ES2602988T3 - Desulfuración en un sistema de ciclo de calcio regenerativo - Google Patents

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Abstract

Un método para la combustión de un combustible y el tratamiento del gas de combustión resultante, comprendiendo dicho método: la combustión de un combustible con aire u oxígeno para producir una corriente de gas de combustión caliente que contiene al menos dióxido de carbono (CO2) y dióxido de azufre (SO2), poner en contacto la corriente de gas de combustión con óxido de calcio (CaO) sólido en un reactor de carbonatación (120) que opera a una temperatura a la que el CO2 en el gas de combustión reacciona con CaO para formar carbonato de calcio (CaCO3) sólido, calentar el CaCO3 formado en el reactor de carbonatación en un reactor de calcinación (130) que opera a una temperatura a la que el CaCO3 se convierte en CaO y CO2, por lo que dicho calentamiento se efectúa, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con la corriente de gas de combustión caliente de la combustión, y hacer recircular el CaO formado en el reactor de calcinación de nuevo al reactor de carbonatación, caracterizado porque el gas de combustión utilizado para el intercambio de calor indirecto en el reactor de calcinación se somete a continuación a desulfuración en seco antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatación, el polvo se separa del gas de combustión desulfurado antes de ponerlo en contacto con CaO en el reactor de carbonatación.

Description

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DESCRIPCION
Desulfuracion en un sistema de ciclo de calcio regenerativo Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a sistemas y metodos para la captura de dioxido de carbono de gases de combustion utilizando sistemas de ciclo de calcio regenerativo.
Antecedentes de la invencion
En la combustion de combustible, por ejemplo carbon, petroleo, turba, residuos, gas natural, etc. en una planta de combustion tal como una planta de energfa, se utiliza un gas de proceso que comprende, entre otros componentes, dioxido de carbono en grandes cantidades. Los efectos negativos del dioxido de carbono sobre el cambio climatico son bien conocidos y hay una fuerte demanda para reducir las emisiones de dioxido de carbono generadas. Esta demanda se aplica no solo a las diferentes plantas de energfa como las de arriba, sino tambien a otras situaciones y otras industrias en donde se genera CO2 en sus procesos o por su consumo de energfa, por ejemplo en la industria del cemento y la industria del acero. Hay una gran cantidad de diferentes metodos y disposiciones para reducir la emision de dioxido de carbono.
Sin embargo, comun para los metodos es que la separacion de dioxido de carbono de los gases de escape generados en las diferentes plantas industriales como las de arriba consumen energfa y son costosas y hay una necesidad de encontrar formas mas eficientes.
En uno de los metodos para la captura de CO2, conocido como ciclo de calcio regenerativo (RCC), la separacion de CO2 del gas de combustion puede tener lugar mediante la captura a traves de un ciclo de carbonatacion y calcinacion combinado. En tales metodos, cal (CaO) se puede utilizar como un agente sorbente para el dioxido de carbono, formando carbonato de calcio (CaCO3) durante la llamada reaccion de carbonatacion. El CaCO3 formado se regenera posteriormente por calentamiento, por lo que la denominada reaccion de calcinacion produce dioxido de carbono y CaO.
Un metodo y un sistema para un ciclo de calcio regenerativo (RCC) se describe en el documento US 6.737.031. Mas espedficamente, se describe en el mismo un metodo para la captura de dioxido de azufre (SO2) y dioxido de carbono (CO2). Para la captura del dioxido de carbono, el metodo comprende etapas en las que el dioxido de carbono presente en los gases de combustion es capturado por la carbonizacion en el hogar y luego es liberado por la descarbonizacion y el dioxido de carbono liberado es transferido para su posterior tratamiento o almacenamiento.
Aunque se puede hacer que un sistema de RCC, p. ej., como se describe en el documento US 6.737.031, sea mas eficiente en energfa que otros sistemas disponibles para la captura y el almacenamiento de carbono, aun tiene un impacto negativo en la eficiencia global de la planta de energfa. Hay necesidad de mejorar los sistemas de RCC que reduzcan aun mas el impacto en la eficiencia global de la planta de energfa.
Los documentos EP 2 299 176 y WO 2007/045048 describen un metodo y un sistema de acuerdo con las partes precaracterizantes de las reivindicaciones 1 y 9.
Sumario de la invencion
La presente invencion se refiere a mejoras en metodos y sistemas integrados para la combustion y la captura de CO2 utilizando un ciclo de calcio regenerativo (RCC). Mas particularmente, la presente invencion se contempla para su implementacion en una planta de energfa.
