ES2926719T3

ES2926719T3 - Proceso y dispositivo mejorados para carbonatar residuo de hormigón y/o secuestrar CO2

Info

Publication number: ES2926719T3
Application number: ES19177076T
Authority: ES
Inventors: Jan Skocek; Maciej Zajac; Haha Mohsen Ben; Stefan Federhen; Marek Majchrowicz
Original assignee: HeidelbergCement AG
Current assignee: Heidelberg Materials AG
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2039-05-28
Also published as: AU2020281669A1; CN113840813B; US11753340B2; US20220212992A1; CA3139016A1; PL3744700T3; WO2020239683A1; EP3744700A1; PT3744700T; EP3744700B1; DK3744700T3; CN113840813A; AU2020281669B2

Abstract

Método de fabricación de material cementante suplementario y secuestro de CO2 mediante la carbonatación de finos de hormigón que comprende las etapas de: trituración de los finos de hormigón obtenidos a partir de residuos de demolición de hormigón triturado en un molino a una temperatura de 1 a 10 °C por encima del punto de rocío del agua en una atmósfera de carbonatación proporcionada por un gas que contiene de 10 a 99 Vol.-% CO2, haciendo circular los finos de hormigón molido y parcialmente carbonatados en un reactor de lecho fluidizado en contacto con la atmósfera carbonatante, y extrayendo el gas descarbonatado y los finos de hormigón carbonatados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso y dispositivo mejorados para carbonatar residuo de hormigón y/o secuestrar CO2

La presente invención se refiere a un método y a un dispositivo para la fabricación de finos de hormigón carbonatados adecuados como materiales cementosos suplementarios y a un uso de finos de hormigón carbonatados que pueden obtenerse mediante el método como material cementoso suplementario.

En vista de las cantidades crecientes de edificios de hormigón que están demoliéndose y la necesidad de una construcción más sostenible, el reciclado de hormigón ha ganado cada vez más atención en el pasado reciente. Se encuentran propuestas, por ejemplo, en los documentos US 2015/0210594 A1 y US 2016/0046532 A1. Ambos documentos describen la molienda y la carbonatación concurrentes de residuo de demolición de hormigón machacado grueso para potenciar la separación de la pasta de cemento endurecida del árido. Ambos mencionan la posibilidad de usar gas de escape como fuente de CO². Sin embargo, la pasta de cemento endurecida carbonatada es de calidad muy variable y no es útil como material cementoso suplementario (SCM (supplementary cementitious material) en lo sucesivo) por regla general. La solicitud publicada no anterior EP 17207076.5 presentada el 13/12/2017 se centra en el material carbonatado y da a conocer un método para fabricar un material cementoso suplementario a partir de finos de hormigón reciclados que comprende proporcionar finos de hormigón reciclados como material de partida, carbonatar el material de partida para proporcionar material carbonatado y desaglomerar el material carbonatado para formar el material cementoso suplementario. Aunque el documento establece que el gas de escape sería adecuado como dióxido de carbono, necesita o bien una larga exposición para obtener SCM reactivo o bien dióxido de carbono concentrado. En la solicitud publicada no anterior PCT/EP 2018/084823 presentada el 13/12/2018 se describe la combinación de limpieza de gas de escape de CO²en un montón o silo de reserva que contiene material residual rico en Ca y/o Mg carbonatables como finos de hormigón reciclados con la fabricación de SCM a partir del material residual. Este proceso consigue un buen secuestro de CO², pero la fabricación concurrente de SCM tarda mucho tiempo y la reactividad de SCM óptima es difícil de conseguir sin comprometer el rendimiento de secuestro de CO². El documento JP H05238790 A describe una carbonatación de los finos del reciclado de hormigón en una atmósfera de 30 a 900°C y > 5% en volumen de concentración de CO². Los finos se separan de la fracción más gruesa antes de la carbonatación. El documento US 2.802.719 A se refiere a una preparación de carbonato de calcio completamente carbonatado en un molino de bolas con alimentación de dióxido de carbono y una alimentación para agua peletizada. Informa de carbonatación en el plazo de unos pocos minutos mediante molienda, fluidización, calentamiento y reacción simultáneos. De nuevo, no es sencillo obtener un producto de buena calidad, es decir útil como SCM, y un secuestro eficiente de CO²conjuntamente.

Por tanto, el objeto sigue siendo proporcionar materiales de construcción más sostenibles. Esto concierne principalmente al ahorro de recursos naturales como materias primas minerales y a la reducción del consumo de energía para disminuir las emisiones de dióxido de carbono. Además, el secuestro de dióxido de carbono es un problema que aún no se ha solucionado realmente.

Sorprendentemente, ahora se ha encontrado que inesperadamente se obtiene SCM reactivo de manera fiable y rápida cuando se muelen finos de hormigón reciclados en presencia de dióxido de carbono - preferiblemente concentrado - en un intervalo de temperatura de desde 1 hasta 10°C por encima del punto de rocío del agua en un molino conectado con una zona de recirculación de carbonatación que secuestra al menos algo del dióxido de carbono restante y carbonata los finos de hormigón en gran medida. Este proceso se denominará también molienda de carbonatación en el presente documento.

Por tanto, los objetos anteriores se alcanzan mediante un método de carbonatación de finos de hormigón según la reivindicación 1, que comprende moler los finos de hormigón obtenidos de residuo de demolición de hormigón machacado en un molino en presencia de un gas que contiene dióxido de carbono en una cantidad de desde el 10 hasta el 99% en volumen de CO²a una temperatura de desde 1 hasta 10°C por encima del punto de rocío del agua en el molino y hacer circular los finos de hormigón molidos y parcialmente carbonatados en un reactor de lecho fluidizado conectado al molino como zona de carbonatación. Los objetos se alcanzan adicionalmente mediante un dispositivo para el secuestro de CO²y la carbonatación de finos de hormigón concurrentes que comprende un molino con un separador adaptado para recibir finos de hormigón como alimentación y un gas que contiene dióxido de carbono para proporcionar una atmósfera de carbonatación, un reactor de lecho fluidizado conectado al molino con separador y adaptado para recibir finos de hormigón molidos y parcialmente carbonatados y un gas parcialmente descarbonatado del molino para su circulación, medios de control de temperatura para el ajuste de la temperatura del gas, y medios de salida adaptados para ventilar gas descarbonatado y retirar finos de hormigón carbonatados y recircular el gas hasta que esté decarbonatado y los finos de hormigón hasta que estén carbonatados cada uno hasta un grado deseado de al menos el 80% en peso. El objeto se alcanza adicionalmente usando finos de hormigón carbonatados que pueden obtenerse mediante el método como material cementoso suplementario.

El término material cementoso suplementario (abreviado SCM) se define en el presente documento como materiales que tienen reactividad puzolánica o reactividad hidráulica latente o ambas, denominada reactividad de SCM en lo sucesivo. Una de las posibilidades para demostrar la reactividad de SCM es reemplazar una parte del cemento por el SCM reactivo creando un aglutinante y comparar la resistencia de tal aglutinante con la del aglutinante que contiene la misma cantidad de material no reactivo. La resistencia del aglutinante que contiene SCM es apreciablemente mayor que la del aglutinante con material no reactivo. Por tanto, el SCM no incluye adiciones minerales sin reactividad de SCM (al menos no aquellas sin un grado apreciable de reactividad de SCM como la caliza).

Además, para simplificar la descripción se usa la anotación de los químicos de cemento usual para óxidos: H - H²O, C - CaO, A - Al²O³, F - Fe²O³, M - MgO, S - SiO²y $ - SO³. Además, los compuestos se nombran en su mayoría mediante la forma pura, sin mencionar explícitamente disoluciones sólidas, sustitución de iones extraños e impurezas, etc. como son usuales en materiales técnicos e industriales. Como conoce un experto habitual en la técnica, la composición exacta de fases puede variar debido a la sustitución con iones extraños. Tales compuestos están comprendidos cuando se mencione la forma pura en el presente documento, a menos que se establezca expresamente lo contrario.

