contaminantes, liberar del agua portadora de contaminantes el gas dióxido de carbono absorbido, y hacer pasar el gas dióxido de carbono liberado a la corriente de gas más rico en dióxido de carbono para su introducción en la columna de absorción.
Description
Sistema de limpieza de dióxido de carbono con
recuperación mejorada.
Este invento se refiere generalmente a la
producción de dióxido de carbono.
El dióxido de carbono tiene una gran cantidad de
aplicaciones. Por ejemplo, el dióxido de carbono se usa para
bebidas carbónicas, para enfriar, congelar y empaquetar marisco,
carne, pollería, productos cocidos al horno, frutas y verduras, y
para ampliar la duración en estantes de los productos lácteos. Es
un importante componente ambiental en los tratamientos de residuos
industriales y de aguas de procedimientos como un sustitutivo del
ácido sulfúrico para controlar los niveles del pH. Entre otras
aplicaciones se incluyen el tratamiento de agua potable, como
pesticida ecológico, y como un aditivo atmosférico en invernaderos
para mejorar el crecimiento de las verduras.
En general, el dióxido de carbono se produce
mediante la purificación de una corriente residual que es un
subproducto de un procedimiento químico orgánico o inorgánico. La
corriente residual comprende dióxido de carbono y contaminantes
solubles en agua procedentes del procedimiento químico, y antes de
su recuperación el dióxido de carbono debe limpiarse de estos
contaminantes. La limpieza resulta en una pérdida de algo del
dióxido de carbono.
A medida que continúa aumentando la demanda de
dióxido de carbono, son deseables sistemas de limpieza de dióxido de
carbono más efectivos y eficientes con el fin de mejorar
efectivamente desde el punto de vista económico la recuperación del
dióxido de carbono.
De acuerdo con ello, un objeto de este invento es
proveer un sistema que puede tratar de un modo efectivo una
corriente de dióxido de carbono bruto que contiene contaminantes
solubles en agua de una manera más eficiente que la que es posible
con los sistemas convencionales de tratamiento de dióxido de
carbono, mejorando de ese modo la recuperación del dióxido de
carbono.
El anterior y otros objetos, que resultarán
evidentes a los expertos en la técnica tras la lectura de esta
descripción, se alcanzan por medio del presente invento, uno de
cuyos aspectos es:
Un método para recuperar dióxido de carbono de
una corriente de gas que comprende:
(A) comprimir una corriente de gas que comprende
dióxido de carbono, vapor de agua y contaminantes solubles en agua
para producir una corriente de gas comprimido;
(B) enfriar la corriente de gas comprimido para
condensar al menos algo del vapor de agua, y separar el fluido de
dos fases resultante en una corriente de gas más rica en dióxido
de carbono que contiene contaminantes solubles en agua, y en un
líquido remanente;
(C) hacer pasar la corriente de gas más rica en
dióxido de carbono al interior y hacia arriba en una columna de
absorción, hacer pasar agua al interior y hacia abajo en la columna
de absorción, y hacer pasar los contaminantes solubles en agua y
algo de dióxido de carbono de la corriente ascendente de gas más
rica en dióxido de carbono al agua descendente dentro de la
columna de absorción para producir dióxido de carbono limpio y agua
portadora de contaminantes que contiene gas dióxido de carbono
absorbido en la misma;
(D) extraer y recuperar dióxido de carbono limpio
de la columna de absorción; y
(E) extraer el agua portadora de contaminantes
de la columna de absorción, disminuir la presión del agua portadora
de contaminantes, liberar el gas dióxido de carbono absorbido
del agua portadora de contaminantes, y hacer pasar el gas
dióxido de carbono liberado a la corriente de gas más rica en
dióxido de carbono para introducirlo en la columna de absorción.
