ES2982689T3 - Método de regeneración de adsorbente carbonoso y sistema para llevar a cabo el método - Google Patents

Método de regeneración de adsorbente carbonoso y sistema para llevar a cabo el método Download PDF

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Abstract

La presente invención describe un método para la regeneración de adsorbente carbonoso que comprende las etapas de: a) proporcionar un adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre, b) pirolizar los contaminantes de azufre absorbidos generando de este modo gases de pirólisis que contienen SO2 , c) quemar los gases de pirólisis en un incinerador obteniendo de este modo gases de combustión que contienen SO2 , d) enfriar los gases de combustión, e) eliminar el polvo de los gases de combustión y hacer reaccionar el SO2 contenido en los gases de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio produciendo de este modo sulfito de calcio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de regeneración de adsorbente carbonoso y sistema para llevar a cabo el método
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para regenerar adsorbente carbonoso. En particular, la presente invención se refiere a un método para regenerar adsorbente carbonoso que está contaminado con contaminantes de azufre adsorbidos resultantes del uso del adsorbente carbonoso en la limpieza de gas o líquido que contiene contaminantes de azufre. En un aspecto adicional, la invención se refiere a un sistema configurado para llevar a cabo el método de la presente invención.
Antecedentes
Los adsorbentes carbonosos y particularmente el carbón activado se caracterizan por su alta capacidad de adsorción para sustancias de gases y líquidos y por sus propiedades catalíticas para convertir y descomponer estas sustancias. Son particularmente adecuados para adsorber y retirar contaminantes de gases y líquidos y para la decoloración, desodorización y purificación de aguas residuales y gases de desecho.
El adsorbente carbonoso y, en particular, los adsorbentes carbonosos con catalizador impregnado se usan en particular para la limpieza de gas que contiene metano. Los gases que contienen metano obtenidos inicialmente comprenden cantidades considerables de azufre. Además de la retirada de agua, aceite, dióxido de carbono y otros subproductos, la retirada de azufre del gas que contiene metano es uno de los procesos de purificación más importantes. El azufre se produce en gases ricos en metano como sulfuro de hidrógeno (H<2>S) o compuestos orgánicos volátiles de azufre (mercaptanos, entre otros). La presencia de azufre da lugar a un olor pútrido, y su inhalación es muy dañina ya que puede provocar ataques de asma, posiblemente incluso con consecuencias letales. Además, la presencia de azufre también puede hacer que el gas sea muy corrosivo, lo que significa que es totalmente inaceptable en gases destinados al suministro de energía, ya que dañaría el equipo usado. Los gases típicos que contienen metano incluyen biogás, gas de vertedero, gas de minería, gas de combustión, gas de los pantanos o gas natural. Cuando la cantidad de gases o líquidos a tratar es relativamente pequeña, el adsorbente carbonoso se usa normalmente a plena carga (es decir, hasta una pequeña capacidad de adsorción restante), y el adsorbente carbonoso gastado o saturado se descarta generalmente. Sin embargo, en aplicaciones industriales a gran escala y en el tratamiento de aguas residuales industriales, es importante desde un punto de vista económico que las grandes cantidades de adsorbentes carbonosos gastados se regeneren y reutilicen.
Después de todo, el carbono es un producto natural obtenido por la destilación destructiva a altas temperaturas de, por ejemplo, carbón de coque, coque de lignito o material orgánico tal como turba y cáscaras de coco. El polvo de carbono fino así obtenido se granula para una mejor manipulación y para mejorar la capacidad de filtración y otras propiedades físicas del carbono. En aplicaciones industriales a gran escala, el adsorbente carbonoso es un factor de coste importante. En la bibliografía se describen frecuentemente métodos para la fabricación de carbón activado y, entre otros, en la memoria descriptiva de patente n.° US 4.107.084.
Existen muchos métodos conocidos para la regeneración, es decir, para retirar sustancias adsorbidas y reactivar adsorbentes carbonosos gastados. Se describen extracciones con disolventes de adsorbentes carbonosos gastados, en condiciones supercríticas o no, pero los métodos más comunes consisten en la retirada del exceso de agua, pirólisis del adsorbente carbonoso seco en sustancias volátiles y residuos de carbono. La mayoría de los métodos para la regeneración de adsorbentes carbonosos gastados se basan en la bien conocida reacción de agua/gas en la que los residuos de carbono reaccionan a altas temperaturas con agua para formar monóxido de carbono e hidrógeno. Un proceso típico para la regeneración de carbón activado se describe en la memoria descriptiva de patente n.° US 4.008.994.
El adsorbente carbonoso gastado se calienta habitualmente en presencia de un gas portador y/o vapor hasta una temperatura de desde100°C hasta 900°C para retirar las sustancias adsorbidas por pirólisis. Para aumentar la capacidad de carga del adsorbente carbonoso, el adsorbente carbonoso puede contener un catalizador para convertir H<2>S en azufre elemental. De esta manera, puede obtenerse un alto nivel de carga del adsorbente carbonoso y, por lo tanto, se logra una vida útil más larga del filtro de carbón activo.
