ES2936073T3

ES2936073T3 - Carbonato de calcio precipitado (PCC) con tamaño de grano y distribución de tamaño de grano definidos

Info

Publication number: ES2936073T3
Application number: ES17726326T
Authority: ES
Inventors: Heinrich Follmann; Andrea Neubert; Dimitrij Bieren
Original assignee: Koehler Paper SE
Current assignee: Koehler Paper SE
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: WO2017207642A1; PT3464182T; EP3464182B1; EP3464182A1; FI3464182T3; EP4190751A1; DE202017007732U1; PL3464182T3; EP3252010A1

Abstract

La invención se refiere a un método para producir carbonato de calcio precipitado (PCC) que tiene un tamaño de partícula definido y una distribución de tamaño de partícula definida. La invención se refiere además a PCC que se puede producir de acuerdo con el método y que tiene un tamaño de partícula definido y una distribución de tamaño de partícula definida. La invención se basa entonces, entre otras cosas, en la idea de que la entrada de energía molar específica es el parámetro de control decisivo para el tamaño de partícula. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Carbonato de calcio precipitado (PCC) con tamaño de grano y distribución de tamaño de grano definidos

La invención se refiere a carbonato de calcio precipitado (PCC) con un tamaño de grano definido y una distribución de tamaño de grano definida.

Antecedentes tecnológicos

Según el estado de la técnica, se conoce una pluralidad de procedimientos en los que, en suspensión acuosa, a partir del Ca(OH)²(la denominada lechada de cal) con entrada de CO²se forma el PCC. El CO²puede introducirse a este respecto en la lechada de cal en forma líquida o como gas a través de un sistema de ventilación adecuado. Las morfologías de PCC deseadas pueden producirse con ayuda de aditivos o cristales germen y con conducción del procedimiento adaptado de manera correspondiente. A escala industrial se trabaja habitualmente en el funcionamiento por lotes.

Las modificaciones del PCC están suficientemente descritas en la bibliografía. Por el término "modificación" se entiende en cuestión la familia de los cristales de morfología definida producidos industrialmente, de los cuales aragonito y calcita son particularmente importantes y vaterita e ikaita son mucho menos importantes. También existen formas de transición especiales, tal como por ejemplo los carbonatos de calcio básicos o los carbonatos amorfos, que también pueden aislarse. El experto en la industria conoce por regla general las condiciones límite parcialmente bastante complejas de su instalación de PCC, que pueden influir en la modificación, a partir de numerosos ensayos y ensayos fallidos. Los parámetros de control básicos, como la temperatura inicial al comienzo de un ciclo de lote típico en relación con la concentración de la lechada de cal dispuesta y la concentración de CO², se determinan de antemano. Las influencias de la materia prima se eliminan en largas series de ensayos y, dado el caso, se controlan mediante aditivos de diversos tipos. También es posible ajustar el grado de aglomeración de los cristales de PCC influyendo en las condiciones de reacción.

En los últimos años, se han exigido de manera creciente propiedades técnicas de uso del PCC, que se refieren tanto a un tamaño de grano promedio exacto (valor D4,3) como también a una distribución de tamaño de grano definida para una modificación de PCC determinada.

Por ejemplo, de ese modo se logra un tamaño de grano promedio D4,3 de aproximadamente 2,1 a 2,2 pm en procesos estándar para carbonato de calcio precipitado escalenoédrico (s-PCC). Sin embargo, un s-PCC con un tamaño de grano promedio D4,3 de 1,3 a 1,5 pm sería ventajoso para formulaciones para la producción de papel térmico. Un tamaño de grano promedio D4,3 inadecuado puede tener consecuencias adversas en la formulación usada para la producción de los papeles térmicos, tal como rotura del hilo, comportamiento de viscosidad modificado y apresto incompleto.

s-PCC también se utiliza para producir papel de copia. En este caso, sería ventajoso en particular un s-PCC con un tamaño de grano promedio D4,3 de 2,8 a 3 pm, ya que entonces puede aumentarse el grado de relleno en el papel. De esta forma, podría reducirse la proporción de pulpa esencialmente más cara. Sin embargo, investigaciones preliminares más detalladas han demostrado que la amplitud de la distribución del tamaño de grano aumenta al aumentar el valor D4,3, lo que tiene un efecto negativo en algunas propiedades del papel, tal como por ejemplo la resistencia al desgarro.

El carbonato de calcio precipitado romboédrico (r-PCC) se usa como material de relleno para papeles de capa delgada altamente opaco. En esta aplicación, sería deseable un tamaño de grano promedio D4,3 de 1,4 a 1,7 pm. Los tamaños de grano diferentes conducen a un empeoramiento de la opacidad.

