ES3050908T3

ES3050908T3 - Multistage mineral carbonation

Info

Publication number: ES3050908T3
Application number: ES19799516T
Authority: ES
Inventors: Emad Benhelal; Geoffrey Frederick Brent; Eric Miles Kennedy; Timothy Kenilworth Oliver; Mark Stuart Rayson; Michael Stockenhuber
Original assignee: Mineral Carbonation Int Pty Ltd; Mineral Carbonation International Pty Ltd
Current assignee: Mineral Carbonation Int Pty Ltd; Mineral Carbonation International Pty Ltd
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2025-12-23
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: PH12020551890B1; CA3098591A1; HRP20251375T1; PL3813986T3; BR112020022847A2; EP3813986C0; AU2019266358B2; WO2019213705A1; US11833469B2; US20210370233A1; SG11202010668TA; AU2019266358A1; KR102835675B1; JP7254908B2; RS67575B1; CN112203745A; PH12020551890A1; KR20210100006A; EP3813986A1; JP2021524806A

Abstract

La presente invención proporciona un proceso integrado para la captura, secuestro y utilización de dióxido de carbono, que comprende: a) proporcionar una suspensión acuosa que comprende un líquido acuoso y un sólido particulado que comprende un mineral de silicato de magnesio activado; b) en una etapa de disolución, poner en contacto una corriente de gas que contiene CO2 con la suspensión acuosa a una primera presión para disolver el magnesio del mineral para proporcionar una suspensión que comprende un líquido acuoso carbonatado enriquecido con iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio; y c) en una etapa de precipitación, precipitar el carbonato de magnesio a partir de los iones de magnesio disueltos en la etapa b) mediante múltiples reducciones sucesivas de presión por etapas, siendo cada etapa a una presión menor que la etapa anterior; en donde cada reducción sucesiva de presión por etapas libera CO2 que se comprime por etapas correspondientemente y se recicla de nuevo a la etapa de disolución. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Carbonatación mineral multietapa

[0005] Campo de la invención

[0007] La presente invención se refiere a un proceso de captura, secuestro y utilización de dióxido de carbono (Carbon dioxide Capture, Sequestration and Utilisation, CCSU), así como a un sistema de reactor adecuado para implementar el proceso.

[0009] Antecedentes de la invención

[0011] El secuestro de gas dióxido de carbono en repositorios aislados de la atmósfera es una tecnología en desarrollo ampliamente reconocida como un elemento esencial en los esfuerzos globales por reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. El rápido incremento de las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono resulta preocupante debido a sus propiedades como gas de efecto invernadero y a su contribución a los fenómenos de calentamiento global y cambio climático. Existen instalaciones de demostración a escala prototipo para la captura y secuestro de dióxido de carbono (Carbon dioxide Capture and Sequestration, CCS) en varios países, y recientemente también han surgido operaciones a escala comercial. Si bien existen diversas tecnologías para la captura y concentración del dióxido de carbono procedente de gases de combustión, tal como los generados por la combustión de carbón para la producción de energía eléctrica, la mayoría de las instalaciones actuales emplean secuestro subterráneo mediante la inyección de dióxido de carbono presurizado en repositorios subterráneos adecuados. Esto se conoce comúnmente como geosecuestro. Esto puede realizarse en yacimientos agotados de petróleo o gas, o en otras formaciones porosas subterráneas que estén adecuadamente aisladas de la atmósfera. Estos yacimientos o formaciones pueden encontrarse bajo tierra o bajo el mar. Otro posible repositorio subterráneo para el gas de dióxido de carbono son los llamados acuíferos salinos. También se ha investigado el almacenamiento directo de dióxido de carbono en el fondo de los océanos profundos, aunque aún no se ha demostrado con éxito a una escala significativa.

[0013] Otro campo de estudio para el secuestro de dióxido de carbono es el conocido como carbonatación mineral, en el cual el dióxido de carbono reacciona químicamente con óxidos o silicatos de metales alcalinos o alcalinotérreos para formar carbonatos sólidos estables. Este enfoque se conoce como carbonatación mineral ex-situ, a diferencia de la carbonatación in-situ, en la que el dióxido de carbono se deposita en formaciones minerales subterráneas y reacciona, durante períodos más largos, con minerales adecuados presentes en formaciones subterráneas. La presente invención se refiere al enfoque ex-situ para el secuestro de dióxido de carbono mediante la carbonatación mineral de silicatos para formar carbonatos.

[0015] La carbonatación mineral presenta numerosas ventajas potenciales frente a otros procedimientos de secuestro de dióxido de carbono. Entre ellas se incluyen la permanencia y estabilidad de los carbonatos formados, así como la eliminación de cualquier riesgo de fuga de gas de dióxido de carbono. Además, no existen emplazamientos subterráneos adecuados para el geosecuestro en todas las ubicaciones donde serían necesarios, cerca de las fuentes de emisión de dióxido de carbono. Las reacciones químicas de la carbonatación mineral también son termodinámicamente favorables, con una liberación exotérmica de energía debida a la formación de los carbonatos. Los minerales de silicato en bruto necesarios para la carbonatación mineral son abundantes y están ampliamente distribuidos en todo el mundo. Estos minerales pueden extraerse fácilmente y someterse a tecnologías de conminución y otros procesos conocidos. En general, son inocuos y los riesgos ambientales y de seguridad asociados son fácilmente gestionables. En particular, se ha estimado que el mineral de silicato de magnesio conocido como serpentinitas está disponible en cantidades suficientes para secuestrar todas las emisiones mundiales de dióxido de carbono derivadas de las reservas conocidas de combustibles fósiles.