Cemento designa un material que, tras el mezclado con un líquido acuoso para formar una pasta, es capaz de desarrollar resistencia mecánica mediante una reacción hidráulica. Por tanto, cemento designa en su mayoría un clínker molido con o sin componentes adicionales, pero también mezclas como cemento supersulfatado, aglutinante de geopolímero, y materiales hidráulicos no obtenidos mediante sinterización como el silicato de dicalcio obtenido mediante tratamiento hidrotérmico. Aglutinante compuesto o mezcla de aglutinante significa una mezcla que contiene cemento y un material cementoso suplementario. Un aglutinante comprende al menos cemento y se usa habitualmente añadiendo agua u otro líquido y en su mayoría también árido para formar una pasta. Normalmente, se añaden adicionantes y/o aditivos al aglutinante y/o a la pasta.

Según la invención, los finos que resultan de la demolición de hormigón se convierten en material cementoso suplementario. Finos de hormigón reciclados (abreviado RCF (recycled concrete fines)) designa el material obtenido tras machacar residuo de demolición de hormigón y separar las partículas reutilizables como árido y, si es aplicable, cualquier materia extraña contenida. La composición y la distribución de tamaño de partícula exactas de los finos de hormigón depende del aglutinante y de la composición originales usados en el hormigón y de los procedimientos de demolición y molienda aplicados. Habitualmente, el árido original se separa tanto como sea posible y los RCF contienen en su mayoría la pasta de aglutinante endurecida molida junto con arena fina/áridos, habitualmente en cantidades del 30 al 80% en peso del peso de material total.

El uso de tales RCF en la fabricación de cemento y hormigón es desafiante debido a propiedades inapropiadas tales como una alta demanda de agua y una baja (prácticamente ninguna) reactividad de SCM. Sin embargo, la carbonatación puede proporcionar la reactividad de SCM necesaria. El hormigón y otros materiales a base de cemento experimentan una carbonatación natural. Para las estructuras, el proceso es lento y solo se carbonata una capa superficial, véase, por ejemplo, Hills et al, “Statistical analysis of the carbonation rate of concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 72, junio de 2015, páginas 98-107, resumen encontrado en http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0008884615000496?via%3Dihub. La tasa de carbonatación promedio de 1999 casos era de 4,078 mm/año⁰⁵lo que implica que tras, por ejemplo, 50 años de vida útil, la profundidad de carbonatación promedio será menor de 29 mm. Por tanto, la mayoría del hormigón sigue sin estar carbonatado. Durante el reciclado, el hormigón se machaca para dar partículas más pequeñas que, tras la exposición a la atmósfera ambiental, se carbonatan fácilmente hasta un cierto grado, pero de lejos insuficiente para el uso como SCM según la invención. Esta carbonatación se denomina también carbonatación natural en el presente documento. Normalmente, la carbonatación durante el reciclado de hormigón puede simularse exponiendo hormigón recién endurecido a una atmósfera con un 0,04% en volumen de CO²a una humedad relativa (RH, relative humidity) del 65% durante una semana, siempre que el material esté finamente molido, es decir por debajo de 200 gm. En comparación con una carbonatación natural así definida, el RCF carbonatado usado como SCM según la invención contiene al menos 1,25 veces, preferiblemente 1,5 veces, lo más preferiblemente 1,75 veces más CO²que el que se une mediante carbonatación natural. Normalmente, el SCM contiene carbonato de calcio, siendo al menos el 30% en peso del carbonato de calcio polimorfos distintos a la calcita, a diferencia de la carbonatación natural, en la que la calcita es el polimorfo de carbonato de calcio dominante formado.

Se contempla que otros residuos de material de composición similar a la de los RCF, es decir ricos en fases de Ca y/o Mg carbonatables, por ejemplo, hidratos, cenizas volantes, escorias y mezclas de los mismos, puedan carbonatarse para proporcionar SCM altamente reactivo de la misma manera que finos de hormigón. Ricos en fases de Ca y/o Mg carbonatables significa que al menos el 12,5% en peso del material residual calculado como óxidos es CaO y/o MgO y al menos el 80% en peso del CaO y MgO está en fases carbonatables antes de la carbonatación. Preferiblemente, el CaO y/o el MgO constituyen al menos el 20% en peso, más preferiblemente al menos el 30% en peso y lo más preferiblemente al menos el 50% en peso del material residual. Preferiblemente, al menos el 85% en peso, más preferiblemente al menos el 90% en peso del CaO y del MgO está en fases carbonatables. Por tanto, aunque una parte del CaO y MgO carbonatables en el material residual pueda estar ya carbonatado antes de la carbonatación, al menos el 10% en peso del material calculado como óxidos es CaO y/o MgO carbonatable, pero aún no carbonatado.

El método para fabricar un material cementoso suplementario a partir de finos de hormigón reciclados requiere RCF en forma de hormigón demolido tratado de manera adecuada como alimentación. Por tanto, tras demoler estructuras de edificios de hormigón, el residuo de demolición grueso se machaca y se tritura de una manera en sí conocida para proporcionar finos de hormigón reciclados que consisten en su mayoría en la pasta de aglutinante molida. Habitualmente están presentes partes de las partes finas del árido original. Las partes de árido y no de hormigón originales del residuo de demolición se separan mediante machacado, etapas separación si se necesita (por ejemplo, cribado para separar partículas gruesas y extracción de metal con un imán) y molienda. Es posible, pero no se prefiere, basarse en molienda/machacado en presencia de una alta concentración de CO²tal como se sugiere en el documento US 2015/0210594 A1, dado que requeriría una etapa de secado. Sin embargo, el machacado (y posiblemente la molienda previa) en una atmósfera de gas que contiene dióxido de carbono, preferiblemente enriquecida en dióxido de carbono, es útil y una realización preferida del método según la presente invención.

La composición química y mineralógica en términos de óxidos y fases de cuatro RCF típicos (que contienen áridos finos que son en su mayoría cuarzo) es tal como sigue:

Tabla 1

La distribución de tamaño de partícula determinada mediante tamizado o granulometría láser de RCF (material residual rico en Ca/Mg) útil como material de partida para la conversión a SCM según la invención mediante molienda de carbonatación se ajusta habitualmente a una distribución de tamaño de partícula determinada mediante granulometría láser con un d» < 2 mm, preferiblemente con un dgü < 1,5 mm y lo más preferiblemente un dgü < 1 mm. Por tanto, normalmente se usa RCF bastante grueso del machacador, dado que la reducción de tamaño de partícula tiene lugar en el molino acoplado al separador mediante molienda de carbonatación. A este respecto, es beneficioso integrar el machacado en el proceso y el dispositivo según la invención, para proporcionar un tamaño de partícula óptimo del RCF. Si se desea, el RCF también puede ajustarse en su tamaño, por ejemplo, tamizarse antes de la molienda de carbonatación. La alimentación de RCF al molino puede mezclarse también a partir de diferentes RCF para garantizar una composición más homogénea o ajustar la composición de fases.

