ES3058152T3 - Process of recovering carbon dioxide for enriching the gas streams used for producing sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate by solvay process - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a mejoras en el proceso integrado para la producción de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio mediante el proceso amoniaco-sosa. En particular, la invención se refiere al método y sistema utilizados para la eliminación de dióxido de carbono de los gases de proceso mediante absorción química y el uso del dióxido de carbono recuperado en la producción de sosa mediante el proceso amoniaco-sosa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Proceso de recuperación de dióxido de carbono para enriquecer las corrientes de gas utilizadas para producir carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio mediante el proceso Solvay

[0003] Campo de la invención

[0004] Esta invención se refiere a mejoras en el proceso integrado para producir carbonato de sodio mediante el proceso de amoniaco Solvay (también denominado proceso de amoniaco-sosa).En particular, la invención se refiere al método utilizado para eliminar el dióxido de carbono de los gases del proceso por el método de la amina y al uso del dióxido de carbono eliminado en la producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa.

[0005] Estado de la técnica

[0006] La sosa calcinada (carbonato de sodio, Na<2>CO<3>) se usa en muchas ramas de la industria, incluida la fabricación de vidrio, química (detergentes), metalúrgica, papelera y muchas más. La mayor parte de la sosa se produce mediante el proceso de amoniaco-sosa.

[0007] En las realizaciones del proceso de amoniaco-sosa, muchas corrientes de gases del proceso contienen dióxido de carbono sin reaccionar. Uno de ellos es el gas que sale de los depuradores, es decir, las columnas para lavar los gases de las columnas de carbonatación, que se emiten a la atmósfera y contienen entre 8-16 % de CO<2>. El dióxido de carbono puede absorberse para reducir la corriente emitida. La corriente de dióxido de carbono también se puede reutilizar en el proceso de producción de sosa para mejorar el rendimiento del proceso. En la Fig. 1 se presenta un diagrama de flujo simplificado de la planta.

[0008] La fuente de dióxido de carbono y cal viva en el proceso de producción de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio son la piedra caliza y un combustible utilizado para su descomposición. El calor necesario para la descomposición de la piedra caliza proviene de la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. El dióxido de carbono y la cal viva se forman como resultado de la reacción de descomposición del carbonato de calcio, según la siguiente reacción:

[0009] CaCO<3>→ CaO CO<2>,

[0010] El gas de horno generado que contiene aproximadamente 40 % en volumen de CO<2>se transporta a través de un colector(154)utilizando compresores(105)a las columnas de carbonatación(104). La precipitación del hidrogenocarbonato de sodio en bruto se produce durante la carbonatación (saturación con dióxido de carbono) de la salmuera amoniacal. En general, se puede suponer que el proceso de carbonatación de la salmuera amoniacal se desarrolla según la siguiente reacción total:

[0011] NaCl NH<3>+ CO<2>+ H<2>O = NaHCO<3>+ NH<4>Cl

[0013] Esta es una reacción de equilibrio, en la que la conversión del cloruro de sodio en hidrogenocarbonato de sodio no es completa. A las columnas de carbonatación(104)se les suministra salmuera amoniacal(152)obtenida en la planta de absorción de amoniaco(102). La corriente de gas posterior a la reacción(155)de las columnas de carbonatación(104)se somete a purificación a partir de cantidades excesivas de CO<2>y NH<3>sin reaccionar. El proceso se produce en depuradores que cooperan en serie. El depurador(101)para lavar los gases de las columnas de carbonatación se rocía con salmuera purificada(150)para recuperar el amoniaco. El dióxido de carbono es prácticamente insoluble en salmuera purificada. El gas(156)que sale del depurador(101), que se emite a la atmósfera, contiene entre 8-16 % de CO<2>y cantidades traza de NH<3>.

[0014] El hidrogenocarbonato de sodio en bruto (bicarbonato en bruto)(153),que se precipita en columnas de carbonatación (104) y se separa de las aguas madre en filtros (no mostrados en la Fig.1), se somete a descomposición térmica en hornos de calcinación según la reacción:

[0015] 2 NaHCO<3>= Na<2>CO<3>+ CO<2>+ H<2>O,

[0016] y el carbonato de sodio obtenido es un producto listo: carbonato de sodio ligero. La sosa ligera puede considerarse un producto comercial o, tras un procesamiento posterior mediante hidratación y secado, o densificación, puede convertirse en sosa densa.