La solicitud de patente EP 2628533 A1 describe un método para la regeneración de adsorbente carbonoso gastado que comprende las etapas de a) alimentar adsorbente carbonoso gastado a un horno de secado y pirólisis, b) secar el adsorbente carbonoso gastado, c) regenerar el adsorbente carbonoso mediante pirólisis liberando gases de pirólisis y sustancias volátiles y d) quemar los gases de pirólisis en un incinerador, dicho método caracterizado por que las sustancias volátiles se retiran de los gases de pirólisis por condensación antes de la combustión de los gases de pirólisis en un incinerador.
Sumario de la invención
Sin embargo, cuando el adsorbente carbonoso está cargado con altas cantidades de azufre, por ejemplo, una carga del 20,0 al 60,0 % en peso basándose en el peso del adsorbente carbonoso seco gastado, el proceso de regeneración del adsorbente carbonoso a través de pirólisis crea gas de pirólisis que contiene cantidades considerables de compuestos de SOx que, después de quemar el gas de pirólisis, crean gases de combustión ricos en compuestos de SOx. Antes de que pueda emitirse tal gas de combustión, es necesario limpiarlo y, en particular, es necesario retirar los compuestos de SOx de los mismos para cumplir con los requisitos reguladores. Las altas cantidades de SOx representan un desafío para retirarlas del gas de combustión de un modo tal que el proceso general de regeneración del adsorbente carbonoso siga siendo económico. En consecuencia, es deseable encontrar un método de regeneración de adsorbente carbonoso contaminado con contaminantes de azufre que sea económico y rentable y por el cual puedan cumplirse los requisitos reguladores de emisiones de gas de combustión del proceso. Deseablemente, se minimiza la cantidad de corrientes residuales, es decir, subproducto en el proceso de regeneración que pueden crearse y que es necesario desechar.
Según la presente invención, se proporciona un método para la regeneración de adsorbente carbonoso que comprende las etapas de:
a) proporcionar un adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre,
b) someter a pirólisis a los contaminantes de azufre absorbidos, generando de ese modo gases de pirólisis que contienen SO<2>,
c) quemar los gases de pirólisis en un incinerador, obteniendo de ese modo gases de combustión que contienen SO<2>,
d) enfriar los gases de combustión,
e) retirar el polvo de los gases de combustión y hacer reaccionar el SO<2>contenido en los gases de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio, produciendo de ese modo sulfito de calcio.
Se encontró que, en particular, el adsorbente carbonoso con altas cantidades de contaminantes de azufre puede regenerarse de manera rentable con el método, en particular debido al hecho de que la reacción de hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio con SO<2>en el gas de combustión puede implementarse eficazmente en el proceso y es altamente eficiente en la retirada del SO<2>del gas de combustión para cumplir con las normas reguladoras. Además, la reacción produce sulfito de calcio que puede oxidarse a sulfato de calcio. Se descubrió que al retirar el polvo del gas de combustión antes de la reacción de hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio con SO<2>en el gas de combustión, el sulfato de calcio obtenible después de la oxidación es de suficiente pureza y adecuado para su uso en la producción de productos de yeso tales como, por ejemplo, paneles de pared. Por consiguiente, la cantidad de producto de desecho que es necesario desechar puede minimizarse ya que el sulfato de calcio proporciona un subproducto valioso.
La invención proporciona además un sistema configurado para llevar a cabo el método, comprendiendo el sistema un horno configurado para someter a pirólisis un adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre, un incinerador conectado al horno y configurado para quemar gases de pirólisis del horno para producir gas de combustión, uno o más dispositivos de enfriamiento configurados para enfriar el gas de combustión conectado al incinerador y conectado a un elemento de retirada de polvo configurado para retirar el polvo del gas de combustión y por lo que el elemento de retirada de polvo está conectado a una torre de lavado o depurador configurado para hacer reaccionar SO<2>contenido en el gas de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un dibujo esquemático de una realización de un sistema configurado para llevar a cabo el método de la invención.
Descripción detallada
Antes de describir el presente método y el presente sistema de la invención, se aclara que la presente invención no se limita a los sistemas y métodos o combinaciones específicos que se describen, dado que dichos métodos, instalaciones y combinaciones pueden, por supuesto, variar. La terminología que se usa en el presente documento no pretende ser limitativa, puesto que el alcance de la presente invención está limitado exclusivamente por las reivindicaciones adjuntas.