Los finos de hormigón se someten a molienda de carbonatación para convertirlos en SCM. En ello, los finos de hormigón se transfieren a un molino, por ejemplo, un molino de rodillos vertical, molino de bolas horizontal, prensa de rodillos o molino de impacto. Gas que contiene dióxido de carbono se introduce en el molino durante la molienda para proporcionar una atmósfera de carbonatación que contiene del 10 al 99% en volumen de CO², preferiblemente o bien del 10 al 30% en volumen de CO²o bien del 50 al 90% en volumen de CO². La temperatura se ajusta para encontrarse dentro de 1 a 10°C por encima del punto de rocío del agua, preferiblemente desde 2 hasta 7°C por encima del punto de rocío del agua y lo más preferiblemente desde 3 hasta 6°C por encima del punto de rocío del agua. Esta da normalmente como resultado una temperatura de desde 60 hasta 90°C dentro del molino y reactor de lecho fluidizado. Por ejemplo, una temperatura de gas de 90°C con un punto de rocío del agua 7°C menor corresponde a una concentración de vapor de agua del 55% en volumen; mientras que a una temperatura de funcionamiento de 60°C y un punto de rocío del agua de 57°C la proporción de agua en el gas es del 17% en volumen. Este es el intervalo de funcionamiento preferido de temperatura frente a punto de rocío. Generalmente, cuanto más cerca esté la temperatura de funcionamiento del punto de rocío del agua, más rápida será la absorción, ya que las moléculas de CO²se disuelven en los microporos del RCF; donde las fuerzas de van der Wals promueven una condensación de microporos. La línea inferior para la temperatura de funcionamiento es el punto de rocío del agua, donde se provoca lodo e incrustación. Por tanto, la temperatura tiene que mantenerse por encima del punto de rocío del agua mediante al menos un margen escaso. El margen escaso requerido es una función de las pérdidas de calor, no debería haber ninguna condensación de agua en puntos fríos tales como la carcasa. Esto es independiente del nivel al que esté funcionando el proceso. Pero por motivos prácticos, cuanto mayor sea la concentración de agua, mayor debe ser la diferencia entre la temperatura del gas y el punto de rocío del agua.

Fuentes adecuadas para el gas que contiene dióxido de carbono son gases de escape tal como se reciben directamente de una planta, por ejemplo, una central energética alimentada con carbón o una planta de cemento, en una primera realización. Normalmente, la planta estará próxima al molino, para permitir la transferencia del gas de escape con una tubería con bajo coste.

Un gas de escape típico de un horno rotativo para la fabricación de clínker comprende el 14 - 33% en volumen de CO²dependiendo de la tecnología de clinkerización, los combustibles y las materias primas usados, véase, por ejemplo, “Carbon dioxide Capture and Storage: Special Report of the intergovernmental panel on climate change”, P. Metz, Cambridge University Press, 2005, pág. 79. Estos gases de escape y similares de otras fuentes como las centrales energéticas alimentadas con carbón pueden usarse ventajosamente como gas que contiene dióxido de carbono, están fácilmente disponibles y no necesitan ningún equipo especial o consumen energía para el tratamiento.

En un enfoque preferido, el gas de escape de una planta de cemento que funciona en el denominado modo de oxicombustión se usa como gas que contiene dióxido de carbono. En este modo de fabricación, el horno y opcionalmente también el precalcinador/intercambiador de calor se alimentan con oxígeno en lugar de aire para evitar la formación de óxidos de nitrógeno. El gas de escape retirado de tales plantas es más rico en CO². Por tanto, el gas de escape de oxicombustión proporciona una atmósfera de carbonatación muy ventajosa, comparable a una obtenida enriqueciendo gas de escape “normal” con CO².

En otra realización, se usa un gas que está concentrado o se ha enriquecido en dióxido de carbono o dióxido de carbono licuado. El gas de fuente puede ser un gas de escape tal como se describió anteriormente que se ha concentrado en CO². Se conocen varios métodos para concentrar dióxido de carbono en gases, por ejemplo, recirculación de gas de escape (EGR), humidificación (EvGT), encendido suplementario (SFC) y encendido externo (EFC). Adicionalmente, una atmósfera de carbonatación puede obtenerse a partir de gases de escape con métodos de separación mediante disolventes, por ejemplo, tecnología de lavado de amina, sorbentes, por ejemplo, zeolitas y carbón activado, pueden usarse para separar CO²de mezclas de gas, y también membranas (membranas de separación de gas que permiten que un componente en una corriente de gas pase a través más rápido que los otros). O métodos criogénicos (el CO²puede separarse de otros gases mediante enfriamiento y condensación) o cualquier otro método adecuado. De ese modo, se obtiene un gas que comprende una mayor concentración de CO²con una concentración de CO²de hasta el 90% a escala industrial, véase, por ejemplo, C. E. Baukal, “Oxygenenhanced combustion”, CRC press, 2013. Tal gas tratado es más caro, pero permite una carbonatación más rápida y proporciona más flexibilidad en el diseño y el funcionamiento de la planta.

Las temperaturas de funcionamiento más bajas de 60 a 80°C son ventajosas para la carbonatación con, por ejemplo, gases de escape de horno como atmósfera de carbonatación, proporcionando normalmente del 10 al 30% de CO². Se espera que las temperaturas más altas de 75 a 90°C sean útiles para la carbonatación con CO²recogido fuera del sitio y concentrado que tiene una concentración del 50 al 90% en volumen. Las temperaturas en el molino y el reactor serán casi iguales. Se espera que un ligero aumento, por ejemplo, debido a calor de reacción o calor de molienda se compense mediante pérdidas debidas a convección y caídas de temperatura requeridas debido a los requisitos de calor para el secado del material de alimentación.

El tiempo de retención de gas usual en el sistema de molino-reactor-filtro es de desde 10 hasta 30 segundos (trayectoria del gas). El tiempo de retención de material en el gas de combustión depende de la tasa de recirculación que puede ser, por ejemplo, de desde 10 hasta 100 pasadas. Por tanto, una partícula de RCF podría estar en suma desde 100 hasta 3000 segundos en el gas y sobre la bolsa filtrante. El intervalo de densidad de partículas en el reactor es habitualmente de desde 10 hasta 100 kg/m3 y la pérdida de partículas hacia el filtro de desde 1 hasta 10 kg/m3. Así, si una partícula se recircula 10 veces en un sistema con una retención en la trayectoria del gas de 10 segundos, se somete a carbonatación durante 100 segundos. Si la densidad en el reactor es 10 veces la de la alimentación al reactor, resulta un tiempo de retención total de 1000 segundos. Sin embargo, habitualmente el 50% de las partículas se recogen sobre la bolsa y permanece sobre la misma durante otros de 1000 a 3000 segundos. En promedio un tiempo de residencia sobre la bolsa es entonces de 1000 segundos para todas las partículas adicionalmente. Conjuntamente, el tiempo de residencia promedio total es entonces de 2000 segundos para las partículas de RCF, lo que se prefiere actualmente. Sin embargo, el tiempo de retención de RCF promedio podría ser de tan solo 100 segundos cuando se usa una baja densidad de partículas en el reactor, una trayectoria del gas corta y una baja tasa de recirculación casi sin tiempo de retención sobre el filtro de bolsa. Habitualmente, las partículas de RCF se carbonatarán en promedio durante tiempos que oscilan entre 10 segundos y 3 horas, preferiblemente entre 30 segundos y 1 hora, lo más preferiblemente entre 100 segundos y 45 minutos, mediante circulación repetida a través del reactor y opcionalmente también del molino. Mediante esto, se consigue habitualmente una carbonatación de al menos el 80% en peso, preferiblemente al menos el 90% en peso y lo más preferiblemente al menos el 95% en peso, de las partículas de RCF.

En todas las realizaciones se prefiere ajustar la temperatura de la atmósfera de carbonatación dentro del molino mediante intercambio de calor con corrientes de gas y de material disponibles y/o calentar el gas con el calor residual de las diversas partes del dispositivo. Por tanto, el gas de escape usado como gas que contiene dióxido de carbono que proporciona la atmósfera de carbonatación puede calentarse mediante calor residual del molino. Si se necesita calor adicional, puede suministrarse mediante un quemador, por ejemplo, un quemador de gas o de aceite. Un modo preferido para disminuir la temperatura dentro del molino es introducir agua, por ejemplo, pulverizarla al interior de una de las tuberías que hacen circular la atmósfera de carbonatación. También es posible enfriar un gas de escape utilizado como gas que contiene dióxido de carbono precalentando los finos de hormigón con el mismo.