[0017] La carbonatación de la salmuera amoniacal es un proceso multi-etapa y comienza ya en la planta(102)de absorción de NH<3>. El proceso de saturación de la salmuera purificada(150)con amoniaco y dióxido de carbono contenidos en el gas(151)de la destilación se lleva a cabo según las siguientes reacciones:

[0018] NH<3>+ H<2>O = NH<40>H

[0019] 2 NH<3>+ CO<2>+ H<2>O = (NH<4>)<2>CO<3>

[0020] La corriente obtenida de salmuera amoniacal(152),después de enfriarse en el enfriador(103)a una temperatura de aproximadamente 32°C, se suministra a la planta de carbonatación.

[0021] Después de separar el hidrogenocarbonato de sodio en bruto en los filtros, las aguas madre restantes se someten al proceso de recuperación de amoniaco, llamado destilación. El carbonato de amonio y el hidrogenocarbonato de amonio se descomponen térmicamente, para producir amoniaco y dióxido de carbono como productos. La fuente de calor es vapor a baja presión. El amoniaco contenido en forma de cloruro de amonio se descompone utilizando lechada de cal (no se muestra en la Fig.1).

[0022] Los procesos de descomposición de las sales de amonio transcurren según las reacciones:

[0024] NH<4>HCO<3>+ Q = NH<3>+ CO<2>+H<2>O

[0026] (NH<4>)<2>CO<3>+ Q = 2 NH<3>+ CO<2>+ H<2>O

[0027] 2 NH<4>Cl Ca(OH)<2>= 2 NH<4>OH CaCl<2>

[0028] NH<4>OH Q = NH<3>+ H<2>O

[0029] Estas reacciones requieren calor Q, que se proporciona al proceso usando vapor.

[0030] El carbonato de sodio puede ser una materia prima para la producción de bicarbonato de sodio. La etapa principal de la preparación del bicarbonato de sodio es el proceso de carbonatación de la disolución de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio. Se lleva a cabo en una columna de carbonatación hecha a medida y consiste en saturar la disolución acuosa de carbonatos de sodio con dióxido de carbono gaseoso. El bicarbonato de sodio se forma según la reacción:

[0031] Na<2>CO<3>+ CO<2>+ H<2>O = NaHCO<3>

[0032] La absorción de dióxido de carbono en la columna no es completa y depende de la concentración de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio en las condiciones de operación del proceso. Como resultado, el gas que sale de las columnas de carbonatación contiene hasta un 30 % en volumen de CO<2>.

[0033] El funcionamiento de la planta de horno de cal y los parámetros alcanzados por esta planta son de vital importancia para la economía de todo el proceso de producción. Un parámetro especialmente importante es la concentración de CO<2>en el gas de horno producido, que normalmente varía entre 30-42 % en volumen. La concentración de CO<2>tiene un efecto importante sobre el consumo de energía para el transporte y la compresión de las corrientes gaseosas a las columnas de carbonatación en la producción de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio. Esto también afecta al rendimiento del proceso de carbonatación, al tamaño de los cristales del bicarbonato de sodio fabricado y a la humedad del mismo y, en consecuencia, es de importancia clave para el consumo de energía y materias primas en el proceso de producción. El funcionamiento tecnológico de los hornos de cal (incluida la concentración de CO<2>en el gas del horno) depende,entre otras cosas,de la calidad de las materias primas utilizadas en el proceso, es decir, la piedra caliza y el combustible. Entre las potenciales posibilidades de reducir el coste de la materia prima fundamental utilizada, en concreto, la piedra caliza, está,entre otras cosas,el uso de piedra caliza fina que tenga una granulación en el intervalo de 10-40 mm. Sin embargo, el uso de piedra caliza fina para el proceso de combustión de cal provoca una reducción de la concentración de CO<2>en el gas de horno obtenido hasta un 25-35 % en volumen, lo que es desventajoso desde el punto de vista del proceso de carbonatación en la producción de carbonato de sodio y en la producción de bicarbonato de sodio, ya que esto provoca un mayor consumo de energía y de materias primas. En resumen, las fuentes de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera comprenden: (1) la excesiva corriente de gas de la descomposición de la piedra caliza, así como las corrientes de gas de salida que contienen dióxido de carbono sin reaccionar de los procesos (2) de carbonatación de salmuera amoniacal y (3) carbonatación de la disolución de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio en la producción de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio en la producción de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio. El consumo incompleto de dióxido de carbono es el resultado de las condiciones de equilibrio de las reacciones químicas que ocurren en las columnas de carbonatación. El funcionamiento optimizado del proceso de producción produce una emisión de 0,2-0,4 toneladas de CO<2>al 100 %/tonelada de sosa (fuente: Documento de referencia sobre las mejores técnicas disponibles para la fabricación de productos químicos inorgánicos de gran volumen: industria de sólidos y otros, agosto de 2007, documento de la Comisión Europea).