De acuerdo con un aspecto ilustrado en esta memoria, se proporciona un metodo para la combustion de un combustible y el tratamiento del gas de combustion resultante, comprendiendo dicho metodo:
la combustion de un combustible con aire u oxfgeno para producir una corriente de gas de combustion caliente que contiene al menos dioxido de carbono (CO2) y dioxido de azufre (SO2),
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poner en contacto la corriente de gas de combustion con oxido de calcio (CaO) solido en un reactor de carbonatacion (120) que opera a una temperatura a la que el CO2en el gas de combustion reacciona con CaO para formar carbonato de calcio (CaCO3) solido,
calentar el CaCO3 formado en el reactor de carbonatacion en un reactor de calcinacion (130) que opera a una temperatura a la que el CaCO3 se convierte en CaO y CO2, por lo que dicho calentamiento se efectua, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con la corriente de gas de combustion caliente de la combustion, y hacer recircular el CaO formado en el reactor de calcinacion de nuevo al reactor de carbonatacion, caracterizado porque
el gas de combustion utilizado para el intercambio de calor indirecto en el reactor de calcinacion se somete a continuacion a desulfuracion en seco antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion.
La desulfuracion en metodos y sistemas integrados para la combustion y captura de CO2 utilizando un ciclo de calcio regenerativo (RCC) ha sido previamente realizado por adsorcion mediante CaO de SO2 en el reactor de carbonatacion simultaneamente con la adsorcion mediante CaO de CO2. Aunque dicha coadsorcion de SO2 y CO2 proporciona una separacion eficiente de SO2 del gas de combustion, tambien hay algunos inconvenientes. SO2 reacciona con CaO para formar CaSO4(yeso). El CaSO4 es estable al calor y no se descompone junto con el CaCO3 en el reactor de calcinacion. Dado que CaSO4 se acumula en la circulacion adsorbente en el RCC, la capacidad de adsorcion del sistema se reduce, y la tasa de recirculacion del RCC se debe aumentar.
Se ha encontrado ahora que la desulfuracion del gas de combustion se puede realizar ventajosamente antes de que el gas de combustion se ponga en contacto con el CaO en el reactor de carbonatacion. Esta disposicion permite una drastica reduccion de la tasa de recirculacion requerida en el sistema de RCC. La desulfuracion se realiza lo mas habitualmente utilizando, p. ej., piedra caliza en un proceso depurador en humedo. Sin embargo, se ha encontrado que se puede lograr un cierto numero de efectos sinergicos beneficiosos mediante la realizacion del proceso de desulfuracion a una temperatura mas alta que la utilizada en los procesos de depuracion en humedo convencionales. Mas espedficamente, se ha encontrado que en los metodos y sistemas de la presente descripcion, la desulfuracion debena realizarse preferiblemente a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C. Esto se puede lograr mediante el uso de un proceso de desulfuracion en seco (al que tambien se alude en esta memoria como DFGD). El proceso de desulfuracion en seco puede comprender, por ejemplo, poner en contacto el gas de combustion con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura, con lo que el SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido y la posterior separacion del sulfato de calcio solido formado utilizando una tecnica de extraccion de polvo adecuada, por ejemplo utilizando elementos de filtro de alta temperatura (a base de metal o material ceramico) y/o precipitacion electrostatica (ESP). Ademas, se ha encontrado que como el CaO para el proceso de desulfuracion en seco, se puede emplear ventajosamente CaO agotado recuperado de, por ejemplo, los filtros de gases de combustion del sistema. Por supuesto, esto reduce el consumo general de CaO/CaCO3 del metodo/sistema, asf como la cantidad total de residuos.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la desulfuracion se realiza a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la desulfuracion se realiza a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 400 °C, preferiblemente en el intervalo de 250 °C a 350 °C.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la desulfuracion se realiza a una temperatura en el intervalo de 500 °C a 700 °C, preferiblemente en el intervalo de 550 °C a 650 °C.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la desulfuracion comprende poner el gas de combustion en contacto con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura a la que el SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
La desulfuracion puede realizarse simplemente por inyeccion de CaO en la corriente de gas de combustion por medio de un equipo dedicado de inyeccion de CaO. La inyeccion puede realizarse en o aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el CaO se inyecta en la zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
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De acuerdo con algunas formas de realizacion, el CaO se inyecta en la corriente de gas de combustion aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el CaO se inyecta en la corriente de gas de combustion en un dispositivo desulfurante dedicado dispuesto aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
Alternativamente, la desulfuracion puede realizarse mediante inyeccion del gas de combustion en un lecho fluido circulante o de burbujeo de CaO, separado del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el metodo comprende, ademas, la etapa de separar el polvo del gas de combustion desulfurado antes de que se puesto en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion. Esta etapa de separacion de polvo puede servir para separar, al menos parcialmente, CaSO4 solido presente en el gas de combustion despues de la desulfuracion en seco.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el CaO utilizado para la desulfuracion del gas de combustion, al menos parcialmente, comprende CaO recuperado del gas de combustion rico en CO2 formado en el reactor de calcinacion, de la corriente de gas de combustion aguas abajo del reactor de carbonatacion y/o de CaO formado en el reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la temperatura en el reactor de carbonatacion esta en el intervalo de 550 a 750 °C, preferiblemente de aproximadamente 650 °C.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, la temperatura en el reactor de calcinacion esta en el intervalo de 800 a 1100 °C, preferiblemente de aproximadamente 900 °C.