Como se usa en el presente documento, las formas singulares “el/la” y “un/una” abarcan tanto las referencias singulares como las plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
Los términos “que comprende”, “comprende” y “que consiste en” son, como se usa en el presente documento, sinónimos de “inclusivo”, “que incluye” o “que contiene”, “contiene” y son inclusivos o abiertos y no excluyen ningún miembro, componente o etapa adicional, no establecido. Los términos “que comprende”, “comprende” y “que consiste en” como se usan en el presente documento pretenden abarcar los términos “que consiste en” y “consiste en”.
La indicación de intervalos numéricos con puntos finales comprende todos los números y fracciones que se encuentran dentro de dicho intervalo, así como los puntos finales indicados.
El término “alrededor de” o “aproximadamente”, como se usa en el presente documento cuando se refiere a un valor medible tal como un parámetro, una cantidad, una duración y similares, se entiende que comprende variaciones de /-10% o menos, preferiblemente /- 5% o menos, más preferiblemente /-1 % o menos e incluso más preferiblemente /-0,1 % o menos que el valor especificado 10, en la medida en que tales variaciones sean adecuadas para realizarse en la invención descrita.
Aunque los términos “uno o más” o “al menos uno”, tal como uno o más miembros o al menos un miembro de un grupo de miembros, son clarosper se,a modo de explicación adicional, los términos comprenden, entre otras cosas, una referencia a uno de dichos miembros o a dos o más arbitrarios de dichos miembros, tal como cualquier ≥3, ≥4, ≥5, ≥6 o ≥7, etc. arbitrarios de dichos miembros, y hasta todos dichos miembros.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos que se usan al describir la tecnología, incluyendo términos técnicos y científicos, tienen el mismo significado que entiende alguien con un conocimiento promedio del campo al que pertenece esta tecnología. A modo de orientación adicional, las definiciones de algunos términos se incluyen para una mejor comprensión de la enseñanza de la presente tecnología.
Diversos aspectos de la invención se definen con más detalle en los siguientes pasajes. Cada aspecto que se define como tal puede combinarse con cualquier otro aspecto o cualesquiera otros aspectos, a menos que se indique claramente lo contrario. En particular, cualquier característica que se indique como preferida o ventajosa puede combinarse con cualquier otra característica o cualesquiera otras características que se indique que es preferida o ventajosa.
A lo largo de esta descripción, la referencia a “una realización” significa que una característica específica, una estructura o propiedad específica que se describe en relación con la realización se incorpora en al menos una realización de la presente invención. Por lo tanto, las apariciones de la frase “en una realización” en diferentes lugares en esta descripción no se refieren necesariamente a la misma realización, pero podrían hacerlo. Además, las características, estructuras o propiedades específicas pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones, como resultaría evidente para un experto en el campo del estudio a partir de esta descripción. Por ejemplo, en las reivindicaciones adjuntas, cada una de las realizaciones reivindicadas puede usarse en cualquier combinación.
En consecuencia, la siguiente descripción detallada no debe interpretarse como limitativa, y el alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
Como se usa en el presente documento, el término “adsorbente carbonoso” se refiere a un material que contiene carbono que consiste parcialmente o en gran parte en carbono y que es capaz de adsorber sustancias, en particular contaminantes de un gas o líquido. En particular, un material carbonoso significa que se ha sometido a un proceso de activación térmica y/o química y, como resultado, contiene una gran cantidad de poros, lo que aumenta drásticamente el área de superficie de contacto de este material en relación con el material inactivo. Este material se caracteriza por una alta capacidad de adsorción de una o más sustancias. Por consiguiente, el adsorbente carbonoso también se conoce y puede denominarse en el presente documento “carbono activado”, “carbono activo”, “carbón activado”, “carbón activo” o “Norit”. El adsorbente carbonoso puede estar en cualquier forma conocida o usada en la técnica, incluyendo forma de polvo, forma granular, forma extruida, forma de perla o forma tejida. Generalmente, el adsorbente carbonoso estará en forma granular, forma extruida o forma de perla.
En una realización particular en relación con la presente invención, el adsorbente carbonoso puede estar impregnado con un catalizador. En una realización particular, el catalizador es una sal inorgánica, hidróxido u óxido que comprende un ion metálico seleccionado del grupo que consiste en K+, Na+, Cu++, Mn++, Mg++, Ca++ y Fe+++. En una realización particular, el catalizador se selecciona de NaOH, Fe(OH)<3>, K<2>CO<3>, KI, I<2>, KOH, CaO, Ca(OH)<2>, MgO, CuO y MnO. Las cantidades de catalizador impregnado pueden variar ampliamente y normalmente están entre el 0,5 y el 35.0 % en peso, por ejemplo, entre el 1,0 y el 25,0 % en peso o entre el 3,0 y el 15,0 % en peso. Normalmente, la cantidad de catalizador se elegirá basándose en la aplicación y el tipo de catalizador. Las realizaciones a modo de ejemplo de adsorbente carbonoso con catalizador impregnado incluyen adsorbente carbonoso impregnado con del 1.0 al 30,0 % en peso de NaOH, del 1,0 al 20,0 % en peso de Fe(OH)<3>, del 1,0 al 30,0 % en peso de K<2>CO<3>, del 1,0 al 10,0 % en peso de KI, del 1,0 al 10,0 % en peso de I<2>, del 1,0 al 20,0 % en peso de KOH, del 1,0 al 10,0 % en peso de CaO, del 1,0 al 10,0 % en peso de Ca(OH)<2>, del 1,0 al 10,0 % en peso de MgO, del 1,0 al 10,0 % en peso de CuO o del 1,0 al 10,0 % en peso de MnO. En el presente documento, el % en peso se expresa en relación con el peso del adsorbente carbonoso sin el catalizador impregnado.