Otro ejemplo es el uso de PCC dividido en partes pequeñas en la industria del plástico, específicamente como aditivo en el caso de policarbonatos y poliamidas. En este caso existe la necesidad continua de usar a ser posible un PCC con una distribución de tamaño de grano estrictamente limitada entre 0,2 pm y 1 pm. El denominado sobredimensionado perturba el proceso de producción, cualquier subdimensionado conduce a una mayor necesidad de agentes estabilizadores. Hasta el momento, no se ha encontrado ningún PCC que sea capaz de cumplir con estos requisitos; los PCC disponibles comercialmente en el intervalo apropiado de un valor D4,3 presentan siempre partículas perturbadoras más grandes y más pequeñas.

Por lo tanto, en las aplicaciones descritas siempre sería ventajoso que la distribución de tamaño de grano fuera muy estrecha.

Sin embargo, hasta ahora no ha habido un enfoque sistemático para la producción de PCC con un tamaño de grano definido y una distribución de tamaño de grano (estrecha) definida. La razón de esto puede ser la compleja interacción de una pluralidad de parámetros. Estos incluyen, por ejemplo, parámetros de gasificación en relación con la concentración de CO², la altura geodésicamente efectiva de un reactor y la entrada de energía disipativa. Además, en una reacción por lotes típica, que es industrialmente dominante, los parámetros importantes del proceso cambian en cada momento de la reacción en una característica en cada caso diferente, tal como por ejemplo el valor de pH de la suspensión a gasificar, la conductividad, la temperatura, la relación de iones calcio libres con respecto a iones bicarbonato, la densidad de la suspensión y la viscosidad de la suspensión. Además, la dinámica de los cambios mencionados no es constante, sino que algunos de los parámetros solo cambian notablemente hacia el final del ciclo del lote, pero luego dramáticamente, como el valor de pH y la conductividad; sin embargo, otros parámetros muestran una característica de cambio casi lineal, como el aumento de temperatura, el cambio de densidad y la viscosidad. A esto se añade que obviamente tienen lugar dos fases principales durante la reacción, una fase de formación de núcleo preferente justo al comienzo de la reacción, seguida de una fase de crecimiento del núcleo tendencialmente preferente. Como se describe en la bibliografía más reciente, la formación de núcleo tampoco discurre en línea recta, sino a lo largo de toda una serie de etapas intermedias de las más diversas morfologías.

Por estas razones, el conocimiento sobre cuál de los numerosos fenómenos para la expresión característica del tamaño de grano promedio (valor D4,3) y la amplitud de la distribución de tamaño de grano son decisivos, influenciables y ajustables es, en el mejor de los casos, muy limitado. En consecuencia, apenas hay indicaciones sobre qué medidas debe tomar el experto en la materia en una instalación de PCC existente para llegar a un producto con un tamaño de grano definido, como también una distribución de tamaño de grano definida. Por lo tanto, el objetivo solo se pudo lograr de manera errática hasta ahora.

El documento US 6.251.356 B1 propone influir en el tamaño de grano promedio en un reactor a presión a través del nivel de la presión de trabajo generada. La relación de tamaño de grano debe ser más estrecha en comparación con la conducción del procedimiento convencional. El procedimiento en sí es técnicamente muy complejo.

El documento EP 1222 146 B1 se refiere a un procedimiento continuo de dos etapas. En la primera etapa se genera una cierta concentración de gérmenes. Para ello se modifica el caudal volumétrico de la lechada de cal en caso de un caudal de gas constante. Adicionalmente, se supone que la presencia de una fina lechada de cal, cuya reactividad aumenta, influye en el tamaño de grano deseado.

Según Gernot Krammer et al. (Part. Part. Syst. Charact. 19 (2002) 348-353) un aumento de la concentración de CO²conduce a una reducción del tamaño de grano promedio. Una influencia opuesta de la concentración de CO²en el tamaño de grano promedio la describen Bo Feng et al., Materials Science and Engineering A 445- 446 (2007) 170 179 "Effect of various factors on the particle size of calcium carbonate formed in a precipitation process".

La concentración de la lechada de cal es otro parámetro que influye en el tamaño de grano promedio (Kralj et Brecivic de Croatica Chimica Acta, 80 (3-4) 467-484 (2007) "On Calcium Carbonates from fundamental research to application"). Contenidos de sólidos más altos en la lechada de cal conducen por regla general a partículas más gruesas, contenidos de sólidos más bajos deben conducir a partículas más finas.