De acuerdo con otro aspecto ilustrado en esta memoria, se proporciona un sistema (100) para la combustion de un combustible y el tratamiento del gas de combustion resultante, comprendiendo dicho sistema:
un horno (101)
un reactor de carbonatacion (120) un reactor de calcinacion (130) un dispositivo desulfurante en seco (110)
en donde el horno (101) es operativo para la combustion de un combustible con aire u oxfgeno para producir una corriente de gas de combustion caliente que contiene al menos dioxido de carbono (CO2) y dioxido de azufre (SO2),
el reactor de carbonatacion (120) es operativo para poner la corriente de gas de combustion en contacto con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura a la que el CO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar carbonato de calcio (CaCO3) solido,
el reactor de calcinacion (130) es operativo para calentar CaCO3 formado en el reactor de carbonatacion a una temperatura a la que CaCO3 se convierte en CaO y CO2,
el reactor de calcinacion (130) comprende medios para el calentamiento indirecto (104), en donde dicho calentamiento de CaCO3 se efectua, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con la corriente de gas de combustion caliente de la combustion, y en donde
el dispositivo desulfurante en seco (110) es operativo para someter la corriente de gas de combustion a desulfuracion antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion (120).
El sistema puede comprender, ademas, un sistema de recirculacion de solidos, operativo para enviar CaCO3 del reactor de carbonatacion al reactor de calcinacion y para enviar CaO del reactor de calcinacion al reactor de carbonatacion. El sistema puede comprender tambien, adicionalmente, un sistema de suministro de CaO y/o CaCO3 reciente para la reposicion de CaO y/o CaCO3 perdido a lo largo del proceso.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el dispositivo desulfurante en seco esta configurado para funcionar a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C.
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De acuerdo con algunas formas de realizacion, el dispositivo desulfurante en seco es operativo para poner el gas de combustion en contacto con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura a la que el SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
El dispositivo desulfurante en seco puede comprender un equipo de inyeccion de CaO dedicado, operativo para la inyeccion de CaO en la corriente de gas de combustion. El equipo de inyeccion de CaO puede estar dispuesto en o aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en la zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en el conducto de gases de combustion (105) aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en un reactor dedicado dispuesto aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion.
Alternativamente, el dispositivo desulfurante puede comprender un reactor de lecho fluido circulante o de burbujeo dedicado, operativo para poner el gas de combustion en contacto con un lecho fluido circulacion o de burbujeo de CaO a una temperatura en donde SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion fluida con y configurado para recibir CaO recuperado de una unidad de separacion de polvo (132) operativo para separar CaO del gas de combustion rico en CO2 formado en el reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion fluida con y esta configurado para recibir CaO recuperado de una unidad de separacion de polvo (124) operativa para separar CaO de la corriente de gas de combustion aguas abajo del reactor de carbonatacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion fluida con y esta configurado para recibir CaO formado en el reactor de calcinacion.
De acuerdo con algunas formas de realizacion, el sistema comprende, ademas, una unidad de separacion de polvo (115) operativa para la separacion de polvo del gas de combustion desulfurado antes de que sea puesto en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion (120). Esta unidad de separacion de polvo puede servir para separar, al menos parcialmente, CaSO4 solido presente en el gas de combustion aguas abajo del dispositivo desulfurante en seco.
El metodo o sistema de acuerdo con uno cualquiera de los aspectos de la invencion puede ser un metodo o sistema de ciclo de calcio regenerativo (RCC) o un metodo o sistema de combustion y de ciclo de calcio regenerativo (RCC) integrado. Por la expresion “metodo o sistema de combustion y de ciclo de calcio regenerativo (RCC) integrado” tal como se utiliza en esta memoria se entiende un sistema para la combustion de un combustible, p. ej., en una planta de energfa, en donde el calor procedente de los gases de combustion de la combustion se utiliza para calentar el reactor de calcinacion.
El metodo o sistema de acuerdo con uno cualquiera de los aspectos de la invencion puede ser hecho funcionar como una unidad de generacion de energfa integrada independiente, en donde el calor generado durante la combustion en el sistema de RCC se utiliza para la generacion de energfa. El metodo o sistema de acuerdo con uno cualquiera de los aspectos de la invencion tambien puede ser hecho funcionar como un sistema de captura de CO2 para una unidad de generacion de energfa separada (p. ej., un sistema de caldera), en el que el gas de combustion generado por la unidad de generacion de energfa separada se combina con el gas de combustion generado durante la combustion en el sistema RCC.
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De acuerdo con algunas formas de realizacion, el reactor de carbonatacion y/o el reactor de calcinacion que puede comprender el metodo o sistema de acuerdo con una cualquiera de los aspectos de la invencion es/son ambos del tipo de lecho fluido. De acuerdo con algunas formas de realizacion, el reactor de carbonatacion y el reactor de calcinacion son ambos del tipo de lecho fluido circulante. De acuerdo con algunas formas de realizacion, el reactor de carbonatacion es del tipo de lecho fluido circulante y el reactor de calcinacion es del tipo de lecho fluido burbujeante.