El adsorbente carbonoso se usa normalmente para retirar contaminantes de un gas que contiene metano, en particular un gas tal como biogás, gas de vertedero y gas de síntesis poniendo en contacto el gas con el adsorbente carbonoso, por ejemplo, guiando el gas a través de un lecho del adsorbente carbonoso. De este modo, los contaminantes se adsorben en el adsorbente carbonoso. En una realización particular, el gas que va a limpiarse puede ponerse en contacto con el adsorbente carbonoso una o varias veces, en donde el adsorbente carbonoso en forma suelta se pone en contacto con el gas, o en una forma en donde el adsorbente carbonoso está rodeado por un embalaje permeable a los gases o una membrana permeable a los gases. El contacto entre el gas y la membrana adsorbente carbonosa se caracteriza por una incubación sin movimiento de aire, o por contacto en donde el gas se conduce pasiva o activamente a un caudal constante o variable a través de un espacio que contiene el adsorbente carbonoso. Cuando se alcanza la capacidad de carga máxima del adsorbente carbonoso, es decir, no pueden adsorberse eficientemente contaminantes adicionales y el adsorbente carbonoso está saturado, el adsorbente carbonoso está gastado y necesita regenerarse, por lo que puede usarse el proceso según la invención. Los contaminantes que puede adsorber el adsorbente carbonoso del gas incluyen contaminantes de azufre. En el presente documento, contaminantes de azufre se refiere a cualquier compuesto que contenga azufre, sin limitarse a H<2>S (sulfuro de hidrógeno) o SO<2>(dióxido de azufre). En consecuencia, los contaminantes de azufre incluyen compuestos del grupo de sulfuros, tioles, disulfuros, polisulfuros, tioésteres, sulfóxidos, sulfonas, tiosulfinatos, sulfimidas, sulfoximidas, sulfonadiiminas, S-nitrosotioles, haluros de azufre, tiocetonas, tioaldehídos, tiocarboxilatos, tioamidas, ácidos sulfúricos, ácidos sulfónicos o sulfuranos.
En una realización particular, la carga del adsorbente carbonoso gastado con contaminantes de azufre puede ser de al menos el 5,0 % en peso, por ejemplo, al menos el 15,0 % en peso o incluso al menos el 20,0 % en peso. En una realización particular, la carga está entre el 20,0 y el 60,0 % en peso. En el presente documento, el % en peso se expresa como el porcentaje en peso total de contaminantes que contienen azufre con respecto al adsorbente carbonoso gastado seco. Por adsorbente carbonoso gastado seco se entiende un adsorbente carbonoso con contaminantes que contienen azufre y otros contaminantes que se ha secado durante al menos 4 horas a una temperatura de 110°C.
Según el método de la presente invención, el adsorbente carbonoso gastado, es decir, el adsorbente carbonoso que comprende un catalizador y contaminantes adsorbidos, se somete a una etapa de someter a pirólisis y preferiblemente también a una etapa de reactivación. En la etapa de someter a pirólisis, al menos parte de los contaminantes se someten a pirólisis haciendo que los contaminantes se descompongan y/o se desorban del adsorbente carbonoso. Normalmente, el adsorbente carbonoso se somete simultánea o posteriormente a vapor para reactivar el adsorbente carbonoso. Las etapas de someter a pirólisis y reactivación se llevan a cabo normalmente en un horno. El horno para la regeneración de los adsorbentes carbonosos gastados según esta invención puede ser un lecho fluidizado, un horno rotatorio, un horno de múltiples fases o un horno de cuba tal como los descritos con frecuencia en el estado de la técnica, por ejemplo, como se divulga en los documentos US 4.3471.56 y US 5.913.677. La mayoría de los hornos incluyen una zona de secado y regeneración en la que el adsorbente carbonoso gastado se seca y se regenera por medio de pirólisis con liberación de gases de pirólisis y sustancias volátiles.