[0017] Los denominados procesos de carbonatación de una sola etapa, tal como el descrito por O’Connor et al., 2005, Aqueous Mineral Carbonation: Mineral Availability, Pre-treatment, Reaction Parametrics and Process Studies, DOE/ARC-TR-04-002-Albany Research Center, Albania, OR, EE. UU., comprenden la disolución del magnesio del mineral activado y la precipitación del carbonato de magnesio en una sola etapa, produciendo así una mezcla de mineral no reaccionado, carbonato de magnesio y sílice. Esta mezcla es difícil de separar en productos viables. El grado de conversión del magnesio en carbonato de magnesio también es limitado.

[0018] Los denominados procesos de carbonatación de dos etapas o multietapa comprenden etapas separadas de disolución de magnesio y precipitación de carbonato de magnesio. La etapa de disolución de magnesio usa una corriente gaseosa que contiene dióxido de carbono (CO<2>). Diversos autores han descrito dichos procesos, incluyendo Mercier et al. (documento US 9440189B2) y el documento de Werner et al., Flue gas CO<2>mineralization using thermally activated serpentine: from single- to double-step carbonation, Physical Chemistry Chemical Physics 16 (2014) 24978-24993. Otros procesos de dos o múltiples etapas se describen en los documentos US2016/332114A1, US4260192A o US2008/0299024A1.

[0019] Los procesos multietapa existentes para la carbonatación de minerales aún no son suficientemente eficientes para su aplicación industrial, ya sea debido a bajas velocidades de disolución o precipitación, o bien a altos costes energéticos y de proceso.

[0020] En este contexto, sería deseable proporcionar un nuevo proceso integrado que permita secuestrar el CO<2>en forma de carbonato y producir productos ricos en sílice de manera más eficiente que los descritos anteriormente.

[0021] Compendio de la invención

[0022] La presente invención tiene por objeto proporcionar un proceso para la captura y el secuestro permanente y seguro del gas de dióxido de carbono, al tiempo que se obtienen productos de valor económico. La presente invención se refiere, en particular, a un proceso integrado eficiente y económicamente viable para la conversión química del dióxido de carbono y de materias primas de silicato de magnesio en carbonatos y silicatos sólidos, permitiendo así reducir la cantidad de dióxido de carbono emitido a la atmósfera, al tiempo que se producen productos de utilidad y valor económico, en especial carbonatos de magnesio y sílice. Esta utilización de los productos clasifica el proceso objeto de la invención como un proceso de captura, secuestro y utilización de dióxido de carbono (Carbon dioxide Capture, Sequestration and Utilization, CCSU), a diferencia de CCS. La presente invención proporciona un proceso integrado de captura, secuestro y utilización de dióxido de carbono según la reivindicación 1, que comprende:

[0023] a) proporcionar una suspensión acuosa comprendiendo un líquido acuoso y un sólido particulado comprendiendo un mineral de silicato de magnesio activado;

[0024] b) en una etapa de disolución, poner en contacto una corriente gaseosa que contiene CO<2>con la suspensión acuosa a una primera presión, con el fin de disolver magnesio a partir del mineral de silicato de magnesio activado, para proporcionar una suspensión

[0025] comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio; y

[0026] c) en una etapa de precipitación, precipitar carbonato de magnesio a partir de los iones de magnesio disueltos en la etapa b) mediante múltiples reducciones sucesivas de presión por etapas, siendo cada etapa a una presión inferior a la de la etapa anterior;

[0027] en donde cada reducción sucesiva de presión por etapas libera CO<2>, el cual es correspondientemente comprimido por etapas y reciclado de nuevo a la etapa de disolución.

[0028] La presente invención proporciona también un sistema de reactor adaptado para realizar los procesos de la presente invención según la reivindicación 13. El sistema de reactor comprende dos o más reactores de precipitación, cada uno de los cuales está adaptado para llevar a cabo la reducción de presión por etapas, permitiendo al mismo tiempo la recuperación del carbonato de magnesio precipitado. El sistema de reactor comprende además uno o más reactores de disolución. Cuando se usa más de un reactor de disolución, los reactores de disolución pueden funcionar a su vez a presiones progresivamente mayores.

[0029] A lo largo de esta memoria descriptiva y las reivindicaciones que se proporcionan a continuación, a menos que el contexto requiera lo contrario, se entenderá que la palabra "comprender", y variaciones tales como "comprende" y "comprendiendo", implican la inclusión de un número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas indicado, pero no la exclusión de cualquier otro número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas.

[0030] Breve descripción de los dibujos

[0031] Las realizaciones de la presente invención se ilustran con referencia a los dibujos adjuntos no limitativos, donde la Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra el proceso del Ejemplo 1, la Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra el proceso del Ejemplo 2 y la Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra el proceso del Ejemplo 3.Descripción detallada de la invención

[0032] Según la invención, los iones de magnesio se obtienen en un líquido acuoso mediante la disolución a partir de un mineral activado en forma particulada.