Las caractensticas descritas anteriormente y otras caractensticas se ejemplifican mediante las siguientes figuras y descripcion detallada.
Breve descripcion de los Dibujos
Con referencia ahora a los dibujos, que son formas de realizacion a modo de ejemplo, y en los elementos similares se numeran igual:
la Figura 1 representa esquematicamente un sistema de combustion y RCC integrado y con el gas de combustion dirigido en el reactor de carbonatacion calentado contra gases de escape del reactor de carbonatacion.
La Figura 2 representa esquematicamente un sistema de combustion y RCC integrado con la desulfuracion de gas de combustion en seco y el gas de combustion dirigido en el reactor de carbonatacion calentado frente al gas del reactor de calcinacion.
Descripcion de formas de realizacion preferidas
Una forma de realizacion del sistema de la invencion se ilustra adicionalmente en la Figura 1.
En esta memoria, el sistema (100) se implementa en union con una unidad de proceso de combustion que comprende un horno (101), en donde el dioxido de carbono en el gas de escape generado ha de ser capturado por el sistema de RCC. El sistema se calienta por calentamiento indirecto del reactor de calcinacion (130) por el horno (101) que es alimentado con combustible a traves de la tubena (102) y aire y/u oxfgeno a traves del conducto (103).
El gas de combustion generado por la combustion en el horno (101) que comprende, entre otros componentes, dioxido de carbono y dioxido de azufre, se envfa a traves del conducto (105) al dispositivo desulfurante de gases de combustion en seco (DFGD) (110) operativo para reducir el contenido en SO2 del gas de combustion. El DFGD (110) se describira mas en detalle mas adelante.
El gas de combustion con un contenido reducido en SO2 es enviado desde el DFGD (110) a una unidad de separacion de polvo (115) operativa para la separacion de polvo del gas de combustion desulfurado, con lo cual los solidos, p. ej., CaSO4 solido, presente en el gas de combustion es al menos parcialmente separado antes de la introduccion del gas de combustion en el reactor de carbonatacion (120). La unidad de separacion de polvo (115) puede comprender, por ejemplo, un dispositivo de precipitacion electrostatica (ESP) o cualquier otro dispositivo de separacion de polvo adecuado. Ademas de CaSO4 solido, el gas de combustion que abandona el DFGD (110) tambien puede comprender cenizas volantes que tambien son separadas, al menos parcialmente, por la unidad de separacion de polvo (115). La unidad de separacion de polvo (115) puede comprender, en algunas formas de realizacion, un sistema de separacion de polvo por etapas que permite la separacion de CaSO4y cenizas volantes. Esta disposicion produce CaSO4 de mayor calidad y cenizas subproductos con una viabilidad comercial mejorada.
Opcionalmente, el gas de escape puede ser acondicionado adicionalmente en una unidad para el acondicionamiento del gas de combustion (no mostrado) antes de su introduccion en el reactor de carbonatacion (120). El acondicionamiento opcional puede incluir, por ejemplo, el tratamiento del gas de escape mediante la separacion de gases NOx (DeNOx).
El gas de combustion procedente de la unidad de separacion de polvo (115) (y opcionalmente, ademas, la unidad de acondicionamiento de gas de combustion adicional) se presuriza haciendola pasar por la unidad de ventilador (116) y se precalienta por el intercambiador de calor (117) antes de la introduccion en el reactor de carbonatacion (120), el reactor para la captura de dioxido de carbono. El reactor de carbonatacion (120) tambien se puede designar como "el carbonatador" y la reaccion de "carbonatacion".
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El gas de escape es presurizado, preferentemente, a una presion en el intervalo de 50 mbarg a 400 mbarg, preferiblemente a aproximadamente 100 mbarg, y se calienta a una temperatura en el intervalo de 300 °C a 600 °C para una sorcion optimizada.
La reaccion principal que tiene lugar en el reactor de carbonatacion corresponde a CaO + CO2 -> CaCO3. La reaccion es exotermica y tiene lugar a una temperatura en el intervalo de 550 a 750 °C. El reactor de carbonatacion se hace funcionar tipicamente a una temperatura en el intervalo de 600 °C a 700 °C, preferiblemente a aproximadamente 650 °C.
Los gases de escape con un contenido reducido de dioxido de carbono CO2 enviados desde el reactor de carbonatacion (120) a traves del conducto (121) pueden ser opcionalmente enfriados en multiples etapas, p. ej., en intercambiadores de calor (122), (117) y (123). El calor recuperado en estos intercambiadores de calor puede emplearse, por ejemplo (como se muestra para el intercambiador de calor (117) en la Figura 1), para el precalentamiento del gas de escape que sera introducido en el reactor de carbonatacion (120) o en otros intercambiadores de calor.