También se sabe que con el funcionamiento continuo de una instalación de PCC, los cristales aragoníticos aumentan gradualmente de tamaño.

Pust (de la tesis doctoral "Die Herstellung von gefalltem Calciumcarbonat - PCC" RWTH Aachen, 1992) describe la influencia de los parámetros de apagado en la producción de cal quemada sobre el tamaño de los cristales formados posteriormente durante la reacción.

El documento EP 1712597 A1 describe la influencia de la adición de diversos aditivos, como sales de Zn, sales de Mg y agentes de dispersión catiónicos y aniónicos en la distribución de tamaño de grano.

Por consiguiente, existe una necesidad continua de soluciones sistemáticas que hagan posible producir carbonato de calcio precipitado de un tamaño de grano definido y una distribución de tamaño de grano definida con una instalación de PCC dada.

Sumario de la invención

Las limitaciones del estado de la técnica expuestas pueden eliminarse o al menos reducirse con ayuda del procedimiento para la producción de carbonato de calcio precipitado (PCC) mediante la introducción de dióxido de carbono en lechada de cal en una instalación de PCC. El PCC presenta a este respecto una distribución de tamaño de grano en la que es por 100 > 59, preferentemente > 60, de manera especialmente preferente > 62 y de manera muy especialmente preferente > 65. Dependiendo de la conducción de procedimiento, el tamaño de grano promedio D4,3 se encuentra para

(i) carbonato de calcio precipitado escalenoédrico (s-PCC) en el intervalo de 1,5 a 5,0 pm, de manera especialmente preferente de 2,0 a 4,0 pm, en particular de 2,9 a 3,1 pm; o

(ii) carbonato de calcio precipitado romboédrico (r-PCC) en el intervalo de 0,5 a 2,5 pm, de manera especialmente preferente de 0,8 a 2,2 pm, en particular de 0,9 a 2 pm; o

(iii) carbonato de calcio precipitado aragonítico (a-PCC) en el intervalo de 1 a 30 pm, de manera especialmente preferente de 2 a 20 |jm, en particular de 2,5 a 15 |jm.

El procedimiento comprende para ello las siguientes etapas:

a) registrar todos los parámetros de la instalación de PCC que proporcionan en el funcionamiento de la instalación de PCC una contribución significativa a la entrada de energía molar específica, en donde la entrada de energía molar específica se corresponde con la entrada de energía de todo el sistema, que se requiere para alimentar un mol de CO²desde el inicio de la reacción hasta un grado de conversión del 90 % de la reacción que discurre de manera discontinua;

b) determinar el tamaño de grano promedio D4,3 en función de la entrada de energía molar específica;

c) determinar la relación en función de al menos uno de los siguientes parámetros: concentración de CO²durante la reacción, temperatura de la lechada de cal, nivel de llenado en el reactor de la instalación de PCC y número de revoluciones de un agitador gasificador en la instalación de PCC; y

d) introducir dióxido de carbono en la lechada de cal de acuerdo con las especificaciones determinadas en las etapas b) y c).

Hay diferentes posibilidades de describir la amplitud o la estrechez de la distribución de tamaño de grano. En el presente caso, la caracterización se realiza a través de la relación usada con frecuencia en el sector de las mercancías particuladas, tal como PCC, de D90 significa a este respecto que el 90 % de las partículas son más pequeñas de manera ponderada en volumen que el valor indicado.

El tamaño de grano promedio D4,3 es el valor medio aritmético de una distribución sobre todas las partículas. Se da una distribución de tamaño de grano muy estrecha, por ejemplo, si el D4,3 se encuentra en 3,1 y el D90 asociado se encuentra en 5,0 jm . Para la relación por 100 resulta entonces el valor numérico 62. Las indicaciones se aplican a la formación de las denominadas partículas primarias del proceso de PCC. No se tienen en cuenta las aglomeraciones en un momento posterior.

La determinación del tamaño puede realizarse con un aparato medidor del tamaño de partícula por difracción láser. Todos los valores se refieren a un producto disperso para descartar en lo posible la aglomeración. En el presente caso, todas las mediciones se llevaron a cabo con un analizador de tamaño de partícula de la empresa Malvern (designación de aparato Malvern 3000) o de la empresa Quantachrome (designación de aparato Cilas 1064 L). Ambos dispositivos de medición son muy comunes en la industria del papel y siempre proporcionaron valores muy similares.