[0034] Existen numerosos métodos destinados a limitar la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, incluidos los que comprenden la absorción de dióxido de carbono y el retorno al proceso de producción. Estos son, en particular, los métodos de absorción química, el método de absorción por variación de temperatura (TSA), el método de absorción por variación de presión (PSA), el método de destilación criogénica y el método de membrana.

[0035] Los métodos utilizados con mayor frecuencia para la absorción de CO<2>de los gases industriales son los métodos de absorción química. Los absorbentes utilizados son las disoluciones de aminas, por ejemplo, de monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), diglicolamina (DGA), N-metildietanolamina (MDEA), 2-amino-2-metilpropanol (AMP) o piperazina (PZ). Además de las disoluciones de amina, se pueden usar disoluciones acuosas de amoniaco.

[0036] El método de absorción de CO<2>que utiliza absorbentes de amina se ha desarrollado para eliminar los componentes ácidos, tales como H<2>S y CO<2>, del gas natural. Luego se ajustó para obtener dióxido de carbono de los gases de escape. La tecnología de absorción de CO<2>permite eliminar aproximadamente (75 - 96 %) de CO<2>y obtener una corriente de CO<2>muy pura (> 99 % en volumen).

[0037] El proceso de absorción y desorción de CO<2>en el método de amina puede llevarse a cabo dependiendo de los parámetros del gas que se va a purificar y del destino del gas obtenido en el intervalo de presión de 0,15 bar (abs) a 6 bar (abs).

[0038] Como se ilustra en la Fig.2, el sistema de proceso para eliminar el dióxido de carbono con el uso de disoluciones de amina se compone principalmente de dos partes, en concreto, la columna de absorción, en la que se elimina el dióxido de carbono de los gases de escape, y la columna de desorción, donde se produce la desorción del CO<2>y la regeneración del absorbente. Las disoluciones de amina absorben dióxido de carbono para formar compuestos químicos lábiles. El proceso de absorción de CO<2>se lleva a cabo en la columna de absorción(201),en la que se introducen los gases enfriados que contienen CO<2>(251)

desde la parte inferior, y la disolución acuosa de amina enfriada(252)que tiene un bajo contenido de CO<2>se introduce desde la parte superior. Los gases que se purifican en la columna de absorción(201)de CO<2>, antes de abandonarla, se lavan adicionalmente con agua(253)en la sección superior(202), lo que limita la emisión de compuestos volátiles junto con el gas purificado(254). El absorbente saturado de dióxido de carbono sale de la columna(201)y se calienta en un intercambiador de calor(204)y luego se introduce en la columna de desorción(205). En la columna de desorción(205), se produce la desorción térmica del CO<2>(a una temperatura de 110-130°C) de la disolución saturada(255). La desorción y la regeneración de la disolución en la columna de desorción(205)se producen al proporcionar calor en forma de vapor al evaporador(206)situado en la parte inferior de la columna de desorción(205). El CO<2>gaseoso junto con una pequeña cantidad de vapor(256)sale de la parte superior de la columna de desorción(205)a través de un condensador(207), para condensar la mayor cantidad posible de vapor.