[0033] La presente invención emplea una etapa inicial de disolución donde una suspensión acuosa que contiene un mineral de silicato de magnesio activado (en forma particulada) se pone en contacto con una corriente gaseosa que contiene CO<2>bajo presión. Esto disuelve el magnesio del mineral, obteniéndose así una suspensión comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio. El magnesio disuelto en esta etapa de disolución, y eventualmente en una o más etapas de disolución adicionales, se usa para la precipitación del carbonato de magnesio.

[0035] La reacción de disolución genera iones de magnesio en disolución acuosa, junto con contraiones de carbonato y bicarbonato. Cuando se usan etapas de disolución distintas (reactores), el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio producido en cada etapa (reactor) puede combinarse antes de la etapa de precipitación. Sin embargo, esto no es esencial.

[0037] En el contexto de la presente invención, el término carbonatación mineral se refiere al proceso global donde el dióxido de carbono reacciona con el magnesio procedente de una materia prima mineral de silicato de magnesio activado para formar carbonatos de magnesio y sílice. La referencia al mineral de silicato de magnesio activado se refiere al mineral de silicato de magnesio que se ha activado mediante molienda o calentamiento o ambos. En la invención, las reacciones tienen lugar en medios acuosos, de modo que el magnesio es lixiviado del silicato de magnesio hacia el líquido acuoso en una o más etapas de disolución, y el carbonato de magnesio precipita a partir de al menos uno de dichos líquidos en dos o más etapas de precipitación.

[0039] La referencia a una etapa de disolución se refiere a una etapa de proceso en donde los iones metálicos (de magnesio) son lixiviados del mineral sólido hacia el líquido acuoso. La referencia a líquido acuoso incluye líquidos en donde el agua constituye el componente mayoritario (más del 50 % en masa). El líquido acuoso puede contener como componente minoritario (menos del 50 % en masa) especies disueltas, tales como sólidos o líquidos miscibles en agua. Se incluyen en esta invención agua de mar, salmueras y disoluciones salinas. La referencia a un líquido acuoso también abarca especies gaseosas tales como el CO<2>disuelto en agua. La referencia a un líquido acuoso abarca además un ácido o una sal ácida disuelta en agua. El líquido acuoso puede contener una combinación de componentes tal como se describe en esta invención.

[0041] Por supuesto, el líquido acuoso también contiene un sólido particulado no disuelto. El sólido particulado comprende al menos mineral de silicato de magnesio activado. Ese sólido particulado presente en el líquido acuoso proporciona la suspensión acuosa. Uno o más de otros sólidos particulados también pueden estar presentes en el líquido acuoso. El sólido particulado en general estará en un estado de suspensión dentro del líquido acuoso.

[0043] La referencia a líquido(s) acuoso(s) carbonatado(s) enriquecido(s) en iones de magnesio incluye líquidos donde los iones de magnesio están en solución junto con contraiones de bicarbonato y carbonato.

[0045] La corriente gaseosa que contiene CO<2>usada en la(s) etapa(s) de disolución puede proceder de una misma o distinta fuente. La corriente gaseosa puede comprender un gas de combustión procedente de un proceso de combustión de hidrocarburos, o bien puede ser una corriente relativamente pura de CO<2>capturado a partir de un proceso de combustión, oxidación o reformado de hidrocarburos, o de un proceso de tratamiento de gas natural. Dicha corriente puede comprender concentraciones de CO<2>en el intervalo de 2-100 % en volumen. Los procesos de captura son bien conocidos y pueden comprender el uso de aminas u otros absorbentes o adsorbentes de CO<2>, o bien membranas selectivas para separar el CO<2>del gas de combustión, o captura previa a la combustión, tal como en la denominada combustión con oxígeno. La corriente gaseosa que contiene CO<2>usada en una etapa de disolución puede comprender CO<2>liberado y reciclado a partir de una etapa de precipitación.

[0047] La referencia a una etapa de precipitación incluye procesos donde los iones de magnesio en el líquido acuoso se precipitan fuera de la disolución en forma de carbonato de magnesio sólido, que puede presentarse en forma de magnesita o de carbonato de magnesio hidratado, incluyendo hidromagnesita, dypingita y nesquehonita, o mezclas de las mismas. La precipitación se produce mediante múltiples reducciones sucesivas de presión por etapas (es decir, dos o más). Cada reducción de presión por etapas libera CO<2>y provoca la precipitación del carbonato de magnesio al incrementarse el pH. El CO<2>liberado en cada etapa se recomprime de forma correspondiente por etapas y se recicla nuevamente a la etapa de disolución. El CO<2>liberado en cada etapa puede volver a comprimirse hasta la presión de la etapa anterior o hasta la presión de la etapa de disolución.

[0048] Esta recompresión por etapas del CO<2>liberado reduce la energía total requerida para recomprimir todo el CO<2>de nuevo hasta la presión de la etapa de disolución. El enfriamiento de las corrientes comprimidas entre las etapas de recompresión reducirá aún más la energía total de recompresión requerida y facilitará la recuperación del agua o del vapor de agua arrastrado, el cual puede reciclarse al proceso en los puntos óptimos. La precipitación en cada etapa también puede facilitarse modificando una o más condiciones del proceso, tales como la temperatura.

[0050] En esta invención, a menos que el contexto aclare lo contrario, la referencia al carbonato de magnesio incluye formas hidratadas de carbonato de magnesio que incluyen hidromagnesita, dypingita y nesquehonita o mezclas de las mismas.