El dispositivo según la invención sirve para la molienda y la carbonatación concurrentes de finos de hormigón consiguiendo un secuestro de dióxido de carbono al mismo tiempo. Comprende un molino adaptado para recibir finos de hormigón como alimentación y un gas que contiene desde el 10 hasta el 99% en volumen dióxido de carbono para proporcionar una atmósfera de carbonatación, un reactor de lecho fluidizado conectado al molino y adaptado para recibir finos de hormigón molidos y parcialmente carbonatados y el gas parcialmente descarbonatado del molino para su circulación, un separador para devolver partículas demasiado gruesas en el molino y pasar las suficientemente finas al reactor, medios de control de temperatura para el ajuste de la temperatura del gas, y medios de salida adaptados para ventilar gas descarbonatado y retirar finos de hormigón carbonatados y para recircular el gas hasta que esté descarbonatado y los finos de hormigón hasta que estén carbonatados cada uno hasta un grado deseado.

El molino puede ser, por ejemplo, un molino de rodillos vertical, un molino de bolas horizontal o una prensa de rodillos. Preferiblemente, se usa un molino de rodillos vertical. El molino está adaptado para recibir finos de hormigón u otro material residual rico en fases de Ca y/o Mg carbonatables como alimentación. El molino está adaptado adicionalmente para recibir un gas que contiene dióxido de carbono como atmósfera de carbonatación. Podría usarse un molino de dos etapas, pero no se espera que proporcione un beneficio adicional.

Preferiblemente, el gas es o bien un escape directamente de una planta próxima o bien dióxido de carbono licuado o comprimido. Cuando se use gas de escape directamente, puede alcanzar el molino a través de uno o más intercambiadores de calor para ajustar la temperatura. En el caso de que se use dióxido de carbono licuado, se prevén medios para evaporar/descomprimir y precalentar el dióxido de carbono. Alternativamente, el gas puede ser una mezcla de gas de escape y dióxido de carbono licuado o comprimido o un gas de escape enriquecido en dióxido de carbono.

El molino está conectado a un separador que permite recircular partículas de la alimentación de finos de hormigón no molidas de manera suficientemente fina y que solo pasen las partículas suficientemente finas al interior del reactor de lecho fluidizado. Puede usarse cualquier separador estático o dinámico conocido, el tipo no es importante, también es posible un separador interno. La distribución de tamaño de partícula determinada mediante granulometría láser de los RCF que entran en el reactor debe tener un dgü < 500 pm, preferiblemente un dgü < 200 pm y lo más preferiblemente un d90 < 100 pm. Las partículas con un tamaño por debajo de 25 pm se eliminan normalmente mediante filtración en la primera pasada a través del filtro de bolsa. Preferiblemente, la distribución de tamaño de partícula tiene una pendiente de Rosin-Rammler n de desde 0,6 hasta 1,4, más preferiblemente desde 0,7 hasta 1,2.

Los medios de control de temperatura para el ajuste de la temperatura del gas comprenden normalmente un medio de calentamiento y un medio de enfriamiento así como medios de medición de la temperatura. Son adecuados, por ejemplo, inyección de agua para el enfriamiento o calentamiento directo mediante un quemador. El agua inyectada estrechará el espacio entre la temperatura de funcionamiento y el punto de rocío del agua hasta normalmente de 1 a 10°C. Por ejemplo, un gas de escape de horno puede someter a intercambio de calor el gas recirculado para compensar las pérdidas de calor. O el sistema repone las pérdidas de calor mediante el calor de molienda y si es necesario medio quemado de gas natural. Sin embargo, si el RCF contiene material difícil de moler el calor de molienda - por energía eléctrica - puede ser en exceso, y el gas que abandona la unidad de molienda tiene que enfriarse. Por ejemplo, el agua de enfriamiento reduce la temperatura del gas. El gas también puede reponerse constantemente mediante gas que ha evitado el sistema. Este presentaría entonces una temperatura reducida por el agua, aumentando al mismo tiempo el punto de rocío del agua.

En una realización se proporciona un suministro de agua como medio de enfriamiento. El agua puede introducirse, por ejemplo, pulverizarse o hacerse gotear al interior de una tubería para hacer circular o transferir gas, para ajustar el contenido de agua y/o la temperatura dentro del molino dosificando cantidades adecuadas de agua a la atmósfera de carbonatación. Es ventajoso medir el contenido de agua en la atmósfera de carbonatación o un gas que pase a formarla, por ejemplo, mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier. El punto de rocío del agua puede entonces calcularse fácilmente y ajustarse la temperatura del gas de manera acorde.

El dispositivo puede comprender un intercambiador de calor de gas a gas para calentar la atmósfera de carbonatación, especialmente recalentar el gas recirculado. Normalmente, el intercambiador de calor recibe gas caliente de otras etapas, por ejemplo, de un machacador usado para proporcionar los finos de hormigón o una parte del gas de escape.

Especialmente para el arranque del proceso es útil proporcionar un quemador para (re)calentar la atmósfera de carbonatación recirculada. El combustible puede ser, por ejemplo, aceite o gas, preferiblemente se usa gas, por ejemplo, gas natural. El gas de escape del quemador habitualmente se ventila. También puede alimentarse al molino, en particular cuando la temperatura es demasiado baja.

El reactor de lecho fluidizado sirve para completar la carbonatación de los finos de hormigón y la descarbonatación del gas, es decir el secuestro del dióxido de carbono, hasta el grado deseado. La temperatura, la presión (habitualmente presión ambiental) y el flujo de gas son iguales o similares a las condiciones en el molino. La carga de partículas y el tiempo de residencia se ajustan independientemente del molino, pero también pueden ser similares. La carga de partículas preferida es de al menos 10 kg/m3, preferiblemente al menos 100 kg/m3. En el filtro es ventajosa una carga de hasta 10 kg/m3, preferiblemente hasta 1 kg/m3.

Además, se proporcionan medios que permiten la retirada de finos de hormigón carbonatados y gas descarbonatado. Algunos finos de hormigón y gas se recirculan al interior del reactor de lecho fluidizado y/o molino. Con este fin, las partículas preferiblemente se recirculan al interior del reactor de lecho fluidizado y el gas al interior del molino. Dependiendo de la tasa de recirculación, la finura de las partículas, la temperatura y la concentración de dióxido de carbono influyen en la tasa de carbonatación y se adaptarán entre sí para conseguir el grado de carbonatación y el secuestro deseados. Por ejemplo, aproximadamente el 95% de carbonatación de los RCF y una disminución de CO²en el gas de aproximadamente el 20% desde, por ejemplo, el 20% en volumen hasta el 16% en volumen o desde el 30% en volumen hasta el 25% en volumen es ventajoso para fabricar SCM. Para secuestrar CO²es deseable una disminución hasta un contenido de menos del 5% en volumen, preferiblemente menos del 1% en volumen.

Los medios para la retirada y la recirculación son preferiblemente una combinación de un filtro de tela y una válvula rotatoria o compuerta giratoria con ranura en V.

El dispositivo puede o bien recibir residuo de demolición de hormigón machacado como alimentación de finos de hormigón o bien comprender un machacador y separador para proporcionarlos. El machacador sirve para machacar residuo de demolición de hormigón grueso. El separador es necesario para retirar la fracción gruesa que contiene principalmente árido y cualquier material extraño como metales de los finos de hormigón. Normalmente, la fracción gruesa se separa mediante cribado. Los materiales extraños se separan mediante medios conocidos como tal, por ejemplo, un imán para acero. Si el machacador forma parte del dispositivo, su generación de calor puede utilizarse para el ajuste de temperatura del gas que contiene dióxido de carbono y/o el machacador puede servir para secuestrar algo del dióxido de carbono durante el machacado.

Medios usuales y ampliamente conocidos para medir la temperatura y la presión, para hacer circular gas (normalmente ventiladores), para dividir corrientes de gas, para dividir corrientes de partículas, y conductos para transferir gases y partículas completan el dispositivo.

Es posible añadir adyuvantes de molienda, preferiblemente en una cantidad de desde el 0,001 hasta el 1% en peso con respecto a la alimentación de finos de hormigón total, a los RCF. Los materiales adecuados incluyen alcanolaminas, por ejemplo, aminas primarias como monoetanolamina (MEA) y diglicolamina (DGA), aminas secundarias como dietanolamina (DEA) y diisopropanolamina (DIPA), y aminas terciarias como metildietanolamina (MDEA) y trietanolamina (TEA), o mezclas de las mismas.