[0039] Parte de la corriente de disolución regenerada(259)se puede suministrar en forma de corriente(261)al recuperador(208), donde tiene lugar el proceso de recuperación de la disolución(261). La recuperación consiste en eliminar las impurezas de diversos orígenes de las disoluciones absorbentes de amina mediante el suministro de calor. El proceso de recuperación reduce el consumo de amina, los costes de filtración y la cantidad de precipitados en los intercambiadores de calor, lo que generalmente reduce los costes operativos de la planta de aminas.

[0040] La demanda parcial o total de recuperación de calor en el proceso de concentración de CO<2>puede satisfacerse utilizando corrientes de residuos de otros procesos tecnológicos de la planta donde se lleva a cabo el proceso de absorción de CO<2>.

[0041] La disolución regenerada(252)antes de reciclarse en la columna de absorción (201) de CO<2>se enfría a una temperatura de 30-50°C, la mayoría de las veces mediante un intercambiador de calor(204)(en contacto con una disolución saturada fría) y un enfriador(203). El dióxido de carbono obtenido (corriente258)se puede usar en el proceso de sosa-amoniaco (véase la Fig.3) para alimentar la corriente de gas del horno(154)o el gas de proceso a la planta de carbonatación de bicarbonato de sodio, o se puede almacenar en un tanque(303).

[0042] La solicitud de patente japonesa núm. JP2011162404 de Tokuyama Corp., con fecha de presentación del 10 de febrero de 2010, describe un método para la producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa a partir de piedra caliza que tiene una gran cantidad de impurezas, en el que el gas pobre de los hornos rotativos de cal se somete a una concentración de dióxido de carbono para que alcance una concentración del 40 % en volumen o mayor. La concentración se produce por contacto con un líquido que absorbe selectivamente dióxido de carbono, tal como trietilenglicol, carbonato de propileno, disolución acuosa de amina, en particular, disolución acuosa de monoetanolamina (MEA), así como disolución acuosa de carbonato de potasio, seguida de desorción del CO<2>. La patente europea núm. EP1781400 de Alstom Technology Ltd., con fecha de prioridad del 6 de agosto de 2004, describe el método para purificar los gases de escape y la absorción de dióxido de carbono por la disolución o suspensión amoniacal (en particular, la suspensión de sales de amonio) a una temperatura de 0-20°C, preferiblemente de 0-10°C, conocido como"proceso de amoniaco refrigerado"(CAP). La liberación de dióxido de carbono se produce después de comprimir dicha disolución o suspensión amoniacal con una bomba de alta presión, preferiblemente a una presión de 10-28 bar, y calentarla a 100-150°C. La absorción de CO<2>a baja temperatura utilizando una disolución concentrada de amoniaco (28 % en peso) mejora la eficacia de este proceso y reduce la emisión de NH<3>. La regeneración a una temperatura de >120°C y a una presión de >20 bar produce una corriente de CO<2>comprimida que tiene un bajo contenido de vapor y amoniaco. Una desventaja de este método es la necesidad de utilizar altas presiones (lo que aumenta el consumo de energía para la compresión de los medios), y también la tendencia a la obstrucción de la planta por los precipitados formados.

[0043] La patente de EE. UU. núm. US9469547 de Alstom Technology Ltd., con fecha de prioridad del 17 de enero de 2013, describe un método integrado para la captura de dióxido de carbono y la producción de carbonato de sodio. El dióxido de carbono se elimina de la corriente de proceso de gas mediante absorción en una disolución amoniacal y, a continuación, se desorbe en un regenerador, para obtener una corriente gaseosa rica en dióxido de carbono y una disolución amoniacal empobrecida en dióxido de carbono. Dicha corriente de gas, preferiblemente de forma directa, se envía del regenerador al carbonatador, donde se produce la carbonatación de la salmuera amoniacal con dióxido de carbono. El fluido que contiene amoniaco, que se produce en el proceso de carbonato de sodio, se devuelve a la absorción de dióxido de carbono de dicha corriente de gas de proceso.