[0051] El sólido particulado inicial usado como materia prima en el proceso de la invención comprende un mineral de silicato de magnesio activado, tal como olivino, serpentinita, dunita o mezclas de los mismos. El sólido puede molerse hasta obtener tamaños de partícula tales que el diámetro (D<50>) medio en masa se encuentre en el intervalo de 5 a 250 micrómetros, preferiblemente de 20 a 150 micrómetros. Antes o después de la molienda, el mineral puede calentarse para activarlo para su disolución. Algunas materias primas pueden no requerir calentamiento, siendo suficientemente activadas mediante molienda, comprendiendo así un mineral de silicato de magnesio activado.

[0053] El mineral de silicato de magnesio puede activarse calentando el mineral particulado a una temperatura elevada, por ejemplo, dentro del intervalo de 570 °C a 700 °C, para formar un sólido particulado activado comprendiendo silicato de magnesio deshidroxilado. El sólido particulado activado comprende silicato de magnesio deshidroxilado y se enfría normalmente por debajo de 200 °C antes de mezclarse con un líquido acuoso (por ejemplo, agua) para obtener una suspensión acuosa. En esta realización, el calor procedente del sólido activado calentado puede recuperarse para un uso beneficioso, tal como calentar otra corriente del proceso o producir vapor para la generación de energía eléctrica.

[0055] El residuo sólido empobrecido en magnesio procedente de cualquier etapa de disolución puede someterse a un proceso de separación magnética en húmedo para extraer una porción rica en hierro del mismo. Esa porción rica en hierro puede extraerse antes de cualquier procesamiento posterior y representa un producto de valioso.

[0056] El residuo sólido empobrecido en magnesio procedente de cualquier etapa de disolución puede recuperarse del proceso, y la sílice contenida en dicho residuo puede recuperarse como otro producto valioso, haya sido o no sometido a separación magnética. El residuo sólido empobrecido en magnesio puede someterse a un tratamiento químico, por ejemplo, lixiviación ácida, con el fin de purificar la sílice contenida en el mismo.

[0057] Las presiones, temperaturas u otras condiciones de operación de cada etapa del proceso pueden variarse para optimizar las reacciones en cada etapa. Las presiones absolutas pueden mantenerse en el intervalo de 5 kPa a 20 000 kPa, y las temperaturas en el intervalo de 10 °C a 200 °C. Preferiblemente, las presiones en cada etapa de disolución se encuentran en el intervalo de 100 a 20000 kPa, y las temperaturas en el intervalo de 20 °C a 185 °C. Preferiblemente, las presiones en las etapas de precipitación son inferiores a las de la(s) etapa(s) de disolución y se encuentran en el intervalo de 5 a 5000 kPa, y las temperaturas se encuentran en el intervalo de 20 °C a 150 °C. Las presiones en cada etapa de precipitación son inferiores a las de la etapa anterior. Las temperaturas u otras condiciones de operación también pueden variarse para optimizar la disolución o la precipitación que tiene lugar en cada etapa.

[0059] En una realización, la invención proporciona un proceso donde se obtiene un líquido carbonatado enriquecido en iones de magnesio disolviendo un mineral de silicato de magnesio activado en uno o más reactores alimentados con una corriente gaseosa de entrada que contiene CO<2>a presión superior a la atmosférica, y posteriormente, en dos o más etapas de precipitación, se induce una variación del pH del líquido mediante la eliminación del CO<2>disuelto al reducir la presión del líquido, precipitándose así el carbonato de magnesio. La presión se reduce progresivamente en cada etapa de precipitación, siendo cada etapa de presión absoluta inferior a la de la etapa anterior. Cada reducción de presión por etapas libera CO<2>y provoca la precipitación del carbonato de magnesio al incrementarse el pH. El CO<2>liberado en cada etapa se recomprime de forma correspondiente por etapas y se recicla nuevamente a la etapa de disolución. El CO<2>liberado en cada etapa puede volver a comprimirse hasta la presión de la etapa anterior o hasta la presión de la etapa de disolución.

[0060] En una realización, la invención proporciona un proceso donde se obtiene un líquido carbonatado enriquecido en iones de magnesio disolviendo un silicato de magnesio activado en uno o más reactores alimentados con una corriente gaseosa de entrada que contiene CO<2>a presión cercana, igual o superior a la atmosférica, y posteriormente, en dos o más etapas de precipitación separadas, se induce una variación del pH de la disolución mediante la eliminación del CO<2>disuelto aplicando un vacío parcial o una presión subatmosférica en al menos una de las etapas de precipitación, precipitándose así el carbonato de magnesio. La presión se reduce progresivamente en cada etapa de precipitación, siendo cada etapa de presión absoluta inferior a la de la etapa anterior. Cada reducción de presión por etapas libera CO<2>y provoca la precipitación del carbonato de magnesio al incrementarse el pH. El CO<2>liberado en cada etapa se recomprime de forma correspondiente por etapas y se recicla nuevamente a la etapa de disolución. El CO<2>liberado en cada etapa puede volver a comprimirse hasta la presión de la etapa anterior o hasta la presión de la etapa de disolución. Esta recompresión por etapas del CO<2>liberado reduce la energía total requerida para recomprimir todo el CO<2>de nuevo hasta la presión de la etapa de disolución. El enfriamiento de las corrientes comprimidas entre las etapas de recompresión reducirá aún más la energía total de recompresión requerida y facilitará la recuperación del agua o del vapor de agua arrastrado, el cual puede reciclarse al proceso en los puntos óptimos.