La invención se basa ahora, entre otras cosas, en el descubrimiento de que la entrada de energía molar específica es el parámetro de control decisivo para el tamaño de grano. Este valor describe la suma de la entrada de energía específica de todo el sistema que se requiere para introducir un mol de CO²en la parte relevante de la reacción de aproximadamente el cero hasta el 90 % de la reacción que discurre de manera discontinua. La entrada de energía debe registrarse independientemente de la fuente de la que se origine. En una instalación de PCC convencional se han de considerar en particular las contribuciones de la concentración de CO²contigua del gas, del rendimiento volumétrico específico del gas, del nivel de llenado del reactor, del número de revoluciones de la turbina de gasificación controlada por frecuencia o del elemento agitador, de la potencia de salida de un soplador preconectado, siempre que esté presente uno, en la determinación de la entrada de energía específica.

En la etapa a) del procedimiento, se registran según esto los factores de influencia individuales de una instalación de PCC, que proporcionan una contribución significativa a la entrada de energía molar específica. Se ha demostrado que la contribución acumulativa de todos estos factores de influencia a la entrada de energía molar específica está directamente relacionada con el tamaño de grano que ha de conseguirse.

En la etapa b) se determina por tanto esta relación para la instalación de PCC en cuestión. Básicamente, se determinó que el tamaño de grano disminuye al aumentar la entrada de energía molar específica. Para ello, en la etapa b) se determina preferentemente una relación lineal entre el tamaño de grano promedio D4,3 y la entrada de energía molar específica de todo el sistema. Para la determinación concreta de la relación entre la entrada de energía molar específica y el tamaño de grano en una instalación de PCC, en la práctica se ejecutan por ejemplo un número de ajustes de prueba con una entrada de energía molar específica predeterminada y a continuación se determinan los tamaños de grano. Ambos valores se representan gráficamente uno contra el otro y se determina una función lineal asociada mediante un procedimiento de evaluación gráfica. Para un tamaño de grano deseado, ahora puede determinarse la entrada de energía necesaria con la ayuda de la función. A continuación, los factores de influencia se ajustan correspondientemente para representar esta entrada de energía.

Sorprendentemente, se encontró según esto que exclusivamente la entrada de energía específica del sistema de entrada de sustancias representa el parámetro decisivo para el tamaño de grano de los cristales formados. Esta puede ajustarse a partir de cualquier combinación de los parámetros de gasificación con la concentración de CO²adyacente de tal manera que se forme el valor objetivo para el tamaño de grano deseado. Por consiguiente, es posible por primera vez realizar especificaciones específicas para el tamaño de grano de los cristales de PCC con los conocimientos básicos de los valores característicos del dispositivo de gasificación.

La relación por 100 se encuentra en caso de tamaños de partícula producidos convencionalmente en el intervalo de aproximadamente 2,8 |jm y más grandes en como máximo 55 y por regla general es en la mayoría de los casos claramente más pequeña. Esto se puede atribuir a los procesos de segregación espinodal durante la reacción, que conducen a zonas cada vez más pequeñas con una sobresaturación mayor o menor en comparación con el valor promedio. Como resultado, por un lado se forman nuevos núcleos más pequeños y, por otro lado, los cristales que ya están presentes continúan creciendo hasta obtener cristales más grandes.

Solo en el contexto de la presente invención se determinó ahora experimentalmente qué factores de influencia de la abundancia de posibilidades casi infinitas para la distribución de tamaño de grano son realmente significativos y han de tenerse en cuenta en la determinación de la relación en cada caso deseada de por 100. Se determinaron los siguientes parámetros: Concentración de CO²durante la reacción, temperatura de la lechada de cal, nivel de llenado en el reactor de la instalación de PCC, y número de revoluciones de un agitador gasificador de la instalación de PCC (etapa c) del procedimiento). Las cuatro medidas se pueden aplicar individualmente o en cualquier combinación y, si se consideran apropiadamente, dan como resultado una reducción en la distribución de tamaño de grano.

En particular, se prefiere si en la etapa c) al comienzo de la reacción, la concentración de CO²corresponde a de 0,5 a 0,8 veces, en particular de 0,6 a 0,7 veces la concentración de CO²al final de la reacción y la concentración de CO²se eleva de forma continua o por etapas. Por tanto si se conoce, lo que casi siempre es el caso, un valor fijo para la concentración de CO²de la fuente (por ejemplo, entre el 10 y el 11 % en centrales eléctricas, entre el 22 y el 26 % en hornos para la producción de cal viva, entre el 35 y el 55 % en plantas de biogás, o aproximadamente el 98 % en el caso de gases sintéticos), se reduce la concentración inicial hasta un valor que es del 20 al 50 %, en particular del 30 al 40 % más pequeño que la concentración de CO²de la fuente, y se eleva de manera continua o gradualmente hasta la máxima concentración posible hasta el final de la reacción. Esto puede realizarse de la manera más simple diluyendo con aire. Sorprendentemente se encontró que esta medida aumenta el valor para por 100, en particular hasta 59 o más.