[0044] La publicación de solicitud de patente internacional núm. WO2016/102568A1 de Solvay S.A., con fecha de prioridad del 22 de diciembre de 2014, describe el proceso para producir carbonato de sodio/hidrogenocarbonato de sodio. Este documento describe la concentración de dióxido de carbono a partir del gas pobre del horno utilizando el módulo de concentración por variación de temperatura o utilizando el módulo de concentración del método de amina. También se describe la utilización de la energía térmica del vapor a una presión manométrica no superior a 10 bar, así como la energía de las corrientes de proceso a una temperatura de 35 a 100°C para concentrar el CO<2>en el módulo de concentración.

[0045] La patente europea núm. EP2910295 de General Electric Technology GmbH, con fecha de presentación del 25 de febrero de 2014, describe el dispositivo y el método para el procesamiento integrado de los gases de salida y la producción de carbonato de sodio. La solución técnica consiste en unir el dióxido de carbono del gas de salida en un carbonatador utilizando óxido de calcio para formar carbonato de calcio y liberar dióxido de carbono del carbonato de calcio en un horno de calcinación. Este proceso se integra con un proceso de producción de carbonato de sodio mediante el proceso de amoniaco-sosa.

[0046] Los presentes inventores, que intentaron modernizar la producción integrando la planta existente para la producción de carbonato de sodio, bicarbonato de sodio y cal agrícola con el proceso de absorción de dióxido de carbono, descubrieron inesperadamente que una integración tan estrecha de los procesos permite lograr simultáneamente muchos beneficios que, en particular, comprenden: mejor uso de las materias primas, reducción de la carga ambiental de la emisión de dióxido de carbono, reducción de las corrientes de proceso, reducción del consumo de energía para la compresión, el bombeo y el calentamiento o enfriamiento, posibilidad de usar corrientes de proceso con concentraciones de dióxido de carbono más bajas, posibilidad de usar piedra caliza de calidad inferior, mayor flexibilidad de operación de la planta y posibilidad de recibir corrientes externas que contengan dióxido de carbono residual desde fuera de la planta.

[0047] Definiciones

[0048] A continuación se presenta una lista de definiciones de conceptos útiles para comprender la divulgación descrita en esta memoria descriptiva. Debe enfatizarse que, en caso de conflicto con los términos utilizados en la técnica, prevalecen los significados indicados en este texto. Los términos usados convencionalmentemétodoyprocesoson equivalentes.

[0049] Absorbente- una disolución utilizada para absorber el CO<2>de los gases del proceso, utilizada en el proceso de separación/recuperación de CO<2>.

[0050] Absorciónde CO2- proceso unitario en el proceso de separación/recuperación de CO<2>, que consiste en absorber dióxido de carbono con un absorbente.

[0051] Absorción de NH3- proceso unitario en el proceso de carbonato de sodio, en el que la salmuera purificada se satura con amoniaco contenido en un gas amoniacal de la destilación. Allí se formala salmuera amoniacal.

[0052] Amina primaria- amina que tiene un sustituyente en un átomo de nitrógeno de la amina.

[0053] Amina terciaria- amina que tiene tres sustituyentes en un átomo de nitrógeno de la amina.

[0054] Bicarbonato refinado- un intermedio en la preparación del bicarbonato de sodio.

[0055] Bicarbonato en bruto- un intermedio en la preparación del carbonato de sodio. El componente principal es NaHCO<3>(aproximadamente 80 % en peso), con una mezcla de sales de amonio y agua.

[0056] Cloruro de calcio- el componente principal es CaCl<2>; subproducto preparado a partir de efluentes transparentes de destiladores.

[0057] Refrigerador de absorción (compresor químico)- un dispositivo para reducir la temperatura del medio enfriado a costa de la energía proporcionada. En los refrigeradores de absorción, la energía se proporciona en forma de calor.

[0058] Líquidos iónicos- sales que tienen puntos de fusión inferiores a 100°C; muchos representantes de esta clase son líquidos que ya están a temperatura ambiente. Debido a sus propiedades fisicoquímicas muy diferenciadas y únicas, estas sustancias se emplean como absorbentes para el proceso de absorción de CO<2>.