[0062] En una de dichas realizaciones, el CO<2>liberado de una etapa de precipitación se comprime hasta la presión de la etapa de precipitación anterior y se mezcla con el CO<2>liberado en dicha etapa anterior antes de su posterior compresión y reciclado a la etapa de disolución. En una de dichas realizaciones, se proporciona enfriamiento entre cada punto de compresión con el fin de reducir la energía necesaria para la compresión posterior. El agua condensada por enfriamiento después de cada punto de compresión puede extraerse de la corriente gaseosa y reciclarse de nuevo al proceso.

[0064] Las ventajas proporcionadas por la invención pueden derivarse de:

[0066] • la recuperación de corrientes gaseosas sustancialmente puras de CO<2>procedentes de las etapas de precipitación, que pueden reciclarse nuevamente a una etapa de disolución, proporcionando así mayores concentraciones de CO<2>para la disolución en comparación con una corriente gaseosa de entrada de gases de combustión;

[0068] • ahorros energéticos significativos en la recompresión de dichas corrientes debido a las reducciones de presión por etapas en las etapas de precipitación. Se requiere menos energía total para recomprimir el CO<2>liberado en cada etapa que la que se necesitaría si todo el CO<2>se liberara en una sola etapa de precipitación con una reducción de presión de una sola etapa. El CO2 liberado en cada etapa, que comprende solo una porción del CO<2>total liberado, puede además recomprimirse únicamente desde su propia presión hasta la presión de la etapa de compresión anterior, en lugar de recomprimir todo el CO<2>liberado desde la presión más baja final hasta la presión de la etapa de disolución. Por lo tanto, las presiones de operación de las etapas de precipitación y recompresión pueden seleccionarse de manera que optimicen la precipitación al tiempo que minimizan la energía total de recompresión; y

[0070] • el enfriamiento interetapas de las corrientes de CO<2>recomprimidas entre etapas, que proporciona además una reducción adicional de la energía de recompresión requerida, así como la recuperación del agua o del vapor de agua arrastrado, que puede reincorporarse al proceso en los puntos más favorables. Estos puntos de reincorporación pueden seleccionarse de forma que optimicen las temperaturas y las concentraciones de la suspensión dentro del proceso.

[0072] En una realización, la suspensión procedente de un reactor de disolución se somete a un proceso de separación en un separador, que separa sustancialmente los sólidos de los líquidos, dividiendo así la suspensión en una corriente comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio, y una corriente comprendiendo el residuo sólido empobrecido en magnesio. La corriente comprendiendo el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio se introduce en los reactores de precipitación.

[0074] En otra realización, la presente invención proporciona un sistema de reactor adaptado para llevar a cabo los procesos de la presente invención. El sistema de reactor comprende uno o más reactores de disolución y uno o más reactores de precipitación, adaptados para realizar la reducción de presión por etapas, así como la recuperación del CO<2>liberado y de los carbonatos de magnesio precipitados.

[0076] En una realización adicional, el sistema puede comprender más de un reactor de disolución y más de un reactor de precipitación, dispuestos en configuración en serie o en paralelo, junto con operaciones unitarias de pretratamiento y postratamiento, tales como intercambio de calor y procesos de separación líquido/sólido o líquido/gas. En este caso, el dióxido de carbono liberado en los reactores de desgasificación/precipitación correspondientes puede reciclarse a uno o más reactores de disolución, a diferentes presiones de operación y, opcionalmente, con otras condiciones de proceso, para aumentar la eficiencia del proceso. En realizaciones, una corriente concentrada de CO<2>puede reaccionar con la materia prima mineral activada en reactores independientes o reciclarse a uno o más reactores de disolución, para formar carbonato de magnesio a través de las etapas sucesivas de desgasificación/precipitación, maximizando así la formación de carbonato de magnesio como producto valioso de la invención.

[0078] La presente invención puede ofrecer mejoras significativas con respecto a los procesos anteriores de carbonatación mineral, haciendo que el proceso global sea más favorable desde el punto de vista energético y económico de lo que cabría esperar, y por tanto más competitivo que los procesos conocidos. Por lo tanto, la presente invención puede proporcionar un medio más favorable de conversión de dióxido de carbono en carbonatos de magnesio estables, permitiendo así una reducción en la cantidad de dióxido de carbono emitido a la atmósfera. Las realizaciones de la invención se pueden implementar en condiciones de operación energéticamente ventajosas (incluyendo las de presión y temperatura) en comparación con las condiciones usadas convencionalmente en la carbonatación mineral ex situ. Las realizaciones de la invención pueden implementarse usando corrientes gaseosas que contienen dióxido de carbono con niveles de impurezas ácidas y/o de otro tipo superiores a los que han permitido los procesos convencionales.

[0080] A continuación se describirán realizaciones de la presente invención con referencia a los siguientes ejemplos.

[0081] Ejemplo 1

[0083] La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del proceso que ilustra realizaciones de la invención. Por simplicidad, se han omitido los intercambiadores de calor intermedios, bombas y otras unidades de proceso. Los expertos en la materia entenderán que dichas unidades intermedias se requieren en determinados puntos del proceso.