Despues del enfriamiento opcional en multiples etapas, el gas de combustion se somete a la separacion de polvo en una unidad de separacion de polvo (124) (p. ej., que comprende un dispositivo de precipitacion electrostatica (ESP) o cualquier otro dispositivo de separacion de polvo adecuado). En la unidad de separacion de polvo (124) polvo de CaO y CaCO3 transportado junto con el gas de combustion del reactor de carbonatacion se separa del gas de combustion antes del envfo de los gases de combustion a la pila (128) para la liberacion a la atmosfera.
En la realizacion de la Figura 1, el reactor de carbonatacion (120) y el reactor de calcinacion (130) son ambos del tipo de lecho fluido circulante. Un lecho de partfculas solidas es fluidizado mediante una corriente de gas que pasa a traves del lecho. En el reactor de carbonatacion (120), la fluidizacion se efectua por el vapor de gas enviado desde el DFGD (110) y la unidad de separacion de polvo (115) a traves de la unidad de ventilador (116). En el reactor de calcinacion (130), la fluidizacion se efectua por una porcion de la corriente de gas de combustion rica en CO2 recirculada al reactor de calcinacion (130) a traves del conducto (134) y preferiblemente presurizada en una unidad de ventilador (180). Los solidos presentes en la corriente de gas que abandona el lecho son capturados por una unidad de ciclon.
En una realizacion alternativa del sistema (no mostrada), el reactor de calcinacion de lecho fluido circulante ha sido reemplazado por un reactor de calcinacion lecho burbujeante. Un reactor de calcinacion de lecho burbujeante puede ser ventajoso, ya que la tasa de desgaste del CaO en sistemas de este tipo es mucho menor debido a la velocidad del solido mas baja.
El sistema de la invencion que utiliza el ciclo de calcio regenerativo comprende la circulacion de material solido entre el reactor de carbonatacion (120) y el reactor de calcinacion (130).
El sistema puede comprender, ademas, un sistema de recirculacion de solidos, operativo para el envfo de CaCO3 del reactor de carbonatacion al reactor de calcinacion y para el envfo de CaO del reactor de calcinacion al reactor de carbonatacion.
Desde el reactor de carbonatacion (120), material solido que es rico en carbonato de calcio CaCO3, pero que tambien contiene una cierta cantidad de cal, CaO, asf como otros componentes, es transferido al reactor de calcinacion (130) a traves de la tubena (125). La corriente de material solido es dividida para diferentes destinos del material solido, una primera parte de la corriente de material solido en la tubena (125) se hace recircular de nuevo al reactor de carbonatacion (120) a traves de la tubena (125a). Una segunda parte del material solido es transferida, a traves del conducto (125b), al reactor de calcinacion (130).
El sistema puede comprender tambien, adicionalmente, un sistema de suministro de CaO y/o CaCO3 reciente para la reposicion de CaO y/o CaCO3 perdido a lo largo del proceso.
En el reactor de calcinacion (130) el carbonato de calcio CaCO3 se calienta para efectuar la descomposicion de CaCO3 en cal CaO y dioxido de carbono CO2. El reactor de calcinacion (130) tambien se denomina "el calcinador" y el proceso tambien se denomina "calcinacion". La reaccion principal del reactor de calcinacion corresponde a CaCO3 -> CaO + CO2. La reaccion es endotermica y se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 800 °C a 1100 °C,
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tipicamente a una temperatura de aproximadamente 900 °C. El reactor de calcinacion (130) es calentado por calentamiento indirecto a traves del horno (101). Esta disposicion permite el uso de combustibles de calidad variable. Dependiendo de la calidad del combustible, mas o menos de oxfgeno puede ser suministrado al horno. Si se utiliza combustible de alta calidad para el calentamiento del aparato, el horno puede ser alimentado con aire, si es de menor calidad, el aire puede mezclarse con oxfgeno, o puede ser oxfgeno puro. El gas de combustion rico en dioxido de carbono generado por el horno (101) para el calentamiento indirecto del reactor de calcinacion puede comprender tfpicamente, ademas de CO2, contaminantes en forma de, por ejemplo, oxidos de azufre SOx (p. ej., SO2), partfculas de polvo, acido clortndrico, HCl, oxidos de nitrogeno NOx y metales pesados que incluyen mercurio, Hg. Si la concentracion de los gases tales como el oxfgeno (O2), nitrogeno (N2), etc., introducidos mas frecuentemente durante la carbonatacion, es alta, puede requerirse en el sistema una etapa de separacion. De lo contrario, el tratamiento adicional del gas de combustion rico en dioxido de carbono se puede realizar en sistemas de compresion y/o de secado.