Además, es posible añadir adicionantes que modifican propiedades del aglutinante final y del material de construcción elaborado a partir del mismo ya a la alimentación de finos de hormigón (habitualmente estos se añadirán al aglutinante). Adicionantes usados a menudo son agentes reductores de agua y plastificantes como, por ejemplo, pero no exclusivamente, compuestos orgánicos con uno o más de grupos funcionales carboxilato, sulfonato, fosfonato, fosfato o alcohol. Estos sirven para conseguir una buena consistencia, es decir fluidez, de la pasta con una menor cantidad de agua. Dado que una disminución de w/b proporciona normalmente un aumento de resistencia, tales adicionantes se usan comúnmente. Los agentes de arrastre de aire también son capaces de mejorar la fluidez y pueden usarse para este propósito o son necesarios por otros motivos tales como, pero sin limitarse a, modificaciones de densidad, mejoras de la compactabilidad, etc.

Otros adicionantes que influyen en la trabajabilidad son los retardadores. Tienen principalmente como objetivo prolongar el tiempo que se mantiene una consistencia especificada. Los retardadores ralentizan el fraguado y/o el endurecimiento de la pasta de aglutinante. Sustancias adecuadas son, por ejemplo, pero no exclusivamente, fosfatos, boratos, sales de Pb, Zn, Cu, As, Sb, lignosulfonatos, ácidos hidroxicarboxílicos y sus sales, fosfonatos, azúcares (sacáridos). También es posible añadir adicionantes que estén diseñados para modificar las propiedades de reología para controlar el tiempo de fraguado, es decir plastificantes y superplastificantes. Estos pueden tener también un impacto de retardo, por ejemplo, lignosulfonatos, ácidos policarboxílicos, etc.

Todos los adicionantes se usan en las cantidades conocidas como tal, estando adaptada la cantidad a un aglutinante específico y necesidades especiales de la manera conocida.

Los aditivos pueden añadirse a la alimentación de finos de hormigón o habitualmente también al aglutinante tal como, por ejemplo, cargas, pigmentos, elementos de refuerzo, agentes de autocuración, etc. Todos estos pueden añadirse en las cantidades en sí conocidas.

Por regla general, el SCM obtenido mediante molienda de carbonatación tiene una finura adecuada para su uso en un aglutinante compuesto o como cemento supersulfatado o aglutinante de geopolímero. Si la finura del SCM no es suficiente, o si se desea una finura especialmente alta, el SCM puede molerse adicionalmente en dispositivos conocidos y de una manera conocida, o bien junto con o bien sin otros componentes de aglutinante, por ejemplo, cemento. Adyuvantes de molienda pueden añadirse o pueden estar presentes de la molienda del hormigón demolido.

El índice de reactividad del RCF carbonatado, es decir el SCM según la invención, es al menos 1,1 veces, preferiblemente 1,2 veces, lo más preferiblemente 1,3 veces, el de la caliza (LL según la norma EN 197-1) al mismo nivel de reemplazo del 30% de CEM I 32.5 R según la norma EN 197-1, a los 28 días, en mortero. El índice de reactividad se define como la relación de la resistencia de mortero según la norma EN 196-1 del aglutinante compuesto que contiene SCM con respecto a la resistencia de un aglutinante compuesto que contiene caliza.

Por tanto, el SCM según la invención es adecuado para hacer aglutinantes compuestos, cementos supersulfatados, aglutinantes de geopolímero, etc. de manera análoga a SCM conocidos tales como escoria de alto horno granulada molida, ceniza volante y esquisto bituminoso. Si la finura tras la carbonatación no es tal como se desea, es decir comparable a la del cemento, se consigue una finura apropiada moliendo el SCM según la invención y/o moliéndolo conjuntamente con el cemento.

La reactividad del material cementoso suplementario obtenido permite su uso según la invención en aglutinantes compuestos en una cantidad de desde el 1 hasta el 80% en peso, preferiblemente desde el 5 hasta el 50% en peso. Cementos adecuados son cemento Portland (OPC), cemento de sulfoaluminato de calcio (CSA), cemento de aluminato de calcio (CAC) y otros cementos hidráulicos incluyendo cal. El cemento está presente habitualmente en una cantidad de desde el 5 hasta el 95% en peso, preferiblemente del 30 al 80% en peso en el aglutinante. Además, pueden usarse aditivos y/o adicionantes usuales tal como se describió anteriormente para su adición a los RCF. Naturalmente, las cantidades de todos los componentes en un aglutinante específico suman el 100%, así que si el SCM y el cemento son los únicos componentes sus cantidades suman el 100%, cuando hay otros componentes, la cantidad de SCM y cemento es menos del 100%.

Además, pueden estar contenidos SCM adicionales como escoria, ceniza volante y otros constituyentes de cemento principales según la norma EN 197-1. Preferiblemente, solo está contenido el SCM según la invención, dado que es técnicamente más fácil. A menudo se añade ceniza volante al hormigón, esto también es posible para hormigón a partir del aglutinante compuesto según la invención.

La finura del cemento y del SCM se ajustan al uso previsto tal como se conoce en sí. Normalmente, es adecuada una distribución de tamaño de partícula determinada mediante granulometría láser con un dgü á 1000 gm, preferiblemente un dg⁰á 500 gm, más preferiblemente un dg⁰á 200 gm y lo más preferiblemente un dg⁰á 100 gm y se prefiere una pendiente de Rosin-Rammler n de desde 0,6 hasta 1,4, más preferiblemente desde 0,7 hasta 1,2. Habitualmente, el cemento tiene un 090 á 90 gm, preferiblemente á 60 gm y una pendiente n de desde 0,6 hasta 1,4, preferiblemente desde 0,7 hasta 1,2, determinada mediante granulometría láser y calculada mediante el modelo de Rosin-Rammler.

Igualmente, el cemento supersulfatado o aglutinante de geopolímero elaborado con el SCM según la invención se elabora de otro modo tal como se conoce.

El aglutinante compuesto, cemento supersulfatado, aglutinante de geopolímero, etc. según la invención es útil para aplicaciones en sí conocidas para cementos según la norma EN 197-1 y otros aglutinantes hidráulicos comunes. La ventaja principal del método y del dispositivo según la invención es la posibilidad de carbonatar los RCF rápidamente y ajustar las condiciones de modo que se obtenga SCM muy reactivo. La recirculación del gas permite un secuestro más o menos completo de dióxido de carbono y eventualmente otros contaminantes ácidos en gases de escape al mismo tiempo. La posibilidad de usar calor generado inherentemente mediante el proceso, por ejemplo, mediante molienda y transporte de gas, para calentar la atmósfera de carbonatación mejora significativamente el balance energético global.

El uso directo de gas de escape ahorra energía y esfuerzo para concentrar dióxido de carbono y el transporte. Completa o reemplaza dispositivos de tratamiento de gas de escape en plantas para cumplir más fácilmente los propósitos de limpieza deseados. Por tanto, los costes de inversión adicionales son comparablemente bajos. La combinación con una planta de cemento es especialmente ventajosa, dado que tanto el SCM como el árido del machacador pueden usarse directamente para hormigón nuevo.

La carbonatación indirecta usando gas concentrado en CO², enriquecido en el mimo o incluso CO²licuado permite una carbonatación y por tanto una fabricación de SCM incluso más rápidas. Aunque la concentración y el licuado de dióxido de carbono consumen energía y necesitan equipo adicional, esta realización permite más flexibilidad en el diseño de la planta. Solo es necesario instalar la captura de dióxido de carbono en el punto de generación de gas de escape, el dispositivo según la invención puede instalarse de manera central y tener una escala mayor. Su funcionamiento es independiente del de la planta de generación de gas de escape.

La invención se ilustrará adicionalmente con referencia a las figuras adjuntas, sin restringir el alcance a las realizaciones específicas descritas. La invención incluye todas las combinaciones de características descritas y especialmente de características preferidas que no se excluyan entre sí.