Además se prefiere si en la etapa c) al comienzo de la reacción se especifica una temperatura a la que el PCC se produce en la morfología en cada caso deseada, y esta temperatura se mantiene constante a lo largo de la reacción o se reduce hasta el final de la reacción de manera continua o gradualmente hasta 15 °C, en particular hasta 10 °C. Según esto, la temperatura a la que se puede formar definitivamente la morfología deseada se indica como temperatura inicial. En el caso de s-pCC, la temperatura inicial se encuentra en el intervalo de 25 a 45 °C, en el caso de r-PCC en el intervalo de 8 a 25 °C, en el caso de a-PCC en el intervalo entre 45 y 75 °C. Aunque también se especifica convencionalmente una temperatura inicial específica, sin embargo la temperatura no se regula posteriormente y de manera condicionada por la exotermia de la reacción da como resultado un aumento de la temperatura. Por el contrario, de acuerdo con la invención, la temperatura se mantiene constante o se reduce por etapas o de forma continua hasta 15 °C. Sorprendentemente se encontró que esta medida aumenta el valor para

D 90 p r or 100 , en r particular hasta 59 o más.

Además se prefiere si en la etapa c) al comienzo de la reacción, un nivel de lechada de cal asciende a del 50 % al 80 % del volumen de trabajo del reactor y, después de una fase de formación de núcleo, se alimenta continuamente o por etapas la lechada de cal hasta el final de la reacción. Por tanto, al comienzo de la reacción, el reactor se llena únicamente en del 50 % al 80 % de su volumen de trabajo con lechada de cal de la concentración requerida. Como muy pronto después del final de la denominada fase de formación de núcleo, en el funcionamiento práctico para todas las morfologías es esto el caso tras aproximadamente 20 minutos, la lechada de cal se dosifica adicionalmente de forma gradual o continua y de hecho distribuida lo más uniformemente posible durante todo el tiempo de funcionamiento T90 hasta que el reactor haya alcanzado su volumen nominal de trabajo. Después de que haya transcurrido el tiempo T90, es decir, el tiempo de reacción decisivo, en el que se ha completado el 90 % de la conversión total, ya no se vuelve a llenar. Sorprendentemente se encontró que esta medida aumenta el valor para

D 90 p r or 100 , en r particular hasta 59 o más.

Finalmente, se prefiere si en la etapa c) al comienzo de la reacción el número de revoluciones del agitador de gasificación corresponde a de 0,5 a 0,9 veces, en particular de 0,8 a 0,9 veces el número de revoluciones al final de la reacción y se eleva el número de revoluciones de manera continua o gradualmente hasta el valor, cuando se alcanza más del 90 % de conversión de la reacción. Según esto, el reactor se pone en marcha con el número de revoluciones precalculada, que se seleccionó de tal manera que todavía es posible un aumento potencial de aproximadamente el 10 al 50 %. Tras el transcurso de la fase de formación de núcleo, pero a más tardar tras el transcurso del tiempo T 90, se eleva el número de revoluciones del agitador de gasificación de manera continua o gradualmente en del 10 al 50 % que falta hasta el final de la reacción. Sorprendentemente se encontró que esta medida aumenta el valor para

D 90 p r or 100 , en r particular hasta 59 o más.

La presente divulgación se refiere al carbonato de calcio precipitado (PCC) que puede producirse o se ha producido según el procedimiento expuesto anteriormente. El PCC que puede obtenerse según el procedimiento presenta una combinación especial de tamaño de grano D4,3 y la relación . Las propiedades no pueden lograrse con procedimientos de PCC conocidos hasta ahora.

La invención se refiere a carbonato de calcio precipitado con una distribución de tamaño de grano, en la que es por 100 > 59 y con un tamaño de grano promedio D 4,3 para

(iii) carbonato de calcio precipitado aragonítico (a-PCC) en el intervalo de 1 a 30 pm, de manera especialmente preferente de 2 a 20 pm, en particular de 2,5 a 15 pm.

Preferentemente se aplica para la relación por 100 > 60, de manera especialmente preferente > 62, de manera muy especialmente preferente > 65.

Otro aspecto de la invención se encuentra en el uso del PCC de acuerdo con la invención como material de relleno en papel o plástico.

Otras configuraciones preferentes de la invención pueden encontrarse en las reivindicaciones y en la siguiente descripción.