Los terminos "indirecta" o "indirectamente", tal como se utilizan en esta memoria, en relacion con el intercambio de calor entre dos medios, tales como calentamiento, enfriamiento o enfriamiento rapido, designan que el intercambio de calor se produce sin mezclar los dos medios juntos. Por la expresion "intercambio de calor indirecto", tal como se utiliza en esta memoria, se quiere dar a entender un intercambiador de calor configurado para intercambio indirecto de calor. El intercambiador de calor puede adaptarse para gases (gas/gas), lfquidos (Kquido/Kquido), solidos (solido/solido) o cualquier combinacion de los mismos (p. ej., gas/lfquido). El intercambiador de calor puede ser, por ejemplo, del tipo de envuelta y tubos. Tipos y dimensiones adecuados de los intercambiadores de calor se identifican facilmente por la persona experta en la tecnica.
En la realizacion de la Figura 1, El horno (101) esta dispuesto en union directa con el reactor de calcinacion (130), de manera que el gas de combustion caliente formado durante la combustion en el horno (101) es dirigido a una disposicion de calentamiento indirecto (104) del reactor de calcinacion (130). La disposicion de calentamiento indirecto (104) puede comprender, por ejemplo, tubos de transferencia de calor dispuestos para transferir calor desde el gas de combustion caliente que fluye a traves de los tubos al lecho fluido dentro del reactor de calcinacion.
El material solido que comprende principalmente cal, CaO, producido por la descomposicion del carbonato de calcio es transferido desde el reactor de calcinacion (130) a traves de la tubena (135) al reactor de carbonatacion (120). La tubena (135) se divide en la tubena (135a), a traves de la cual se hace recircular una primera porcion de la corriente solida de nuevo al reactor de calcinacion (130), y la tubena (135b), a traves de la cual se transfiere una segunda porcion de la corriente solida al reactor de carbonatacion (120).
Un intercambiador de calor (137) esta dispuesto entre el reactor de carbonatacion (120) y el reactor de calcinacion (130) y es operativo para precalentar el material solido transferido desde el reactor de carbonatacion a traves de la tubena (125b), utilizando el calor del material solido transferido desde el reactor de calcinacion a traves de la tubena (135b). El intercambiador de calor (137) puede ser, por ejemplo, un intercambiador de calor transversal que transfiere calor desde el material solido del reactor de calcinacion con el material solido del reactor de carbonatacion (intercambiador de calor solido/solido).
El gas de escape rico en CO2 generado en el reactor de calcinacion (130) es separado de material solido, p. ej., utilizando ciclones u otros metodos para separar material solido de una corriente gaseosa. El material solido se hace recircular al lecho fluido a traves del conducto (135) y (135a). El gas enriquecido en CO2 es transferido desde el reactor de calcinacion a traves del conducto (131) para su posterior procesamiento, p. ej., incluyendo la recuperacion de calor y la separacion de material en partfculas.
El polvo generado durante el proceso de calcinacion en el reactor de calcinacion (130) puede ser extrafdo y separado del circuito de recirculacion para su posterior procesamiento en una unidad de separacion de polvo (132), por ejemplo que comprende un precipitador electrostatico (ESP). Ademas, el calor del gas rico en CO2 se puede recuperar mediante un intercambiador de calor (133) antes de que el gas sea transferido para el procesamiento adicional opcional en una unidad de procesamiento de gas (GPU) (140) tal como compresion, almacenamiento, etc.
Despues de la separacion del polvo, una parte del gas de escape rico en dioxido de carbono puede ser hecho recircular al reactor de calcinacion (130) a traves del conducto (134). El gas de escape se presuriza preferentemente en un ventilador (180) y es precalentado por el gas de escape caliente en el conducto (131) utilizando un intercambiador de calor gas/gas (136) antes de ser reintroducido en el reactor de calcinacion (130), a traves del conducto (134).
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Opcionalmente, el gas de escape rico dioxido de carbono, o al menos una parte del mismo, puede combinarse, a traves del conducto (138), con gas en el conducto (105), haciendo recircular el gas de escape caliente utilizado para el calentamiento indirecto del reactor de calcinacion al reactor de carbonatacion (120).
Otra opcion es introducir una parte del gas enriquecido en dioxido de carbono, a traves del conducto 139, al conducto (102) alimentando el horno (101) con aire y/u oxfgeno.
El gas de escape caliente que comprende dioxido de carbono CO2 generado para el calentamiento indirecto del reactor de calcinacion (130), es enviado al reactor de carbonatacion (120), a traves del conducto (105).
El calor procedente del gas de escape caliente generado para el calentamiento indirecto del reactor de calcinacion puede ser opcionalmente recuperado por el intercambiador de calor (106) (calentador de gas/gas).