[0059] Enfriador por pulverización- un intercambiador de calor gas-líquido que tiene una superficie de intercambio de calor rociada con una corriente de líquido que reduce la temperatura a la temperatura del termómetro de bulbo húmedo (esta es la temperatura más baja a la que se puede acceder por evaporación a una humedad y presión atmosférica determinadas).

[0060] Medio de enfriamiento- medio termodinámico que participa en el intercambio de calor en un dispositivo de enfriamiento y tiene una temperatura más baja que la del medio enfriado. En particular, los medios de enfriamiento útiles comprenden agua de enfriamiento u otras corrientes de proceso utilizadas en la producción de sosa, tales como: corriente de salmuera en bruto a una temperatura de 15-30°C, corriente de las aguas madre obtenida después de separar el bicarbonato de sodio a una temperatura de 15-40°C, o también corriente residual de salmuera a una temperatura de 20-35°C.

[0061] Degradación de la disolución absorbente- deterioro de las propiedades de absorción de la disolución absorbente (el absorbente), con un efecto negativo en la absorción de CO<2>.

[0062] Densificación- aumento de la densidad aparente del producto obtenido.

[0063] Desorciónde CO2- proceso unitario en el proceso de separación de CO<2>, que consiste en separar el dióxido de carbono de las disoluciones de amina o disoluciones acuosas de amoniaco.

[0064] Destilación/recuperación de amoniaco- parte de la planta/proceso de carbonato de sodio, donde el amoniaco, en forma de sales de amonio contenidas en las aguas madre, se recupera y vuelve a la absorción en forma de gas. En esta fase del proceso, los residuos se generan en forma de suspensión de carbonato de calcio y otras sustancias insolubles en una disolución acuosa de cloruro de calcio y cloruro de sodio; estos residuos se denominanefluentes de destilación/aguas residuales.

[0065] Dióxido de carbono/CO2- un compuesto químico; se produce en el proceso de amoniaco-sosa mediante la combustión de cal y la combustión de coque; también se pueden usar otros combustibles, tales como antracita, gas o carbón fino.

[0066] Filtración- parte de la planta/proceso de carbonato de sodio, donde el precipitado de bicarbonato en bruto se separa de las aguas madre.

[0067] Gas de fondo/gas mixto- gas de proceso que tiene una concentración de dióxido de carbono generalmente en el intervalo de 60-85 % en volumen, después de mezclar el gas del horno y el gas de calcinación (> 95 % en volumen de CO<2>). Este se suministra a la parte inferior de una columna de carbonatación (el proceso de amoniaco-sosa).Gas superior- gas de proceso, que normalmente tiene una concentración de dióxido de carbono en el intervalo de 30-42 % en volumen; se suministra a la parte media de una columna de carbonatación (el proceso de amoniaco-sosa).

[0068] Gas de carbonatación- gas de proceso, que normalmente tiene una concentración de dióxido de carbono en el intervalo de 30-42 % en volumen; se suministra a la parte inferior de una columna de carbonatación en la fase de lavado (el proceso de amoniaco-sosa).

[0069] Gas purificado- gas de proceso de absorción de CO<2>, que sale de la columna de absorción de CO<2>.

[0070] Gas de salida del carbonato de sodio- gas de salida de la carbonatación en la producción de carbonato de sodio, que contiene entre 8-16 % en volumen de CO<2>.

[0071] Gas de salida del bicarbonato de sodio- gas de salida de la carbonatación en el proceso de producción de bicarbonato de sodio, que contiene entre 15-30 % en volumen de CO<2>.

[0072] Gas de horno- gas producido en hornos de cal, que normalmente contiene entre 30-42 % en volumen de CO<2>.Gas pobre de horno- gas de horno con una concentración de CO<2>del 25-35 % en volumen.

[0073] Gases pobres/gases diluidos - gases de salida de los procesos de producción de carbonato de sodio, producción de bicarbonato de sodio y gas pobre de horno.

[0074] Planta de separación/recuperaciónde CO2- una planta para separar el CO<2>de la corriente gaseosa.