Otro aspecto de este invento es:
Un aparato para limpiar dióxido de carbono como
se especifica en las reivindicaciones 5 hasta 10.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
expresión "columna de absorción" significa un recipiente en el
que se ponen en contacto un gas y un líquido para transferir uno o
varios componentes del gas al líquido. Típicamente, el contacto
será con flujo ascendente del gas y flujo descendente del líquido
sobre elementos de transferencia de masa tales como empaquetadura o
bandejas aleatorias o estructuradas.
Tal como se usa en la presente memoria, la
expresión "separador de fases" significa un recipiente en el
que se puede separar una alimentación de dos fases en sus fracciones
separadas gaseosa y líquida. Típicamente, el separador de fases será
un recipiente con superficie de sección transversal suficiente para
que el gas y el líquido se separen por gravedad, con extracción de
líquido en el fondo y extracción de vapor en la parte superior del
recipiente.
Tal como se usa en la presente memoria, la
expresión "contaminantes solubles en agua" significa cualquier
contaminante gaseoso que sea apreciablemente soluble en agua tal
como metanol o etanol.
Tal como se utiliza en la presente memoria, las
expresiones "parte superior" y "parte inferior"
significan las secciones de una columna respectivamente por encima y
por debajo del punto medio de la columna.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
expresión "intercambio indirecto de calor" significa llevar a
dos fluidos a una relación de intercambio de calor sin ningún
contacto físico o entremezcla de los fluidos entre sí.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
expresión " postenfriador" significa un intercambiador
indirecto de calor en el que se enfría una corriente de gas
comprimido que comprende vapor de agua y como mínimo algo del vapor
de agua se condensa.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
expresión "contaminantes ligeros" significa una o más especies
que tienen una presión de vapor mayor que la del dióxido de
carbono. Ejemplos de contaminantes ligeros incluyen nitrógeno,
oxígeno, argón, hidrógeno, monóxido de carbono y metano.
La única Figura es una representación esquemática
de una realización particularmente preferida del invento en la que
la corriente de alimentación comprende adicionalmente contaminantes
ligeros y se emplean múltiples etapas de compresión y de reducción
de presión.
El invento se describirá con detalle refiriéndose
al Dibujo. Con referencia ahora a la Figura, la corriente 20 de gas
comprende generalmente desde alrededor del 90 hasta el 99 por
ciento en moles de dióxido de carbono, y hasta aproximadamente 1,0
por ciento en moles de contaminantes solubles en agua junto con
vapor de agua. En la realización del invento ilustrada en la
Figura, la corriente 20 de gas comprende también contaminantes
ligeros, típicamente en una concentración de hasta alrededor del 5
por ciento en
moles.
moles.
La corriente 20 de gas dióxido de carbono bruto
se enfría en un intercambiador 1 de calor por intercambio indirecto
de calor con un fluido adecuado tal como aire con ventilación
forzada, agua de refrigeración o un refrigerante líquido, y luego
se hace pasar en la corriente 21 a un separador 2 de fases en el que
se separa en una parte de gas y una parte de agua en estado
líquido. La parte de gas se hace pasar como corriente 22 de
alimentación o de gas a un compresor 5 en el que se comprime hasta
una presión generalmente dentro del intervalo comprendido desde
alrededor de 4 a 6 atmósferas para producir la corriente 23 de gas
comprimido.
La corriente 23 de gas comprimido, que comprende
dióxido de carbono, vapor de agua y contaminantes solubles en agua
así como contaminantes ligeros, se enfría en un postenfriador 6 por
intercambio indirecto de calor con un fluido adecuado tal como aire
con ventilación forzada, agua de refrigeración o un líquido
refrigerante. El fluido en dos fases resultante se hace pasar en la
corriente 24 al separador 7 de fases en el que se separa en una
corriente 25 de gas más rico en dióxido de carbono, que contiene
también contaminantes solubles en agua y contaminantes ligeros, y
también en un líquido remanente que principalmente es agua.