Si no se especifica lo contrario, cualquier cantidad en % o partes es en peso y en caso de duda hace referencia al peso total de la composición/mezcla en cuestión. Una caracterización como “aproximadamente”, “alrededor de” y expresión similar en relación con un valor numérico significa que valores hasta el 10% mayores y menores están incluidos, preferiblemente valores hasta el 5% mayores y menores, y en cualquier caso al menos valores hasta el 1% mayores y menores, siendo el valor exacto el valor o límite más preferido. El término “sustancialmente libre” significa que un material particular no se añade intencionadamente a una composición, y está solo presente en cantidades traza o como impureza. Tal como se usa en el presente documento, a menos que se indique lo contrario, el término “libre de” significa que una composición no comprende un material particular, es decir la composición comprende el 0 por ciento en peso de tal material.

En las figuras

la Fig. 1 ilustra un primer proceso de molienda de carbonatación, y

la Fig. 2 ilustra un segundo proceso de molienda de carbonatación.

La figura 1 ilustra un primer método y dispositivo de molienda de carbonatación que usan directamente gas de escape como gas que contiene dióxido de carbono. Las tuberías que transfieren gas y/o partículas se muestran como líneas, indicándose el sentido de flujo de gas y partículas, respectivamente, con una flecha.

En la figura 1, el gas de escape de horno de una planta de cemento se transporta en una denominada configuración de extremo de cola al dispositivo según la invención. A elección, todo el gas de escape de horno o solo una porción 1 se utiliza para la carbonatación y forma el gas que contiene dióxido de carbono. Durante la carbonatación, el SO², el HCI y el HF presentes en el gas de escape se absorberán también por los finos de hormigón junto con el CO². Si una porción de gas de horno 2 evita la molienda de carbonatación, se usa preferiblemente para el intercambio de calor que eleva el punto de rocío del agua en el molino 8/reactor 18 y se ventila a través del mismo montón 14 que la porción de gas 1 que está descarbonatándose en el molino 8. El molino 8 puede ser un molino de rodillos vertical, un molino de bolas horizontal, un molino de impacto o una prensa de rodillos.

Para el arranque y en el caso de una deficiencia de calor debido a una humedad en exceso de la alimentación de finos de hormigón 9, el calor deficiente puede proporcionarse mediante un quemador 23 a través de intercambiadores de calor 20 y 21 o mediante el calor contenido en la porción 2 del gas de escape de horno que está evitando la molienda de carbonatación. Para esto puede utilizarse ventajosamente un intercambiador de calor de gas a gas 4.

Para controlar la temperatura y el punto de rocío del agua en el molino 8 y el reactor de lecho fluidizado 18, una porción del gas de horno tratado se lleva a un enfriador y condensador de gas de combustión 3. El condensador se enfría con aire y la temperatura de acondicionamiento se controla mediante un ventilador que enfría la alimentación de aire. El gas que debe recircularse también puede mezclarse con algo del gas de la derivación para ajustar la temperatura por encima del punto de rocío del agua de nuevo. El calor para esto se proporciona mediante el calor inherente del gas de la derivación. Tiene que entenderse que una causa de coste principal para el funcionamiento es si tiene que proporcionarse calor adicional. Por tanto, puede ser más económico derivar una gran porción del gas y extraer el CO²en vez de intentar absorber todo el CO².

El agua que se condensa durante el enfriamiento del gas de combustión se elimina a través de un sifón 5 y se saca como condensado 24 a través de una bomba. El agua condensada puede utilizarse para otras aplicaciones, por ejemplo, para la fabricación de hormigón o cualquier otro proceso industrial que tolere o necesite agua que contenga dióxido de carbono.

La alimentación de finos de hormigón 9 se prepara por medio de un machacador 10, que incluye un separador 27 para la extracción de objetos extraños 11 tal como piezas de metal y de plástico y la retirada de la porción gruesa pero con baja concentración de Ca 12 para su uso como árido de hormigón, por ejemplo, mediante cribado. El molino 8 y el machacador 10 así como el gas (agua y eventual gas de escape del quemador) y el aire arrastrado o desarrollado dentro del dispositivo se ventilan al filtro de tela del sistema 17 para el desempolvado y la recogida de los finos de hormigón (parcialmente) carbonatados 13.

El molino 8 se alimenta con finos de hormigón 9 del machacador 10, que tienen un diámetro de partícula máximo de desde 100 gm hasta 4 mm, preferiblemente hasta 2 mm. Los finos 9 se muelen de manera fina en el molino 8 hasta un diámetro de partícula promedio en el intervalo de desde 10 hasta 50 gm. El molino 8 tiene un separador estático o dinámico 35 para controlar la finura de los finos de hormigón. El separador 35 pasa las partículas demasiado gruesas de vuelta al molino 8 a través del separador 27 del machacador. Naturalmente, también es posible transportar las partículas demasiado gruesas directamente al interior del molino o de la alimentación de finos de hormigón.

El filtro de tela del sistema 17 recoge los finos de hormigón molidos y (parcialmente) carbonatados 13 que abandonan el reactor de lecho fluidizado 18. A demanda y en el caso de que los finos de hormigón no estén totalmente carbonatados, los finos de hormigón parcialmente carbonatados 15 se alimentan de vuelta al reactor de lecho fluidizado en circulación 18. Cuando estos tienen que molerse adicionalmente para activar el material, se alimentan de vuelta como partículas 16 al molino 8.

Una porción significativa del CO²se absorbe ya en el molino 8 y en menor medida en el machacador 10. La porción restante se absorbe en el reactor de lecho fluidizado en circulación 18. Como los finos de hormigón tienen que ponerse en contacto con el gas que contiene CO²múltiples veces, se dispone una devolución continua de los finos al molino 8 mediante el almacenamiento de los finos de hormigón en la tolva del filtro 17. También es posible recircular los finos de hormigón parcialmente carbonatados al interior del reactor de lecho fluidizado 18 o al interior del molino 8 y del reactor 18.

La dosificación de vuelta de los finos almacenados al molino 8 (o al orificio del reactor 18 - no mostrado) y la retirada como finos de hormigón carbonatados 19 se posibilita mediante, por ejemplo, una disposición de válvula rotatoria o compuerta giratoria con ranura en V 30 o cualquier otro medio adecuado. La tasa de recirculación al molino 8 o reactor 18 es en promedio de 10 a 100 dependiendo de la intensidad de molienda y la actividad superficial conseguida. La carga de material sólido usual en el reactor 18 es de 10 a 100 kg/m3 (S,T,P). Para facilitar la correcta retención en el reactor 18, el tamaño de grano de la alimentación se ajusta de modo que el 80% en peso de la alimentación tenga un tamaño de partícula en el intervalo de desde 25 hasta 100 gm, lo que es también en función de la velocidad vertical elegida, que es normalmente de 5 a 9 m/s.

La temperatura de la atmósfera de carbonatación en el molino 8 y reactor 18 se mantiene dentro de un intervalo de 2 a 7°C por encima del punto de rocío del agua. Este oscila habitualmente entre 58 y 83°C. Por tanto, el gas en circulación, que comprende principalmente H²O, CO², N²y O²debe tener una temperatura de desde 60 hasta 90°C y un contenido de agua de desde el 17 hasta el 55% en volumen.

En el caso de calor en exceso en el molino 8, por ejemplo, provocado por material duro, el enfriamiento requerido se dispone mediante la inyección de agua en el molino 8 a través de una válvula de control de agua 31. El agua añadida también eleva el punto de rocío del agua y facilita la disolución de CO²en los microporos ricos en agua de los RCF.