[0084] La Figura 1 muestra un proceso con una única etapa de disolución y dos etapas de precipitación. Se muestra un proceso (1) de activación en donde la materia prima de mineral de silicato de magnesio se calienta para producir un mineral de silicato de magnesio activado; un depósito (2) de preparación de suspensión, donde el agua se mezcla con el mineral de silicato de magnesio activado para obtener una suspensión acuosa del mineral activado; y un reactor (4) de disolución, donde la suspensión se pone en contacto con una corriente (3) gaseosa que contiene CO<2>bajo presión. En este caso, la corriente gaseosa que contiene CO<2>comprende CO<2>relativamente puro procedente de un proceso de captura de gases de combustión, y se presuriza a 600 kPa. La temperatura en el reactor de disolución es de 50 °C. En este caso, la materia prima de mineral de silicato de magnesio presenta un diámetro medio en masa de partícula de 37 micrómetros. La suspensión que sale del recipiente (4) del reactor de disolución pasa a un separador (5), que separa sustancialmente la suspensión en un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio. El residuo sólido puede constituir una primera corriente de producto y puede someterse a un procesamiento adicional, por ejemplo, mediante separación magnética para recuperar hierro o mediante lixiviación ácida.

[0086] El líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio procedente del separador (5) se introduce en un primer reactor (6) de precipitación, donde se produce la precipitación del carbonato de magnesio al reducirse la presión a 200 kPa. La temperatura en el primer reactor de precipitación es de 70 °C. El gas de CO<2>liberado debido a la despresurización se recomprime (7) y se recicla de nuevo al reactor (4) de disolución. La suspensión que sale del primer reactor (6) de precipitación pasa a un separador (5A), que separa sustancialmente el carbonato de magnesio precipitado del líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio.

[0088] El líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio procedente del separador (5A) se introduce en un segundo reactor (6A) de precipitación, donde se produce una precipitación adicional de carbonato de magnesio al reducirse aún más la presión hasta 50 kPa. La temperatura en el segundo reactor de precipitación es de 85 °C. El gas CO<2>adicional liberado debido a la despresurización se recomprime (7A) y se mezcla con el CO<2>liberado del primer reactor (6) de precipitación antes de ser posteriormente comprimido (7) y reciclado al reactor (4) de disolución. La suspensión que sale del segundo reactor (6A) de precipitación pasa a un separador (5B), que separa sustancialmente el carbonato de magnesio precipitado del líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio. El líquido restante que contiene iones de magnesio se recicla de nuevo al depósito (2) de preparación de suspensión.

[0090] Ejemplo 2

[0092] La Figura 2 muestra un diagrama de flujo del proceso que ilustra realizaciones adicionales de la invención. Por simplicidad, se han omitido los intercambiadores de calor intermedios, bombas y otras unidades de proceso. Los expertos en la materia entenderán que dichas unidades intermedias se requieren en determinados puntos del proceso.

[0094] La Figura 2 muestra un proceso (1) de activación, en donde la materia prima de mineral de silicato de magnesio se calienta y se muele para producir un mineral de silicato de magnesio activado con un diámetro medio en masa de partícula de 45 micrómetros, un depósito (2) de preparación de suspensión, donde el agua se mezcla con el mineral de silicato de magnesio activado para formar una suspensión acuosa del mineral activado, y un primer reactor (4) de disolución, donde la suspensión se pone en contacto con una corriente gaseosa que contiene CO<2>que ha sido comprimida (3). Aquí, la corriente gaseosa que contiene CO<2>comprende un gas de combustión y se presuriza a 1000 kPa, alcanzando una presión parcial de CO<2>de 80 kPa. La temperatura en el reactor de disolución es de 50 °C. La suspensión que sale del primer reactor (4) de disolución comprende un líquido carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio. En el segundo reactor (4A) de disolución, se disuelve adicionalmente magnesio del mineral. Aquí la presión parcial de CO<2>es de 600 kPa y la temperatura es de 60 °C. La suspensión que sale del segundo reactor de disolución se introduce en una unidad (5) de separación, donde el líquido acuoso se separa del residuo sólido, que comprende un producto rico en sílice. El líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio separado se introduce en una serie de reactores (6) y (6A) de precipitación donde se produce la precipitación del carbonato de magnesio.

[0096] En este ejemplo, el gas de CO<2>se libera progresivamente de los reactores (6 y 6A) de precipitación mediante dos reducciones de presión sucesivas por etapas, provocando un aumento progresivo del pH del líquido e induciendo la precipitación del carbonato de magnesio a partir del líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio. El CO<2>liberado se recomprime (7A y 7B) y se recircula al segundo reactor (4A) de disolución a una presión de 600 kPa. En el primer reactor (6) de precipitación la presión se reduce a 200 kPa. La temperatura en el primer reactor de precipitación es de 60 °C. La suspensión que sale del primer reactor (6) de precipitación pasa a un separador (5A), que separa sustancialmente el carbonato de magnesio precipitado del líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio.

[0097] El líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio procedente del separador (5A) se introduce en un segundo reactor (6A) de precipitación, donde se produce una precipitación adicional de carbonato de magnesio al reducirse aún más la presión hasta la presión absoluta de 50 kPa mediante la aplicación de un vacío parcial. La temperatura en el segundo reactor de precipitación es de 65 °C. El gas CO<2>liberado debido a la despresurización se recomprime (7B) y se recicla de nuevo al reactor (4A) de disolución.