Breve descripción de las figuras

La invención se explica con más detalle a continuación por medio de ejemplos de realización y dibujos asociados. Las figuras muestran:

la figura 1 una representación esquemática de una instalación de PCC;

la figura 2 los resultados de las reacciones por lotes en el reactor piloto para r-PCC, en donde D4,3 está representado gráficamente como función de la entrada de energía específica;

la figura 3 los resultados de las reacciones por lotes en el reactor técnico para r-PCC, en donde D4,3 está representado gráficamente como función de la entrada de energía específica.

La figura 4 los resultados de las reacciones por lotes en el reactor piloto para s-PCC, en donde D4,3 está representado gráficamente como función de la entrada de energía específica; y

la figura 5 los resultados de las reacciones por lotes en el reactor técnico para s-PCC, en donde D4,3 está representado gráficamente como función de la entrada de energía específica.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 ilustra - de manera muy esquematizada - la estructura básica de una instalación de PCC 10, que puede utilizarse para la realización del procedimiento. La instalación de PCC 10 comprende un reactor por lotes 20 en el que se dispone una suspensión acuosa de Ca(OH⁾²(la denominada lechada de cal) y en la que, bajo la entrada de CO², se forma posteriormente PCC. La lechada de cal se alimenta a través de un recipiente 30. El CO²se introduce como gas en la lechada de cal en este caso a través de un sistema de ventilación 40 adecuado, que en este ejemplo comprende un agitador de gasificación 42. Puede estar previsto otro agitador 50. El reactor 20 puede tener temperatura controlada. La instalación de PCC 10 contiene medios sensoriales, no mostrados en este caso en detalle, para controlar el nivel de llenado del reactor 20 y registrar la temperatura de la lechada de cal. Además, pueden estar previstos medios sensoriales con los que puede deducirse directa o indirectamente una concentración de CO²en la lechada de cal.

El proceso se basa ahora, entre otras cosas, en el descubrimiento de que la entrada de energía molar específica es el parámetro de control decisivo para el tamaño de grano. De manera correspondiente a esto pueden registrarse todos los parámetros de la instalación de PCC 10 que proporcionan en el funcionamiento de la misma una contribución esencial a la entrada de energía molar específica. La entrada de energía molar específica corresponde a este respecto a la entrada de energía de todo el sistema que se requiere para introducir un mol de CO²desde el inicio de la reacción hasta un grado de conversión del 90 % de la reacción que discurre de manera discontinua.

Tal como es en general familiar, la formación de carbonato de calcio a partir de hidróxido de calcio y CO²discurre aproximadamente de manera lineal en la parte principal de la reacción. A partir de un valor de aproximadamente el 90 al 95 % de la reacción total, el valor de pH y el valor de conductividad caen bruscamente y el rendimiento de CO²igualmente disminuye fuertemente. Como tiempo de reacción decisivo se recurre por tanto al valor promedio del rendimiento de CO²en el primer 90 % del tiempo total de reacción.

Para la medición de la velocidad de gasificación específica se usa el denominado valor vvm, que significa lo siguiente: Unidad de volumen de gas por unidad de volumen de contenido del reactor por unidad de tiempo. En la práctica industrial y en caso de un contenido típico del reactor de 10 m3 son habituales, por ejemplo, velocidades de gasificación de aproximadamente 0,25 vvm a 5 vvm, lo que significa de manera convertida que se gasifica el reactor con posibles velocidades de gasificación de 150 Nm3 por h hasta aproximadamente 3000 Nm3 por h. Los valores más pequeños se consideran no rentables, los valores más grandes no son técnicamente posibles debido al riesgo creciente de que el aire de gasificación penetre en el reactor. Penetrar significa que las burbujas de gas se unen repentinamente cuando se excede la velocidad de gasificación permisible y con ello ya no es posible una transferencia de materia significativa.

Generalmente, las instalaciones de PCC disponen de disposiciones complejas para la gasificación del reactor, que permiten una entrada de CO²lo más uniforme posible sobre la altura y sección transversal del reactor con el menor consumo energético posible. El consumo energético por hora de todo el sistema es esencialmente la suma del consumo energético de los elementos de agitación o turbinas de gasificación accionados con fuerza motriz, que se encuentran en el reactor y de la estación de soplado que proporciona dado el caso la presión inicial. Las características del consumo de energía con respecto a la masa de PCC producido son habituales en el intervalo de aproximadamente 60 kWh a 250 kWh por tonelada de PCC producido y de hecho dependiendo de las características del dispositivo de gasificación y de la concentración de CO²predeterminada. El operador de la instalación generalmente está muy familiarizado con este consumo de energía. Para simplificar, se puede suponer la energía total consumida, que es proporcional a la energía realmente introducida.