El propósito principal de los ventiladores de tiro inducido 6 y 26 es proporcionar el flujo de gas necesario en el dispositivo y superar una caída de presión desarrollada. En particular, el intercambiador de calor 4, el enfriador y condensador de gas de combustión 3, el molino 8, el reactor 18 y el filtro 17 desarrollan normalmente una caída de presión combinada global de 8 a 16 kPa. La carga de partículas específica del sistema es de 1 a 5 kg/m3 en la ruta desde el molino 8 hasta el filtro 17. Tras el filtro 17, la carga de partículas hasta el intercambiador de calor 4 y el enfriador y condensador 3 debe ser de manera ideal < 5 mg/Nm3 para prevenir la incrustación en el intercambiador de calor 4 y las superficies de intercambio de calor del enfriador y condensador 3.

La distribución de gas de circulación dividido al molino 8 y al machacador 10 se controla mediante un divisor de gas 32 y compensando los ventiladores 6 y 26, lo que da como resultado la velocidad de elevación requerida en el molino 8 así como en el machacador 10.

También está previsto un ventilador de tiro inducido 33 en la línea de la porción de gas derivada 2 de escape para compensar la caída de presión del intercambiador de calor 4. Alternativa o adicionalmente, la presión de gas en el punto de división 34 es positiva para superar el tiro desarrollado por el intercambiador de calor 4 en esta línea. Habitualmente una presión en exceso de 5 a 20 mbar es suficiente para hacer un ventilador de tiro inducido adicional 33 superfluo. Este es también el requisito de aumento de presión usual del ventilador de tiro inducido 33.

Para el arranque del sistema se instala un intercambiador de calor secundario 21 para precalentar las partes del dispositivo. El calor necesario se proporciona mediante el quemado de aceite o combustibles gaseosos en el quemador 23. De manera ideal, se usa gas natural o cualquier otro gas compuesto de hidrocarburos como combustible. El gas emitido del quemador generado durante el calentamiento se ventila como gas residual 28. La figura 2 ilustra un método y un dispositivo que usan dióxido de carbono licuado para proporcionar el gas que contiene dióxido de carbono. Muchas partes del dispositivo son idénticas a la realización mostrada en la figura 1 y por tanto tienen los mismos números de referencia.

En la figura 2, el CO²producido de manera externa y licuado concentrado se entrega mediante una tubería, camión o carril a un compartimento de CO²100 que forma parte del dispositivo. El CO²de alimentación tiene que evaporarse y precalentarse antes de introducirlo en el molino 8 con fines de carbonatación. Se requiere calor para prevenir la congelación de los elementos de maquinaria durante la descompresión y evaporación del CO²licuado. Este calor se proporciona principalmente mediante un intercambiador de calor 103, en una porción menor mediante calentamiento externo a través del quemador 23 y de intercambiadores de calor 20 y 21, pero ante todo mediante la demanda de energía y el posterior desarrollo de calor durante el machacado en el machacador 10 y la molienda en el molino 8 así como de la demanda de energía para la circulación de gas de ventiladores de tiro inducido 6 y 26. Para esto, el CO²licuado se dosifica a través de una válvula 102 a un tipo de precalentador y evaporador de flujo cruzado/contracorriente combinado que forma el intercambiador de calor 103. Dentro del intercambiador de calor 103, el CO²también se descomprime hasta presión ambiental. Mediante el intercambio de calor, el CO²se precalienta, se evapora y se calienta en una etapa combinada hasta una temperatura de funcionamiento cercana a la real. Después, el CO²calentado 101 se mezcla en la corriente de gas 25 en el punto de mezclado 7 antes de unirse con el gas de derivación guiado alrededor del intercambiador de calor 103 en un punto de mezclado 22. Mediante la recuperación de calor y la introducción del CO²calentado 101 en el punto 22 descritas anteriormente, el vapor de agua purgado a través del montón 14 está más frío que el gas en circulación y mediante esto, la pérdida de calor es mínima. Generalmente, el control de balance térmico en el intercambiador de calor 103 se facilita mediante la derivación de gas de circulación 25, que tiene también su propio ventilador de tiro inducido 26. Habitualmente, se desencadena una reducción de temperatura mediante la descompresión del gas en el molino 8, el reactor 18 y el filtro 17. Además, son posibles pérdidas de temperatura del gas de 3°C por convección. Pero la compresión en los ventiladores del sistema 6 y 26 reestablece el nivel de temperatura. Por tanto, a una caída de presión total de 70 mbar, la depresión de temperatura puede ser de 7°C, pero la pérdida de temperatura real que tiene que compensarse es menor.

Durante la etapa de proceso de calentamiento y evaporación del CO², una parte del vapor de agua contenido en el gas parcialmente descarbonatado que procede del molino 8 y del machacador 10 se condensa sobre las superficies de intercambio de calor del intercambiador de calor 103. Adicionalmente, un separador de gotas de tipo Chevron 104 ubicado en la salida de intercambiador de calor 103 recoge gotas, que de otro modo se escaparían junto con el gas descarbonatado ventilado. Además, este condensado 24 se elimina a través de un sifón 5 y se drena.

No obstante, algunas gotas permanecen dispersadas en el gas parcialmente descarbonatado o se desarrollan debido a compresión. Estas se separan del gas parcialmente descarbonatado mediante las fuerzas centrífugas en el ventilador centrífugo de tiro inducido 6. La velocidad de punta alta del propulsor propulsa las gotas hasta la pared del ventilador, donde se acumulan sobre la superficie y se mueven por gravitación hasta el drenaje ubicado en el punto más bajo de la carcasa del ventilador.

El agua condensada puede utilizarse para otros medios, por ejemplo, para la fabricación de hormigón o cualquier otro proceso industrial que tolere o necesite agua que contenga dióxido de carbono. El CO²gaseoso y precalentado 101 se mezcla en el gas en circulación 25 y después se lleva hasta el molino 8. El molino 8 puede ser un molino de rodillos vertical, un molino de bolas horizontal, un molino de impacto o una prensa de rodillos.

La alimentación de finos de hormigón 9 se prepara por medio de un machacador 10, que incluye un separador 27 para la extracción de objetos extraños 11 tal como piezas de metal y la retirada de la porción gruesa pero con baja concentración de Ca 12 para su uso como árido de hormigón, por ejemplo, mediante cribado. El molino 8 y el machacador 10 así como el gas y el aire arrastrado o desarrollado dentro del molino y del reactor mediante carbonatación se ventilan al filtro de tela del sistema 17 para el desempolvado y la recogida de los finos de hormigón (parcialmente) carbonatados 13.

El molino 8 se alimenta con finos de hormigón 9 del machacador 10, que se muelen de manera fina en el molino 8 hasta un diámetro de partícula promedio en el intervalo de desde 10 hasta 50 gm. El molino 8 tiene un separador estático o dinámico 35 para controlar la finura de los finos de hormigón. El separador 35 pasa las partículas demasiado gruesas de vuelta al molino 8 a través del separador 27 del machacador. Alternativamente, estas partículas pueden recircularse directamente al interior del molino 8.

El filtro de tela del sistema 17 recoge los finos de hormigón molidos y (parcialmente) carbonatados 13 que abandonan el reactor de lecho fluidizado 18. A demanda y en el caso de que los finos de hormigón no estén carbonatados hasta el grado deseado, los finos de hormigón parcialmente carbonatados 15 se alimentan de vuelta al reactor de lecho fluidizado en circulación 18. Cuando estos tienen que molerse adicionalmente para activar el material, pueden alimentarse de vuelta como partículas 16 al molino 8.

Una porción significativa del CO²ya se absorbe en el molino 8 y en menor medida en el machacador 10. La porción restante se absorbe en un reactor de lecho fluidizado 18. Como los finos de hormigón tienen que ponerse en contacto con la alimentación CO²múltiples veces, se dispone una devolución continua de los finos al reactor de lecho fluidizado 18 y/o al molino 8 mediante el almacenamiento de los finos de hormigón en la tolva del filtro 17. La dosificación de vuelta del material almacenado al molino 8 o al orificio del reactor 18 y la retirada como finos de hormigón carbonatados 19 se posibilita mediante, por ejemplo, una disposición de válvula rotatoria o compuerta giratoria con ranura en V 30. El número promedio de recirculación al molino 8 o reactor 18 es de desde 10 hasta 100 dependiendo de la intensidad de molienda y la actividad superficial conseguida. La carga de material sólido usual en el reactor 18 es de 10 a 100 kg/m3 (S,T,P). Para facilitar la correcta retención en el reactor 18, el tamaño de grano de la alimentación tiene que estar en un cierto intervalo, lo que es también en función de la velocidad vertical elegida, que es normalmente de 5 a 9 m/s.