La corriente 25 de gas más rico en dióxido de
carbono se hace pasar al compresor 9 en el que se comprime
adicionalmente hasta una presión generalmente comprendida en el
intervalo desde aproximadamente 15 hasta 25 atmósferas para
producir la corriente 26 de gas más comprimido. La corriente 26 de
gas más comprimido que comprende dióxido de carbono y contaminantes
solubles en agua así como contaminantes ligeros, se enfría en el
postenfriador 10 por intercambio indirecto de calor con un fluido
adecuado tal como aire con ventilación forzada, agua de
refrigeración o un líquido refrigerante. El fluido en dos fases
resultante se hace pasar en la corriente 27 al separador 11 de
fases en el que se separa en una corriente adicional 28 de gas más
rico en dióxido de carbono, que también contiene contaminantes
solubles en agua y contaminantes ligeros, y también en un líquido
remanente adicional que principalmente es agua.
La corriente 28 de gas más rico en dióxido de
carbono se hace pasar a la parte inferior de la columna 13 de
absorción y fluye hacia arriba por la columna de absorción. El agua
29 se presuriza haciéndola pasar por una bomba mecánica 15 hasta una
presión suficiente para su introducción en la cabeza de la columna
13 de absorción, generalmente dentro del intervalo comprendido desde
17,6 hasta 26,01 kilogramos por centímetro cuadrado de presión
absoluta (250 hasta 370 libras por pulgada cuadrada de presión
absoluta).
El agua presurizada se hace pasar a través de la
válvula 14 de control de caudal/presión y luego, como corriente 31,
se hace pasar a la parte superior de la columna 13 de absorción y
hacia abajo por la columna de absorción.
La columna 13 de absorción es un recipiente
orientado verticalmente que, en general, tiene empaquetadura
aleatoria o estructurada como componentes internos de columna, es
decir, elementos de contacto vapor/líquido, aunque los componentes
internos de columna también pueden comprender bandejas. Los
componentes internos de columna sirven par facilitar el contacto
entre el agua descendente y el gas ascendente. A medida que el agua
desciende dentro de la columna 13 de absorción en flujo a
contracorriente respecto al gas ascendente, los contaminantes
solubles en agua se pasan desde el gas ascendente a la solución
dentro del agua descendente, de tal manera que el agua descendente
se va enriqueciendo progresivamente en los contaminantes solubles
en agua y el gas ascendente se va empobreciendo progresivamente en
los contaminantes solubles en agua. Además, algo de dióxido de
carbono del gas ascendente se absorbe en el agua descendente. Esto
resulta en la producción de dióxido de carbono limpio en la cabeza
de la columna 13 y de agua portadora de contaminantes que también
contiene algo de dióxido de carbono absorbido en la misma, en la
cola de la columna 13.
El dióxido de carbono limpio se extrae de la
parte superior de la columna 13 en la corriente 32 y, si se desea,
se puede recuperar directamente. La realización del invento
ilustrada en la Figura es una realización particularmente preferida
en la que el dióxido de carbono limpio experimenta etapas
adicionales de tratamiento antes de su recuperación. En la
realización ilustrada en la figura, la corriente 32 de gas se limpia
adicionalmente de cualesquiera contaminantes remanentes solubles en
agua así como del vapor de agua captado en el flujo ascendente a
contracorriente dentro de la columna 13 haciéndola pasar a través
de un adsorbedor 16 que puede comprender uno o varios lechos de
carbono activo y/o de sílice. Si se desea, como se ha ilustrado en
la Figura, se puede hacer pasar el gas 33 más limpio y seco desde
el adsorbedor 16 a unos medos 18 de refrigeración donde se le
enfría, y se condensa y elimina cualquier agua remanente.
Como se ha mencionado anteriormente, en la
realización del invento ilustrada en la Figura el gas de
alimentación también contiene contaminantes ligeros. En este caso,
la corriente de gas dióxido de carbono limpio y seco se puede hacer
pasar como corriente 34 a una columna de destilación, ilustrada a
modo representativo como elemento 19, donde se separa por
rectificación en dióxido de carbono purificado 35 y vapor 36 de
contaminante ligero de cabeza. El dióxido de carbono purificado 35
se recupera como un fluido que comprende desde alrededor de 99,9
hasta 99,999 por ciento en moles de dióxido de carbono.