[0099] En este ejemplo, se obtiene una corriente de producto procedente del separador (5) que comprende sólidos enriquecidos en sílice. Esta corriente puede someterse a un tratamiento adicional para obtener productos de alto valor. En particular, puede someterse a un proceso de separación magnética en húmedo para eliminar una fracción rica en hierro, la cual puede constituir un producto valioso. La fracción restante rica en sílice puede ser otro producto valioso o someterse a un proceso o purificación adicionales, por ejemplo mediante lixiviación ácida de los metales residuales. Se obtienen otras corrientes de producto a partir de los separadores (5A y 5B) situados después de los reactores (6 y 6A) de precipitación, separando la suspensión procedente de los reactores de precipitación en una corriente rica en sólidos y una corriente rica en líquido. Las corrientes separadas ricas en sólidos comprenden carbonato de magnesio hidratado comprendiendo nesquehonita, lo que constituye otro producto valioso. Las corrientes ricas en líquido se devuelven al proceso.

[0101] Ejemplo 3

[0103] La Figura 3 muestra un diagrama de flujo del proceso que ilustra realizaciones adicionales de la invención. Por simplicidad, se han omitido los intercambiadores de calor intermedios, bombas y otras unidades de proceso. Los expertos en la materia entenderán que dichas unidades intermedias se requieren en determinados puntos del proceso.

[0105] La Figura 3 muestra un proceso (1) de activación, en donde la materia prima de mineral de silicato de magnesio se calienta y se muele para producir un mineral de silicato de magnesio activado con un diámetro medio en masa de partícula de 45 micrómetros, un depósito (2) de preparación de suspensión, donde el agua se mezcla con el mineral de silicato de magnesio activado para formar una suspensión acuosa del mineral activado, y un primer reactor (4) de disolución, donde la suspensión se pone en contacto con una corriente gaseosa que contiene CO<2>que ha sido comprimida (3). Aquí, la corriente gaseosa que contiene CO<2>comprende un gas de combustión y se presuriza a 1000 kPa, alcanzando una presión parcial de CO<2>de 80 kPa. La temperatura en el primer reactor (4) de disolución es de 40 °C. La suspensión que sale del primer reactor (4) de disolución comprende un líquido carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio. En el segundo reactor (4A) de disolución, se disuelve adicionalmente magnesio del mineral. Aquí la presión parcial de CO<2>es de 600 kPa y la temperatura es de 50 °C. La suspensión que sale del segundo reactor de disolución se introduce en una unidad (5) de separación, donde el líquido acuoso se separa del residuo sólido, que comprende un producto rico en sílice. El líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio separado se introduce en una serie de reactores (6) y (6A) de precipitación donde se produce la precipitación del carbonato de magnesio.

[0107] En este ejemplo, el gas de CO<2>se libera progresivamente de los reactores (6 y 6A) de precipitación mediante reducciones de presión sucesivas por etapas, provocando un aumento progresivo del pH del líquido e induciendo la precipitación del carbonato de magnesio a partir del líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio. En el primer reactor (6) de precipitación la presión se reduce a 200 kPa. La temperatura en el primer reactor de precipitación es de 60 °C. La suspensión que sale del primer reactor (6) de precipitación se introduce en una unidad (5A) de separación, donde el líquido acuoso se separa sustancialmente del sólido, el cual comprende un producto de carbonato de magnesio hidratado.

[0109] El líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio procedente del separador (5A) se introduce en un segundo reactor (6A) de precipitación, donde se produce una precipitación adicional de carbonato de magnesio al reducirse aún más la presión hasta la presión absoluta de 50 kPa mediante la aplicación de un vacío parcial. La temperatura en el segundo reactor de precipitación es de 65 °C.

[0111] El CO<2>liberado del segundo reactor (6A) de precipitación se recomprime (7B) hasta la presión del primer reactor (6) de precipitación y se mezcla con el CO<2>liberado del primer reactor (6) de precipitación. El CO<2>mezclado se recomprime (7A) hasta la presión del segundo reactor (4A) de disolución y se mezcla con el CO<2>liberado del segundo reactor (4A) de disolución. Este ejemplo incluye unidades (8) y (8A) de enfriamiento entre las etapas (7B) y (7A) de compresión y entre (7A) y (7). El agua condensada se extrae de estas unidades de enfriamiento y puede recircularse nuevamente al proceso, por ejemplo, al depósito (2) de preparación de suspensión.

[0113] La suspensión que sale del primer reactor (6) de precipitación pasa a un separador (5A), que separa sustancialmente el carbonato de magnesio precipitado del líquido acuoso restante que contiene iones de magnesio.

[0114] En este ejemplo, se obtiene una corriente de producto procedente del separador (5) que comprende sólidos enriquecidos en sílice. Esta corriente puede someterse a un tratamiento adicional para obtener productos de alto valor. En particular, puede someterse a un proceso de separación magnética en húmedo para eliminar una fracción rica en hierro, la cual puede constituir un producto valioso. La fracción restante rica en sílice puede ser otro producto valioso o someterse a un proceso o purificación adicionales, por ejemplo mediante lixiviación ácida de los metales residuales. Se obtienen otras corrientes de producto a partir de los separadores (5A y 5B) situados después de los reactores (6 y 6A) de precipitación, separando la suspensión procedente de los reactores de precipitación en una corriente rica en sólidos y una corriente rica en líquido. Las corrientes separadas ricas en sólidos comprenden carbonato de magnesio hidratado, lo que constituye otro producto valioso. Las corrientes ricas en líquido se devuelven al proceso. Aunque este ejemplo muestra dos etapas de precipitación, es posible usar más de dos etapas de este tipo, siendo cada etapa a una presión inferior a la de la etapa anterior. Al igual que en el caso de dos etapas, el CO<2>liberado en cada etapa puede recomprimirse y reciclarse a una etapa de disolución.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un proceso integrado para la captura, secuestro y utilización de dióxido de carbono, que comprende:

a) proporcionar una suspensión acuosa comprendiendo un líquido acuoso y un sólido particulado comprendiendo un mineral de silicato de magnesio activado;

b) en una etapa de disolución, poner en contacto una corriente gaseosa que contiene CO<2>con la suspensión acuosa a una primera presión, con el fin de disolver magnesio a partir del mineral de silicato de magnesio activado, para proporcionar una suspensión comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio; y

c) en una etapa de precipitación, precipitar carbonato de magnesio a partir de los iones de magnesio disueltos en la etapa b) mediante múltiples reducciones sucesivas de presión por etapas, siendo cada etapa a una presión inferior a la de la etapa anterior; en donde cada reducción sucesiva de presión por etapas libera CO2, el cual es correspondientemente comprimido por etapas y reciclado de nuevo a la etapa de disolución.

2. El proceso integrado según la reivindicación 1, en donde el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio se obtiene disolviendo el mineral de silicato de magnesio activado en uno o más reactores alimentados con una corriente gaseosa de entrada que contiene CO<2>a presión superior a la atmosférica y, posteriormente, en dos o más etapas de precipitación, se induce una variación del pH en el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio mediante la eliminación del CO<2>disuelto al reducirse la presión del líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio, precipitándose así el carbonato de magnesio.

3. El proceso integrado según la reivindicación 1, en donde el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio se obtiene disolviendo el mineral de silicato de magnesio activado en uno o más reactores alimentados con una corriente gaseosa de entrada que contiene CO<2>a presión cercana, igual o superior a la atmosférica, y posteriormente, en dos o más etapas de precipitación separadas, se induce una variación del pH de la disolución mediante la eliminación del CO<2>disuelto aplicando un vacío parcial o una presión subatmosférica en al menos una de las etapas de precipitación, precipitándose así el carbonato de magnesio.

4. El proceso integrado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la etapa de disolución se realiza en un reactor de disolución, y la suspensión que sale del reactor de disolución se somete a un proceso de separación en un separador, que separa sustancialmente los sólidos de los líquidos, dividiendo así la suspensión en una corriente de suspensión comprendiendo el líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio, y una corriente de suspensión comprendiendo el residuo sólido empobrecido en magnesio.

5. El proceso integrado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la presión en cada etapa de disolución se encuentra en el intervalo de 100 a 20000 kPa y las temperaturas se encuentran en el intervalo de 20 °C a 185 °C.

6. El proceso integrado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde una corriente comprendiendo CO<2>liberado de cualquier reducción por etapas en la presión se comprime y se mezcla con una corriente comprendiendo CO<2>liberado de cualquier etapa anterior antes de ser posteriormente comprimida y reciclada nuevamente a la etapa de disolución.

7. El proceso integrado según la reivindicación 6, en donde una corriente comprendiendo CO<2>que se ha comprimido se enfría antes de mezclarse con una corriente comprendiendo CO<2>liberado de cualquier etapa anterior antes de ser posteriormente comprimida y reciclada nuevamente a la etapa de disolución.

8. El proceso integrado según la reivindicación 7, en donde el enfriamiento condensa el vapor de agua arrastrado.

9. El proceso integrado según la reivindicación 8, en donde el agua condensada se recicla de nuevo al proceso integrado.

10. El proceso integrado según la reivindicación 4, en donde el residuo sólido empobrecido en magnesio se somete a un proceso de separación magnética en húmedo para extraer una porción rica en hierro del mismo.

11. El proceso integrado según la reivindicación 4, en donde el residuo sólido empobrecido en magnesio se somete a un tratamiento químico para purificar la sílice contenida en el mismo.

12. El proceso integrado según la reivindicación 11, en donde el tratamiento químico es una lixiviación ácida.

13. Un sistema de reactor adaptado para realizar los procesos de la reivindicación 1, en donde el sistema de reactor comprende uno o más reactores (4) de disolución y dos o más reactores (6) de precipitación:

los uno o más reactores (4) de disolución están configurados para poner en contacto una corriente (3) gaseosa que contiene CO<2>con una suspensión acuosa comprendiendo un líquido acuoso y un sólido particulado comprendiendo un mineral de silicato de magnesio activado, a una primera presión, para disolver magnesio a partir del mineral de silicato de magnesio activado, obteniendo una suspensión comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio y un residuo sólido empobrecido en magnesio; y

los dos o más reactores (6) de precipitación están configurados para (i) precipitar carbonato de magnesio a partir de los iones de magnesio contenidos en la suspensión comprendiendo un líquido acuoso carbonatado enriquecido en iones de magnesio, mediante múltiples reducciones sucesivas de presión por etapas, siendo cada etapa (a) a una presión inferior a la de la etapa anterior y (b) liberando CO<2>, el cual se comprime correspondientemente por etapas y se recicla nuevamente al reactor (4) de disolución, y (ii) recuperar el CO<2>liberado y el carbonato de magnesio precipitado.