El adsorbente carbonoso gastado se alimenta a un caudal constante al horno y se seca a una temperatura de desde 40°C hasta 300°C (preferiblemente a una temperatura de desde 90°C hasta 130°C) y se impulsa mecánicamente y por medio de vapor descargado a través del horno donde se regenera el adsorbente carbonoso y se liberan gases de pirólisis y otras sustancias volátiles en condiciones de pirólisis, a temperaturas de desde 300°C hasta 900°C (preferiblemente a temperaturas de 350°C a 700°C) y preferiblemente con adición de vapor que hace que los residuos de carbono se descompongan en CO y H<2>.
En una realización preferida en relación con la presente invención donde el adsorbente carbonoso contiene un catalizador, se sopla aire a través del adsorbente carbonoso que comprende un catalizador y contaminantes adsorbidos, enfriando y oxidando de ese modo el catalizador que está en un estado reducido y/o cualquier otro componente en el adsorbente carbonoso que pueda estar en un estado reducido. Normalmente, la velocidad lineal del soplado de aire a través del adsorbente carbonoso debe ser lo suficientemente alta como para causar la oxidación del catalizador y/u otros componentes en un estado reducido, así como el enfriamiento simultáneo del adsorbente carbonoso. Una velocidad lineal adecuada será convenientemente de al menos 0,01 m/s, por ejemplo, al menos 0,10 m/s, preferiblemente entre 0,10 y 1,50 m/s, más preferiblemente entre 0,10 y 0,60 m/s. La velocidad lineal puede ajustarse a través del caudal de, por ejemplo, un ventilador usado para soplar el aire a través del adsorbente carbonoso. La velocidad lineal puede medirse convenientemente a través de un anemómetro. Preferiblemente, de manera posterior a este tratamiento, el adsorbente carbonoso que comprende un catalizador y contaminantes adsorbidos puede sumergirse y/o impregnarse con agua. Esta etapa puede llevarse a cabo antes de comenzar el método de regeneración del adsorbente carbonoso. Se ha encontrado que cuando el adsorbente carbonoso se ha usado para limpiar un gas o líquido en un proceso donde existen condiciones que son de naturaleza reductora o que son bajas en contenido de oxígeno, el catalizador presente en el adsorbente carbonoso puede reducirse al menos parcialmente, así como contener contaminantes que están en un estado reducido y pueden oxidarse cuando se ponen en contacto con el aire. Para mitigar cualquier posibilidad de que dicho catalizador y componentes reducidos en un estado reducido puedan oxidarse de manera incontrolada cuando se ponen en contacto con aire mientras se transporta, se almacena y/o se manipula el adsorbente carbonoso antes de llevarse al horno, se ha encontrado que es beneficioso provocar una oxidación controlada, es decir, oxidación y enfriamiento simultáneo con aire. En consecuencia, pueden evitarse de ese modo la autocombustión y la acumulación de puntos calientes antes del horno.
Al salir del horno, el adsorbente carbonoso reactivado debe enfriarse hasta una temperatura menor de 250°C, por ejemplo, menor de 100°C, tal como menor de 40°C, preferiblemente por debajo de 25°C y más preferiblemente por debajo de 20°C y lo más preferiblemente por debajo de 15°C. Al salir del horno, el adsorbente carbonoso tendrá normalmente una temperatura de entre 500°C y 1000°C, generalmente entre 600°C y 900°C. Para evitar que se formen o se acumulen puntos calientes, el enfriamiento del adsorbente carbonoso se lleva a cabo preferiblemente de manera rápida hasta la temperatura objetivo. El enfriamiento puede efectuarse por extinción o mediante el uso de un intercambiador de calor. En el caso de enfriamiento a través de extinción, el medio de enfriamiento puede seleccionarse de agua, vapor, aire o un gas inerte tal como, por ejemplo, dióxido de nitrógeno o carbono y puede usarse cualquiera de los dispositivos de extinción conocidos tales como, por ejemplo, un lecho fluido, una torre de enfriamiento, un suelo móvil, un baño de agua o una cinta de agitación a través de la cual se sopla el medio de enfriamiento. En una realización preferida, se usa un intercambiador de calor para enfriar el adsorbente carbonoso, por lo que el adsorbente carbonoso y el medio de enfriamiento están separados entre sí. Los medios que pueden usarse en el intercambiador de calor incluyen aire o agua, incluyendo agua helada. El intercambiador de calor puede incluir uno, dos o más tornillos que hacen girar el adsorbente carbonoso y lo hacen avanzar. Alternativamente, el intercambiador de calor puede incluir una espiral giratoria o puede ser un tambor giratorio.