El agua portadora de contaminantes se extrae de
la parte inferior de la columna 13 en la corriente 37. El líquido
remanente adicional se extrae del separador 11 de fases en la
corriente 38, se pasa a través de la válvula 12 y, como corriente
39, se combina con la corriente 37 para formar la corriente
combinada 40. La corriente 40 se hace pasar a través del
dispositivo 17 reductor de presión que en la realización ilustrada
en la Figura es una válvula de alivio. El dispositivo 17 reductor de
presión podría ser otro medio reductor de presión tal como un
turboexpansor. Cuando la corriente 40 de agua portadora de
contaminantes atraviesa el dispositivo 17 reductor de presión, su
presión se reduce, generalmente para estar dentro del intervalo
comprendido entre 4 a 6 atmósferas, y se libera en el gas dióxido
de carbono de procedimiento, que ha sido absorbido en el agua
portadora de contaminantes, resultando en la generación de la
corriente 41 de dos fases que comprende agua portadora de
contaminantes y dióxido de carbono gaseoso. La corriente 41 de dos
fases se hace pasar al separador 7 de fases en el que el dióxido de
carbono gaseoso liberado en la corriente 41 se pasa a la corriente
más rica en dióxido de carbono para su eventual introducción en la
columna 13 de absorción y por último para su recuperación. De este
modo, algo del dióxido de carbono contenido en la corriente
original 20 de gas, que de otro modo se habría perdido como
consecuencia del tratamiento de limpieza, se recaptura y recupera,
mejorando así la recuperación del dióxido de carbono en el sistema
de limpieza.
El agua portadora de contaminantes se combina con
el líquido remanente en el separador 7 de fases y se hace salir del
separador 7 de fases en la corriente 42 y a través del dispositivo
8 reductor de presión, tal como una válvula de alivio o un
turboexpansor, donde su presión se reduce generalmente para que esté
dentro del Intervalo comprendido entre 1 y 2 atmósferas. En el
procedimiento se libera el gas dióxido de carbono remanente
todavía absorbido dentro del agua portadora de contaminantes,
resultando en la generación de la corriente 43 de dos fases que
comprende agua portadora de contaminantes y dióxido de carbono
gaseoso. La corriente 43 de dos fases se pasa al separador 2 de
fases en el que el dióxido de carbono gaseoso liberado en la
corriente 43 se pasa a la corriente de gas 22 formadora de gas
para su eventual introducción en la columna 13 de absorción y
recuperación final, mejorando así adicionalmente la recuperación
del dióxido de carbono. El agua residual portadora de contaminantes
se combina con la parte líquida de la corriente 21 en el separador
2 de fases, se extrae del separador 2 de fases en la corriente 44,
se hace pasar por la válvula 33 y, como corriente 45, se pasa a
medios de captura, por ejemplo, un dispositivo químico 4 de
desagüe, para su disposición final.
Con la práctica de este invento, se puede
aumentar la recuperación de dióxido de carbono de cualquier
corriente de alimentación determinada de dióxido de carbono bruto
desde un 0,5 a un 1,0 por ciento sobre los sistemas convencionales
que limpian una corriente de gas dióxido de carbono bruto de
contaminantes solubles en agua.
Aunque se ha descrito detalladamente el invento
con referencia a una cierta realización particularmente preferida,
los expertos en la técnica reconocerán que existen otras
realizaciones del invento dentro del espíritu y del alcance de las
reivindicaciones.