El cálculo de la entrada de energía molar específica se ilustra a continuación mediante un ejemplo.

Ejemplo de cálculo

Se proporciona el siguiente conjunto de datos de una conversión, en donde el objetivo es la obtención de s-PCC:

Producción de una lechada de cal reactiva con un 11 % de proporción en peso seco de hidróxido de calcio y con una densidad de 1.065 kg por m3, por consiguiente que contiene 15,8 kmol de hidróxido de calcio en 10 m3.

La viscosidad de la lechada de cal asciende aproximadamente a 50 mps.

El reactor se llena con 10 m3 lleno de esta lechada de cal.

La velocidad de gasificación constante asciende a 2.000 Nm3/h, lo que corresponde a un valor vvm de 3,33.

La concentración de CO²asciende al 26 %.

El grado de aprovechamiento promedio del CO²asciende al 90 %. El tiempo decisivo del 90 % de la reacción (tiempo T90) asciende a 46 min.

El consumo de energía medido de una turbina asciende a 130 kW.

El consumo de corriente de un ventilador preconectado asciende a 40 kW.

La temperatura de entrada del gas se ajusta a 40 °C mediante refrigeración.

La temperatura inicial en el reactor (lechada de cal) asciende a 38 °C. Tras el transcurso del 90 % de la reacción, la temperatura en el reactor asciende a 72 °C.

En los 41 minutos de reacción, el 90 % de la lechada de cal dispuesta se convirtió según esto en s-PCC. Esto corresponde a una formación de 14,3 kmol o 1.430 kg de s-PCC. Se requiere un tiempo de reacción más largo para el 10 % restante de lechada de cal que aún no ha reaccionado, ya que se sabe que la tasa de conversión específica cae al final del ciclo por lotes.

El consumo total de energía para el tiempo T90 asciende a 117 kWh.

En este espacio de tiempo se introdujeron 14,3 kmol de CO². La entrada de energía específica (e) por mol de CO²asciende a — 14,31 m17 o k l w deh C—02 =8,2 Wh/mol de CO²

La influencia de los parámetros individuales sobre la entrada de energía molar específica es conocida en principio o puede determinarse de manera sencilla por un experto en la materia para una instalación de PCC dada. Por ejemplo, el nivel de llenado del reactor puede trazarse gráficamente frente a la entrada de energía total (suma del soplador, unidad de gasificación, agitador, etc.) para una instalación. También puede registrarse y evaluarse la dependencia de la utilización de gas de la concentración de CO²adyacente, del número de revoluciones del agitador de gasificación, de la entrada relativa de gas, etc.

Las figuras 2 a 5 muestran los resultados de series de ensayos que se realizaron con un reactor piloto o un reactor técnico. Está representado gráficamente en cada caso el tamaño de grano promedio característico D4,3 frente a la entrada de energía específica por mol de CO²introducido en la parte relevante de la reacción por lotes del 0 al 90 %. El tamaño de partícula característico D4,3 se determinó en cada caso con un aparato de medición del tamaño de partícula por difracción láser Mastersizer de la empresa Malvern.

En una primera serie de ensayos, se produjeron cristales romboédricos (r-PCC) con un tamaño de grano D4,3 en el intervalo de aproximadamente 0,8 pm a 2,0 pm en el reactor piloto (figura 2) y el reactor técnico (figura 3) variando la entrada de energía. En otra serie de ensayos, se produjeron cristales escalenoédricos (s-PCC) con un tamaño de grano D4,3 en el intervalo de aproximadamente 1,1 pm a 3,0 pm en el reactor piloto (figura 4) y el reactor técnico (figura 5). Para ajustar la entrada de energía se varío en los ensayos individuales, entre otras cosas, la concentración de CO², el nivel de llenado, la cantidad de gas así como el número de revoluciones y la presión inicial de la turbina de gasificación de manera individual o también en combinación.

Dos conjuntos de datos para el reactor piloto se indican a continuación a modo de ejemplo:

Ejemplo 1 - Producción de r-PCC en el reactor piloto - no de acuerdo con la invención

Se tomó como base el siguiente conjunto de datos:

Lechada de cal 11,6 por ciento en peso

Nivel de llenado del reactor: 9 l

Número de revoluciones de turbina de gasificación: 55 Hz

vvm: 1,1 (0,594 Nm3/h)

Concentración de CO²: 30 %

Duración de reacción T 90: 117 min

Grado de utilización de gases: 90,0 %

Entrada de CO²en el tiempo T 90: 13,1 mol

Entrada de energía total en el tiempo T 90: 1244 Wh

Entrada de energía específica por mol de CO²: 95 Wh por mol de CO²

Se generó r-PCC con un D4,3 de 1,4 pm.