Adicionalmente, el adsorbente carbonoso puede someterse al aire para provocar la oxidación del catalizador que está en un estado reducido. Normalmente, se soplará aire a través del adsorbente carbonoso a una velocidad lineal lo suficientemente alta como para provocar la oxidación del catalizador, así como el enfriamiento simultáneo del adsorbente carbonoso, permitiendo así la oxidación controlada sin que se generen puntos calientes. Una velocidad lineal adecuada será convenientemente de al menos 0,01 m/s, por ejemplo, al menos 0,10 m/s, preferiblemente entre 0,10 y 1,50 m/s, más preferiblemente entre 0,10 y 0,60 m/s. Generalmente, como resultado de la atmósfera pobre en oxígeno en al menos partes del horno, puede haberse reducido cierta cantidad de catalizador y se ha encontrado que la oxidación incontrolada del mismo es una causa de puntos calientes y combustión espontánea del adsorbente carbonoso. La oxidación controlada del catalizador en un estado reducido puede efectuarse soplando aire a través del adsorbente carbonoso en una o más fases de ventilación a través de las cuales puede guiarse el adsorbente carbonoso.
Además, según una realización particular, el adsorbente carbonoso puede tamizarse para obtener adsorbente carbonoso con el tamaño y distribución de partícula deseados. Esta etapa de tamizado, cuando se implementa, puede preceder a la etapa de soplar aire a través del adsorbente carbonoso regenerado o puede ser posterior a la misma.
Según una realización particular, el adsorbente carbonoso reactivado puede sumergirse y/o impregnarse con agua posteriormente a la etapa de oxidación. Adicional o alternativamente, el adsorbente carbonoso reactivado puede impregnarse con un gas inerte tal como CO<2>o nitrógeno. Esto tendrá la ventaja de que puede minimizarse cualquier punto caliente que se acumule durante el almacenamiento y, en particular, durante la puesta en marcha en un proceso de retirada de contaminantes de un líquido o gas. En particular, se ha encontrado que la impregnación con agua o un gas inerte ralentiza la captación inicial de contaminantes de manera que resulta una captación más uniforme de los contaminantes por el adsorbente carbonoso, lo que ayuda a evitar la acumulación local de calor en el adsorbente carbonoso que en algunos casos también puede provocar autocombustión.
Además de la corriente de adsorbente carbonoso regenerado y reactivado, el método de la presente invención también crea una corriente de gas de pirólisis. Este gas de pirólisis también contiene compuestos de SOx y en particular SO<2>.
Según la invención, los gases de pirólisis que contienen SO<2>se queman en un incinerador por lo que se obtienen gases de combustión que contendrán SO<2>. El gas de combustión entonces se enfría y se retira el polvo del mismo. El enfriamiento del gas de combustión puede lograrse mediante el uso de un enfriador evaporativo, un intercambiador de calor, un economizador o cualquier combinación de los mismos. En una realización particular, el gas de combustión puede enfriarse en un intercambiador de calor que funciona con agua, seguido de un economizador y posteriormente enfriarse adicionalmente en uno o más enfriadores evaporativos. Como resultado, el gas de combustión se enfriará hasta una temperatura de menos de 200°C, preferiblemente menos de 100°C y normalmente hasta una temperatura de aproximadamente 70°C. Como resultado del uso de un enfriador evaporativo, el SO<3>que normalmente también está contenido en el gas de combustión puede retirarse como H<2>SO<4>.
La retirada del polvo del gas de combustión se conoce bien y puede usarse cualquiera de los métodos comerciales de separación de polvo de los gases de combustión, incluyendo los de tipo mecánico, así como de tipo electrostático. Los ejemplos de retirada de polvo por el tipo mecánico incluyen aquellos por medio de un depurador multiciclónico o húmedo. Los tipos electrostáticos incluyen un precipitador electrostático o un colector de polvo eléctrico Cottrell, situado en lados internos opuestos del conducto de evacuación y que emplea corriente continua a altas tensiones que oscilan desde 25.000 hasta 100.000 voltios para cargar y recoger las partículas finas simultáneamente, las partículas depositadas sobre las placas de carga se depuran o se transportan entonces a un recipiente de tratamiento de residuos. En una realización preferida en relación con la presente invención, se usa un precipitador electrostático húmedo, por ejemplo, tal como el disponible comercialmente de Hugo Petersen GmbH, Wiesbaden, Alemania o Scheuch GmbH, Aurolzmünster, Austria.
Según la invención, después de la retirada de polvo del gas de combustión, el SO<2>contenido en los gases de combustión se hace reaccionar con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio, produciendo de ese modo sulfito de calcio y opcionalmente también algo de sulfato de calcio. Convenientemente, tal reacción se lleva a cabo a través de un depurador o una torre de lavado mediante la cual se usa una suspensión o suspensión espesa de hidróxido de calcio para lavar el gas de combustión. El líquido acuoso del depurador contendrá sulfito de calcio y opcionalmente sulfato de calcio y este líquido puede enviarse a un tanque de oxidación donde se agita y se purga con aire provocando la oxidación de sulfito de calcio a sulfato de calcio. Después de la deshidratación del líquido, preferiblemente hasta un máximo del 10 % en peso de agua, puede obtenerse sulfato de calcio hidratado que puede usarse en la producción de productos de yeso. A este respecto, se encontró que la retirada de polvo del gas de combustión es deseable para obtener una calidad y pureza de sulfato de calcio suficientes para su uso comercial. En consecuencia, esta realización proporciona la ventaja de que, por un lado, a pesar de una posible alta carga de contaminantes de azufre en el adsorbente carbonoso gastado, los compuestos de SOx pueden retirarse eficazmente de los mismos cumpliendo con los requisitos reguladores y, además, el producto resultante es una corriente de producto valiosa.