Tal como se menciono anteriormente, el gas de combustion generado por la combustion en el horno (101) y que comprende, entre otros componentes, dioxido de carbono y dioxido de azufre, es enviado, a traves del conducto (105), al dispositivo desulfurante de gas de combustion en seco (110) (DFGD), operativo para reducir el contenido de SO2 del gas de combustion. El dispositivo desulfurante de gas de combustion en seco puede comprender simplemente un equipo de inyeccion de CaO dedicado, operativo para la inyeccion de CaO en la corriente de gas de combustion. El equipo de inyeccion de CaO puede estar dispuesto en o aguas abajo de una zona de combustion del horno (101) que se utiliza para el calentamiento del reactor de calcinacion (130). De acuerdo con algunas formas de realizacion, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en la zona de combustion del horno (101). De acuerdo con algunas formas de realizacion, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en el conducto de gas de combustion (105) aguas abajo de una zona de combustion del horno (101). De acuerdo con algunas realizaciones, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en un reactor dedicado dispuesto aguas abajo de una zona de combustion del horno utilizado para el calentamiento del reactor de calcinacion. En la realizacion de la Figura 1, el equipo de inyeccion de CaO esta dispuesto en un reactor dedicado, DFGD (110), dispuesto aguas abajo de una zona de combustion del horno (101).
Alternativamente, el dispositivo desulfurante puede comprender un reactor de lecho fluido circulante o de burbujeo dedicado, operativo para poner el gas de combustion en contacto con lecho fluido de CaO circulante o de burbujeo a una temperatura, con lo que SO2en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
En el DFGD (110), el gas de combustion se pone en contacto con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura en el intervalo de en el intervalo de 200 °C a 700 °C. A estas temperaturas, el CaO reacciona con SO2 presente en el gas de combustion para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido. En algunas formas de realizacion, la desulfuracion se realiza a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 400 °C, preferiblemente en el intervalo de 250 °C a 350 °C. En otras formas de realizacion, la desulfuracion se realiza a una temperatura en el intervalo de 500 °C a 700 °C, preferiblemente en el intervalo de 550 °C a 650 °C.
El oxido de calcio (CaO) solido que se utiliza para la desulfuracion del gas de combustion en el DFGD (110) comprende, al menos parcialmente, CaO recuperado del gas de combustion rico en CO2 formado en el reactor de calcinacion (130), de la corriente de gas de combustion aguas abajo del reactor de carbonatacion (120) y/o de CaO formado en el reactor de calcinacion, p. ej., de la corriente de alimentacion de CaO del reactor de carbonatacion. El CaO utilizada en el DFGD (110) puede comprender, por ejemplo, CaO recogido de la unidad de separacion de polvo (132), operativa para separar el polvo de la corriente de gas de combustion rica en CO2 que abandona el reactor de calcinacion (130), enviado al DFGD a traves del conducto (151). El CaO utilizado en el DFGD (110) puede comprender tambien CaO recogido de la unidad de separacion de polvo (124) operativa para separar el polvo de la corriente de gas de combustion que abandona el reactor de carbonatacion (120), enviado al DFGD a traves del conducto (152). El CaO utilizado en el DFGD tambien puede comprender CaO extrafdo de la corriente de alimentacion de CaO (135b) del reactor de carbonatacion, enviado al DFGD a traves del conducto (153), opcionalmente con enfriamiento del CaO en el intercambiador de calor (154). En una forma de realizacion alternativa, el CaO, o al menos una parte del mismo, es dirigido al horno (101) a traves del conducto (155).
Una forma de realizacion del sistema de la invencion se ilustra adicionalmente en la Figura 2. La forma de realizacion de la Figura 2 es mayoritariamente identica a la realizacion de la Figura 1, con la excepcion de que en la Figura 2, el gas de combustion enviado a traves del conducto (105) al dispositivo desulfurante de gas de combustion en seco (DFGD) (110) es sometido a un intercambio de calor en el intercambiador de calor (117), siendo enviado el
gas de combustion presurizado desde la unidad de ventilador (116) al reactor de carbonatacion (120). Esta configuracion puede disminuir adicionalmente el impacto global del sistema de captura RCC de CO2 en la eficiencia global de la planta de energfa.
Tal como se utiliza en esta memoria, el termino "desulfuracion" se refiere a un procedimiento para la separacion (al 5 menos parcial) de dioxido de azufre, SO2, a partir de una corriente de gas de combustion. Un "dispositivo desulfurante" se refiere a un aparato dedicado a la separacion de SO2de una corriente de gas de combustion.
Ventajas obtenidas por la presente invencion incluyen:
La presente invencion reduce el impacto del sistema de captura RCC de CO2 en la eficiencia global de la planta de energfa.
10 La presente invencion evita la acumulacion de CaSO4 en la circulacion adsorbente de RCC que, de otro modo, causana la capacidad de adsorcion del sistema a ser reducida.
La disposicion de la invencion permite una reduccion drastica de la tasa de recirculacion requerida en el sistema de RCC.
La desulfuracion a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C reduce la necesidad de enfriamiento y 15 recalentamiento del gas de combustion para la desulfuracion.
La invencion proporciona utilizar CaO agotado recuperado, por ejemplo, de los filtros de gas de combustion del sistema para la desulfuracion. Esto reduce el consumo general de CaO/CaCO3 del metodo/sistema, asf como la cantidad total de residuos.
La calidad del combustible para el calentamiento del sistema puede variar ampliamente, ya que el calentamiento se 20 lleva a cabo indirectamente en el reactor de calcinacion, el calcinador.