La temperatura de la atmósfera de carbonatación en el molino 8 y reactor 18 se mantiene dentro de un intervalo de 2 a 7°C por encima del punto de rocío del agua. Este oscila habitualmente entre 58 y 83°C. Por tanto, el gas en circulación, que comprende principalmente H²O, CO², N²y O²debe tener una temperatura de desde 60 hasta 90°C. En el caso de calor en exceso, el enfriamiento requerido se dispone mediante la inyección de agua en el molino 8 a través de una válvula de control de agua 31. Alternativamente, el punto de rocío del agua puede ajustarse a través de la válvula (31).

El propósito principal de los ventiladores de tiro inducido 6 y 26 es proporcionar el flujo de gas necesario en el dispositivo y superar una caída de presión desarrollada. En particular, el intercambiador de calor 103, el molino 8, el reactor 18 y el filtro 17 desarrollan normalmente una caída de presión combinada global de 8 a 16 kPa. La carga de partículas específica del sistema es de 1 a 5 kg/m3 en la ruta desde el molino 8 hasta el filtro 17. Tras el filtro 17, la carga de partículas hasta el intercambiador de calor 103 debe ser de manera ideal < 5 mg/Nm3 para prevenir la incrustación en las superficies de intercambio del intercambiador de calor 103.

Para el arranque del sistema se requiere un intercambiador de calor secundario 21 para precalentar las partes del dispositivo. El calor necesario se proporciona mediante el quemado de aceite o combustibles gaseosos en el quemador 23. De manera ideal, se usa gas natural o cualquier otro gas compuesto de hidrocarburos como combustible. El gas emitido del quemador generado se ventila como gas residual 28 durante el calentamiento. En el caso de una deficiencia de calor en la circulación de gas tras el calentamiento, el gas emitido del quemador puede guiarse al menos parcialmente hasta el molino 8. Sin embargo, habitualmente el calor de molienda, el calor de machado y el calor desarrollado durante el transporte del gas son suficientes para dirigir el proceso.

Lista de números de referencia

1 gas que contiene dióxido de carbono (porción de gas de horno al molino)

2 porción de gas de escape de horno que evita el molino

3 enfriador y condensador de gas

4 intercambiador de calor de gas a gas

5 sifones de recogida de condensado

6 ventilador de tiro inducido

7 punto de mezclado

8 molino (de rodillos vertical)

9 alimentación de finos de hormigón

10 machacador (previo)

11 porción extraña o en su mayor parte no mineral del hormigón machacado

12 minerales de fracción gruesa reciclable

13 finos de hormigón, parcialmente carbonatados

14 gas descarbonatado al montón

15 alimentación de finos de hormigón de vuelta al reactor de lecho fluidizado en circulación

16 finos de hormigón demasiado gruesos

17 filtro de tela del sistema

18 reactor de lecho fluidizado en circulación

19 finos de hormigón carbonatados

20 intercambiador de calor

21 intercambiador de calor

punto de mezclado

quemador

condensado

gas de recirculación

ventilador de tiro inducido

sistema de cribado de tres vías

gas residual del quemador

gas emitido del quemador al molino

válvula de control sólida o disposición de división

inyección de agua de enfriamiento

divisor de gas de alimentación del machacador

separador estático

compartimento de dióxido de carbono líquido y presurizado

dióxido de carbono evaporado y calentado

unidad de dosificación de dióxido de carbono

intercambiador de calor

separador de gotas

Claims

REIVINDICACIONES

1 Método para fabricar material cementoso suplementario y secuestrar CO²carbonatando finos de hormigón que comprende las etapas:

- moler los finos de hormigón obtenidos de residuo de demolición de hormigón machacado en un molino a una temperatura de desde 1 hasta 10°C por encima del punto de rocío del agua en una atmósfera de carbonatación proporcionada por un gas que contiene desde el 10 hasta el 99% en volumen de CO²,

- hacer circular los finos de hormigón molidos y parcialmente carbonatados en un reactor de lecho fluidizado conectado al molino como zona de carbonatación en contacto con la atmósfera de carbonatación, y

- retirar gas descarbonatado y finos de hormigón carbonatados con recirculación de algo del gas y de los finos de hormigón al reactor y/o molino, estando carbonatados al menos el 80% en peso de los finos de hormigón.
2. - Método según la reivindicación 1, en el que los finos de hormigón se ajustan a una distribución de tamaño de partícula determinada a través de tamizado o granulometría láser con un d90 á 2 mm, preferiblemente d90 á 1,5 mm y lo más preferiblemente d90 á 1 mm.
3. - Método según la reivindicación 1 o 2, en el que la temperatura se ajusta a un intervalo de desde 2 hasta 7°C por encima del punto de rocío del agua, preferiblemente desde 3 hasta 6°C por encima del punto de rocío del agua.
4. - Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la atmósfera de carbonatación contiene desde el 10 hasta el 30% en volumen de CO²o desde el 50 hasta el 90% en volumen de CO².
5. - Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la atmósfera de carbonatación es un gas de escape, preferiblemente de una central energética alimentada con carbón, una planta de cemento o una planta de cemento que funciona en el modo de oxicombustión, o un gas concentrado en CO².
6. - Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los finos de hormigón molidos y parcialmente carbonatados se recirculan en promedio de 10 a 100 veces al reactor y/o al molino.
7. - Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la atmósfera de carbonatación está a presión ambiental y se usan ventiladores para proporcionar tiro y compensar una caída de presión desarrollada.
8. - Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que al menos el 90% en peso, preferiblemente al menos el 95% en peso, de los finos de hormigón están carbonatados.
9. - Dispositivo para el secuestro de CO²y la carbonatación de finos de hormigón que comprende un molino (8) con separador (35) adaptado para recibir una alimentación de finos de hormigón (9) y un gas (29) que contiene desde el 10 hasta el 99% en volumen de CO²como atmósfera de carbonatación, un reactor de lecho fluidizado (18) conectado al molino (8) y adaptado para recibir finos de hormigón parcialmente carbonatados y molidos del molino (8) y el gas parcialmente descarbonatado para la recirculación de carbonatación, y medios de salida (17, 30) adaptados para retirar gas descarbonatado y finos de hormigón carbonatados y para recircular el gas hasta que esté descarbonatado y para recircular los finos de hormigón hasta que estén carbonatados hasta un grado deseado de al menos el 80% en peso de los finos de hormigón que están carbonatándose.
10. - Dispositivo según la reivindicación 9, que comprende adicionalmente un machacador (10) con medios (27) para separar finos de hormigón (9) de partículas (12) reutilizables como árido y materia extraña (11) contenida, para proporcionar los finos de hormigón (9) a partir de residuo de demolición de hormigón.
11. - Dispositivo según la reivindicación 9 o 10, en el que los medios de salida son un filtro de tela (17) y una válvula rotatoria o compuerta giratoria con ranura en V.
12. - Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende adicionalmente un suministro de agua (31) como medio de enfriamiento para ajustar la temperatura en el molino (8) y/o reactor (18) así como el contenido de agua en la atmósfera de carbonatación.
13. - Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende adicionalmente un intercambiador de calor de gas a gas (3, 4, 103) y/o quemador (23) para ajustar la temperatura de la atmósfera de carbonatación.
14. - Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 13, que comprende adicionalmente uno o más ventiladores de tiro inducido (6, 26) para proporcionar un flujo de gas en el dispositivo y/o para compensar una caída de presión desarrollada.

.- Uso de finos de hormigón carbonatados que pueden obtenerse según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a como material cementoso suplementario.