El método para regenerar adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre adsorbidos como se describió anteriormente en las diversas realizaciones puede llevarse a cabo en un sistema que se representa esquemáticamente en la figura 1. El sistema descrito es particularmente adecuado para una realización donde el adsorbente carbonoso también comprende un catalizador. La figura 1 muestra un horno 10 con una entrada 1 para la entrada de un adsorbente carbonoso gastado. El horno 10 tiene además una entrada 6 para quemar gas y una salida 7 donde el gas de pirólisis sale del horno. Además, se muestra una entrada 5 para el suministro de vapor al interior del horno. El adsorbente carbonoso entra en el horno por medio de la entrada 1 y se mueve a través del horno en dirección opuesta al gas quemado caliente que entra en el horno desde la dirección opuesta por medio de la entrada 6. El horno 10 es preferiblemente un horno rotatorio o un horno de solera múltiple y convenientemente tiene una zona de secado, una zona de descomposición y una zona de reactivación (no mostrada). La pirólisis tendrá lugar predominantemente en la zona de descomposición, pero también puede tener lugar en la zona de secado y la zona de reactivación. El gas quemado entra en el horno 10 normalmente con una temperatura de al menos 900°C y sale como gas de pirólisis a una temperatura de aproximadamente 500°C por medio de la salida 7. Dentro del horno 10, la zona de secado estará ubicada en el lado de entrada del adsorbente carbonoso y la zona de reactivación puede estar ubicada en el lado donde el adsorbente carbonoso sale del horno 10 estando la zona de descomposición ubicada entre ambas zonas. Se suministrará vapor por medio de la entrada 5 a la zona de reactivación.
Después de la salida del horno 10 por medio de la salida 2, el adsorbente carbonoso reactivado se envía a un enfriador 20 para enfriar el adsorbente carbonoso reactivado hasta una temperatura de menos de 250°C, por ejemplo, menos de 100°C o menos de 40°C, preferiblemente por debajo de 25°C y más preferiblemente por debajo de 20°C y lo más preferiblemente por debajo de 15°C. El enfriador 20 puede ser cualquiera de los dispositivos de enfriamiento mencionados anteriormente y puede incluir una torre de enfriamiento o puede ser un intercambiador de calor que incluye uno o más tornillos que se enfrían con un líquido de enfriamiento tal como agua o agua helada y que hace avanzar el adsorbente carbonoso en el sistema hacia los dispositivos en el sistema que están dispuestos después del enfriador. Se prefiere en el método de la presente invención que el adsorbente carbonoso se enfríe relativamente rápido, preferiblemente en un período de 0,5 a 15 minutos, por ejemplo de 1 a 5 minutos.
A través de la salida 9 del enfriador 20, el adsorbente carbonoso, en una realización particular, puede tamizarse en el dispositivo de tamizado 30 desde donde el adsorbente carbonoso se lleva a uno o más silos 40 equipados con un ventilador para soplar aire a través del adsorbente carbonoso en el silo y para oxidar cualquier catalizador del adsorbente carbonoso que pueda estar en un estado reducido. El soplado de aire a través del adsorbente carbonoso en uno o más silos 40 permite la oxidación controlada de cualquier catalizador reducido, por lo que el aire suministra oxígeno para la oxidación y enfría simultáneamente el adsorbente carbonoso, disponiéndose así para una oxidación controlada. Como se comentó anteriormente, la velocidad lineal del aire será convenientemente de al menos 0,01 m/s, por ejemplo, al menos 0,10 m/s, preferiblemente entre 0,10 y 1,50 m/s, más preferiblemente entre 0,10 y 0,60 m/s. Cualquier polvo de carbono que pueda formarse en los silos 40 se captura mediante un filtro apropiado. Finalmente, cuando se sale de los silos 40, el adsorbente carbonoso puede envasarse y almacenarse y posteriormente puede reutilizarse en la limpieza de gases o líquidos para retirar contaminantes de los mismos.
Resultará evidente que, en el sistema descrito anteriormente, los medios para oxidación la controlada, es decir, los silos 40 equipados con ventiladores, pueden no ser necesarios en un sistema donde el adsorbente carbonoso que se genera no contiene un catalizador y, por lo tanto, no es o es menos propenso a la acumulación de puntos calientes. En consecuencia, en tal caso, estas partes del sistema pueden descartarse.