El producto CO2 capturado es de alta pureza, ya que no se produce un arrastre directo de impurezas en el producto CO2. Impurezas y contaminantes son adsorbidos principalmente por el CaO.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para la combustion de un combustible y el tratamiento del gas de combustion resultante, comprendiendo dicho metodo:
    la combustion de un combustible con aire u oxfgeno para producir una corriente de gas de combustion 5 caliente que contiene al menos dioxido de carbono (CO2) y dioxido de azufre (SO2),
    poner en contacto la corriente de gas de combustion con oxido de calcio (CaO) solido en un reactor de carbonatacion (120) que opera a una temperatura a la que el CO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar carbonato de calcio (CaCO3) solido,
    calentar el CaCO3 formado en el reactor de carbonatacion en un reactor de calcinacion (130) que opera a 10 una temperatura a la que el CaCO3 se convierte en CaO y CO2, por lo que dicho calentamiento se efectua, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con la corriente de gas de combustion caliente de la combustion, y hacer recircular el CaO formado en el reactor de calcinacion de nuevo al reactor de carbonatacion, caracterizado porque
    el gas de combustion utilizado para el intercambio de calor indirecto en el reactor de calcinacion se somete 15 a continuacion a desulfuracion en seco antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion, el polvo se separa del gas de combustion desulfurado antes de ponerlo en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la desulfuracion se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C.
    20 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la desulfuracion se lleva a cabo a una temperatura en el
    intervalo de 200 °C a 400 °C, preferiblemente en el intervalo de 250 °C a 350 °C.
  3. 4. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la desulfuracion se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 500 °C a 700 °C, preferiblemente en el intervalo de 550 °C a 650 °C.
  4. 5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la desulfuracion 25 comprende poner en contacto el gas de combustion con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura, con lo que
    el SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
  5. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 5, en el que el CaO utilizado para la desulfuracion del gas de combustion comprende, al menos parcialmente, CaO recuperado del gas de combustion rico en CO2 formado en el reactor de calcinacion, de la corriente de gas de combustion aguas abajo del reactor de carbonatacion y/o del CaO
    30 formado en el reactor de calcinacion.
  6. 7. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura en el reactor de carbonatacion esta en el intervalo de 550 a 750 °C, de preferencia, aproximadamente 650 °C.
  7. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura en el reactor de calcinacion esta en el intervalo de 800 a 1100 °C, de preferencia, aproximadamente 900 °C.
    35 9. Un sistema (100) para la combustion de un combustible y el tratamiento del gas de combustion resultante,
    comprendiendo dicho sistema:
    un horno (101)
    un reactor de carbonatacion (120) un reactor de calcinacion (130)
    40 un dispositivo desulfurante en seco (110)
    en donde el horno (101) es operativo para la combustion de un combustible con aire u oxfgeno para producir una corriente de gas de combustion caliente que contiene al menos dioxido de carbono (CO2) y dioxido de azufre (SO2),
    el reactor de carbonatacion (120) es operativo para poner la corriente de gas de combustion en contacto 45 con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura a la que el CO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar carbonato de calcio (CaCO3) solido,
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    el reactor de calcinacion (130) es operativo para calentar CaCO3 formado en el reactor de carbonatacion a una temperatura a la que CaCO3 se convierte en CaO y CO2,
    el reactor de calcinacion (130) comprende medios para el calentamiento indirecto (104), en donde dicho calentamiento de CaCO3 se efectua, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con la corriente de gas de combustion caliente de la combustion, y caracterizado por que
    el dispositivo desulfurante en seco (110) es operativo para someter la corriente de gas de combustion procedente del reactor de calcinacion (130) a desulfuracion en seco antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion (120), y
    esta prevista una unidad de separacion de polvo (115), siendo la unidad de separacion de polvo (115) operativa para la separacion de polvo a partir del gas de combustion desulfurado antes de que se ponga en contacto con CaO en el reactor de carbonatacion (120).
  8. 10. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 9, en donde el dispositivo desulfurante en seco esta configurado para funcionar a una temperatura en el intervalo de 200 °C a 700 °C.
  9. 11. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en el que el dispositivo desulfurante en seco es operativo para poner en contacto el gas de combustion con oxido de calcio (CaO) solido a una temperatura, con lo que el SO2 en el gas de combustion reacciona con CaO para formar sulfato de calcio (CaSO4) solido.
  10. 12. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en el que el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion de fluido con y esta configurado para recibir CaO recuperado de una unidad de separacion de polvo (132) operativa para separar CaO del gas de combustion rico en CO2 formado en el reactor de calcinacion.
  11. 13. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en el que el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion de fluido con y esta configurado para recibir CaO recuperado de una unidad de separacion de polvo (124) operativa para separar CaO de la corriente de gas de combustion aguas abajo del reactor de carbonatacion.
  12. 14. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en el que el dispositivo desulfurante en seco esta en conexion de fluido con y esta configurado para recibir CaO formado en el reactor de calcinacion.
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