Ejemplo 2 - Producción de s-PCC en el reactor piloto - no de acuerdo con la invención

Se tomó como base el siguiente conjunto de datos:

Lechada de cal 11,3 por ciento en peso

Nivel de llenado del reactor: 9l

Número de revoluciones de turbina de gasificación: 35 Hz

vvm: 0,5 (0,27 Nm3/h)

Concentración de CO²: 30 %

Duración de reacción T 90: 281 min

Grado de utilización de gases: 81 %

Entrada de CO²en el tiempo T 90: 12,8 mol

Entrada de energía total en el tiempo T 90: 536 Wh

Entrada de energía específica por mol de CO²: 42 Wh por mol de CO²

Se generó s-PCC con un D4,3 de 2,83 |jm.

Puede distinguirse que existe una dependencia directa entre la entrada de energía molar por mol de CO²introducido y el tamaño de grano D4,3 característico resultante. Cuanto mayor sea la cantidad de energía introducida por un mol de CO², más pequeños se vuelven los cristales y viceversa. Sorprendentemente, por tanto, también con concentraciones de CO²más bajas mediante combinación de parámetros correspondientes - por ejemplo, la gasificación, el nivel de llenado y el número de revoluciones del dispositivo de gasificación - pueden generarse partículas más pequeñas si solo los parámetros correspondientes se juntan de tal manera que la entrada de energía específica resultante asociada pueda representarse.

Los dos siguientes ejemplos 3 y 4 muestran cargas de s-PCC a modo de ejemplo con un valor muy grande para por 100, que se logró mediante variación dirigida de las condiciones de ensayo.

Ejemplo 3 - Producción de s-PCC

Se tomó como base el siguiente conjunto de datos:

Lechada de cal 11,3 por ciento en peso

Nivel de llenado del reactor: al comienzo de la reacción: 220 l, después de 20 min 280 l, después de 40 min 240 l hasta el final de la reacción

Número de revoluciones de turbina de gasificación: al comienzo de la reacción 38 Hz, después de 20 min 40 Hz, después de 40 min 45 Hz hasta el final de la reacción

Temperatura: 45 °C, constante (disipación de calor a través del refrigerador interno)

Concentración de CO²: 45 % (biogás), constante

vvm: 1,5 por min, constante

Entrada de energía específica por mol de CO²inmediatamente al comienzo de la reacción: 7 Wh por mol de CO²Se generó s-PCC con un D4,3 característico de 3,0 jm y un valor para por 100 de 62.

Ejemplo 4 - Producción de s-PCC

Se tomó como base el siguiente conjunto de datos:

Lechada de cal 11,3 por ciento en peso

Temperatura: al comienzo de la reacción 45 °C, después de 20 min 43 °C, después de 40 min 41 °C hasta el final de la reacción (disipación de calor a través del enfriador interno)

Concentración de CO²: al inicio de la reacción 35 %, después de 40 min 45 %

vvm: 1,5 por min, constante

Entrada de energía específica por mol de CO²inmediatamente al comienzo de la reacción: 8 Wh por mol de CO²Se generó s-PCC con un D4,3 característico de 2,9 jm y con un valor para por 100 de 61.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Carbonato de calcio precipitado (PCC) con una distribución de tamaño de grano, en la que es por 100 > 59 y con un tamaño de grano promedio D 4,3 para

(i) carbonato de calcio precipitado escalenoédrico (s-PCC) en el intervalo de 1,5 a 5,0 |jm; o

(ii) carbonato de calcio precipitado romboédrico (r-PCC) en el intervalo de 0,5 a 2,5 jm ; o

(iii) carbonato de calcio precipitado aragonítico (a-PCC) en el intervalo de 1 a 30 jm .

2. PCC seg 3ún la reivindicación 1, en el que para la relación D 9 se 0 ap rlica: D 9 0 p r or 100 > 60.

3. PCC según la reivindicación 1, en donde el s-PPC presenta un tamaño de grano promedio D 4,3 en el intervalo de 2,0 a 4,0 jm , en particular de 2,9 a 3,1 jm .

4. PCC según la reivindicación 1, en donde el r-PPC presenta un tamaño de grano promedio D 4,3 en el intervalo de 0,8 a 2,2 jm .

5. PCC según la reivindicación 1, en donde el a-PPC presenta un tamaño de grano promedio D 4,3 en el intervalo de 2 a 20 jm .

6. Uso de PCC según la reivindicación 1 como material de relleno para papel o plástico.