En relación con la presente invención, el sistema para regenerar adsorbente carbonoso incluye dispositivos para limpiar y procesar el gas de pirólisis que sale del horno 10 por medio de la salida 7. Como se muestra en la figura 1, el gas de pirólisis se guía a un incinerador 50 donde se quema el gas de pirólisis. El gas de combustión resultante sale del incinerador 50 y se guía a los dispositivos de enfriamiento 60, 61 y 62. En la realización particular ilustrada en la figura 1, el dispositivo de enfriamiento 60 es un intercambiador de calor que funciona con agua, el dispositivo de enfriamiento 61 es un economizador y el dispositivo de enfriamiento 62 es un enfriador evaporativo. Aunque la figura 1 ilustra una disposición particular de los dispositivos de enfriamiento, está claro que puede usarse cualquier disposición de los dispositivos de enfriamiento que sea adecuada para enfriar el gas de combustión hasta una temperatura deseada como se describió anteriormente. El gas de combustión enfriado se guía luego al elemento de retirada de polvo 70 que preferiblemente es un precipitador electrostático húmedo pero que también puede ser un elemento de retirada de polvo mecánico. El gas de combustión del que se ha retirado el polvo se lleva entonces al depurador 80 que comprende una suspensión lechosa 81 de hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio. Como se muestra, el gas de combustión se hace pasar desde el fondo del depurador que incluye pulverizadores 82 que pulverizan la suspensión lechosa 81. Por encima de los pulverizadores 82 están situados desnebulizadores y recogedores de gotas. El gas de combustión limpio sale del depurador por medio de la salida 14 y la disolución acuosa que contiene los productos de reacción (sulfito de calcio y opcionalmente sulfato de calcio) de la reacción de SO<2>contenido en el gas de combustión con el hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio sale por medio de la salida 17 y pasa al tanque de oxidación 90 donde el líquido se agita y se purga con aire para provocar la oxidación del sulfito de calcio. A continuación, el líquido resultante se deshidrata en el dispositivo de deshidratación 100.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Método para regeneración de adsorbente carbonoso que comprende las etapas de:
    a) proporcionar un adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre,
    b) someter a pirólisis a los contaminantes de azufre absorbidos, generando de ese modo gases de pirólisis que contienen SO<2>,
    c) quemar los gases de pirólisis en un incinerador obteniendo de ese modo gases de combustión que contienen SO<2>,
    d) enfriar los gases de combustión,
    e) retirar el polvo de los gases de combustión y hacer reaccionar el SO<2>contenido en los gases de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio, produciendo de ese modo sulfito de calcio.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que la cantidad de contaminantes de azufre es de al menos el 20,0 %, preferiblemente al menos el 25,0 % y más preferiblemente de entre el 20,0 y el 60,0 % y en el que el porcentaje es un porcentaje en peso en relación con el peso del adsorbente carbonoso gastado seco.
  3. 3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que el método comprende además la etapa de oxidar el sulfito de calcio a sulfato de calcio.
  4. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la reacción del SO<2>contenido en los gases de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio se lleva a cabo lavando los gases de combustión con una suspensión de hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio en agua, produciendo de ese modo una disolución acuosa de sulfito de calcio.
  5. 5. Método según la reivindicación 4, en el que la disolución acuosa de sulfito de calcio se trata con aire para oxidar el sulfito de calcio a sulfato de calcio.
  6. 6. Método según la reivindicación 5, que comprende además la etapa de deshidratar la disolución acuosa para obtener sulfato de calcio hidratado.
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adsorbente carbonoso comprende además un catalizador.
  8. 8. Sistema configurado para llevar a cabo el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende un horno (10) configurado para someter a pirólisis un adsorbente carbonoso que comprende contaminantes de azufre, un incinerador (50) conectado al horno (10) y configurado para quemar gases de pirólisis del horno (10) para producir gas de combustión, uno o más dispositivos de enfriamiento (60), (61), (62) configurados para enfriar el gas de combustión conectados al incinerador (50) y conectados a un elemento de retirada de polvo (70) configurado para retirar el polvo del gas de combustión y por lo que el elemento de retirada de polvo está conectado a una torre de lavado o depurador (80) configurado para hacer reaccionar el SO<2>contenido en el gas de combustión con hidróxido de calcio y/o carbonato de calcio.
  9. 9. Sistema según la reivindicación 8, que comprende además un tanque de oxidación (90) conectado con una salida (17) de la torre de lavado o depurador (80) para recibir líquido acuoso de la torre de lavado o depurador (80) que contiene sulfito de calcio, el tanque de oxidación (90) configurado para oxidar sulfito de calcio a sulfato de calcio tratando el líquido con aire y opcionalmente además un dispositivo de deshidratación (100) configurado para recibir el líquido del tanque de oxidación (90).
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