Claims (10)
1. Un método para recuperar dióxido de carbono de
una corriente de gas, que comprende:
- (A)
- comprimir una corriente de gas que comprende dióxido de carbono, vapor de agua y contaminantes solubles en agua para producir una corriente de gas comprimido;
- (B)
- enfriar la corriente de gas comprimido para condensar al menos alguna parte del vapor de agua, y separar el fluido de dos fases resultante en una corriente de gas más rico en dióxido de carbono que contiene contaminantes solubles en agua, y en un líquido remanente;
- (C)
- hacer pasar la corriente de gas más rico en dióxido de carbono en y hacia arriba por una columna de absorción, hacer pasar agua en y hacia abajo por la columna de absorción, y hacer pasar contaminantes solubles en agua y alguna parte de dióxido de carbono de la corriente ascendente de gas más rico en dióxido de carbono al agua descendente dentro de la columna de absorción para producir dióxido de carbono limpio y agua portadora de contaminantes que contiene gas dióxido de carbono absorbido en la misma;
- (D)
- extraer y recuperar dióxido de carbono limpio de la columna de absorción;
- (E)
- extraer de la columna de absorción agua portadora de contaminantes, reducir la presión del agua portadora de contaminantes, liberar del agua portadora de contaminantes el gas dióxido de carbono absorbido, y hacer pasar el gas dióxido de carbono liberado a la corriente de gas más rico en dióxido de carbono para su introducción en la columna de absorción.
2. El método de la reivindicación 1, en el que la
recuperación de dióxido de carbono limpio de la columna de
absorción incluye una etapa adicional de adsorber agua del dióxido
de carbono limpio antes de su recuperación.
3. El método de la reivindicación 1, en el que la
recuperación del dióxido de carbono limpio de la columna de
absorción incluye una etapa adicional de condensar agua del dióxido
de carbono limpio antes de su recuperación.
4. El método de la reivindicación 1, en el que la
corriente de gas comprende además contaminantes ligeros, y en el
que la recuperación del dióxido de carbono limpio de la columna de
absorción incluye una etapa adicional de separar por destilación
contaminantes ligeros del dióxido de carbono limpio antes de su
recuperación.
5. Un aparato para llevar a cabo el procedimiento
de la reivindicación 1, que comprende:
- (A)
- un compresor y medios que hacen pasar al compresor dicha corriente que comprende dióxido de carbono, vapor de agua y contaminantes solubles en agua;
- (B)
- un postenfriador, un separador de fases, medios para hacer pasar dicha corriente de gas comprimido desde el compresor al postenfriador, y medios para hacer pasar dicho fluido de dos fases del postenfriador al separador de fases;
- (C)
- una columna de absorción, medios para hacer pasar dicha corriente de gas más rico en dióxido de carbono desde el separador de fases a la parte inferior de la columna de absorción, y medios para hacer pasar agua a la parte superior de la columna de absorción;
- (D)
- medios para recuperar dicho dióxido de carbono limpio de la parte superior de la columna de absorción; y
- (E)
- un dispositivo reductor de presión, medios para hacer pasar dicha agua portadora de contaminantes desde la parte inferior de la columna de absorción al dispositivo reductor de presión, y medios para hacer pasar dicho dióxido de carbono liberado desde el dispositivo reductor de presión al separador de fases.
6. El aparato de la reivindicación 5, en el que
el dispositivo reductor de presión es una válvula de expansión.
7. El aparato de la reivindicación 5, en el que
los medios para hacer pasar dicha corriente de gas más rica en
dióxido de carbono desde el separador de fases a la parte inferior
de la columna de absorción incluyen un segundo compresor y un
segundo separador de fases.
8. El aparato de la reivindicación 5, en el que
los medios para recuperar dióxido de carbono limpio de la parte
superior de la columna de absorción incluyen un adsorbedor.
9. El aparato de la reivindicación 5, en el que
los medios para recuperar dióxido de carbono limpio de la parte
superior de la columna de absorción incluyen unos medios de
refrigeración.
10. El aparato de la reivindicación 5, en el que
los medios para recuperar dióxido de carbono limpio de la parte
superior de la columna de absorción incluyen una columna de
destilación.
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