[0075] Piedra caliza- la materia prima mineral fundamental para la producción de carbonato de sodio.

[0076] Carbonatación(en relación con la planta de carbonato de sodio) - parte de la planta/proceso de carbonato de sodio, donde la salmuera amoniacal se satura con gases que contienen CO<2>en una columna de carbonatación. Se forma una suspensión de bicarbonato en bruto.

[0077] Carbonatación(en relación con la planta de bicarbonato de sodio): parte de la planta/proceso de bicarbonato de sodio, donde se produce la saturación de la disolución purificada de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio con dióxido de carbono. Se forma una suspensión de bicarbonato refinado.

[0078] Columna de absorciónde CO2- un aparato en el proceso de separación de CO<2>, utilizado para la absorción de CO<2>, donde se produce la unión del dióxido de carbono en la disolución absorbente.

[0079] Columna de desorción- un aparato en el proceso de separación de CO<2>, utilizado para la desorción de CO<2>, donde el CO<2>se libera de la disolución absorbente (absorbente) utilizando la energía térmica proporcionada.

[0080] Columna de lavado con agua- un aparato para limitar la emisión de amoniaco y otros componentes no deseados dentro del gas de salida que se va a purgar a la atmósfera, y purificar aún más la corriente de dióxido de carbono obtenida.

[0081] Condensado amoniacal- un líquido de proceso que es el condensado resultante de los gases residuales de enfriamiento del proceso de destilación del NH<3>.

[0082] Condensado destilado- un líquido de proceso que es el condensado después de eliminar el amoniaco.

[0083] Condensados del proceso de calcinación- disoluciones del proceso, que son disoluciones acuosas de sales de amonio y de carbonato de sodio formadas en el proceso de purificación y enfriamiento de los gases residuales de los hornos de calcinación.

[0084] Cristalización/secado- parte de la planta/proceso de carbonato de sodio, que consiste en la cristalización y el secado del carbonato de sodio monohidrato. Se forma carbonato de sodio/sosa calcinada densa.

[0085] Intercambiador de calor de flujo cruzado- un aparato en el proceso de separación de CO<2>, que es un intercambiador de calor, en donde se produce un intercambio de calor a través de un diafragma entre la disolución saturada y la regenerada.

[0086] Apagado de la cal viva- parte del proceso de carbonato de sodio, que consiste en enfriar la cal viva con agua para producirla lechada de calnecesaria para la recuperación del amoniaco.

[0087] Mezclador/enfriador de condensado- un dispositivo para preparar una disolución adecuada de condensados amoniacales utilizados en el proceso de absorción de dióxido de carbono.

[0088] Vapor del expansor de los efluentes del destilador- gas residual formado por la expansión del fluido que sale de la parte inferior del aparato de destilación, a una presión de 1,5 a 1,6 bar.

[0089] Hornos de cal- parte de la planta/proceso de carbonato de sodio, donde se producen cal viva y gas que contiene CO<2>. Los hornos verticales/de cuba se utilizan con mayor frecuencia en la industria de la sosa; los hornos horizontales se utilizan con menos frecuencia. Las materias primas son piedra caliza y un combustible tal como coque, antracita, gas y carbón fino.

[0090] Depurador de gases de salida- parte de la planta responsable de la absorción de amoniaco de los gases de salida de la columna de carbonatación.

[0091] Depurador de separación de gases- un aparato en el proceso de carbonato de sodio, que comprende una columna para la absorción de amoniaco con el fin de obtener la corriente purificada de dióxido de carbono.

[0092] Depurador final- el depurador para la purificación final del dióxido de carbono del amoniaco.

[0093] Capacidad de absorción- una medida de la capacidad de unión del dióxido de carbono de la disolución absorbente.

[0094] Proceso de recuperaciónde CO2- absorción de dióxido de carbono de los gases de proceso.

[0095] Recuperador- un dispositivo en el proceso de separación de CO<2>, en donde se recupera la disolución de amina que participa en la absorción de CO<2>.

[0096] Recuperación- un proceso que consiste en la eliminación de impurezas de diversos orígenes de las disoluciones absorbentes de amina proporcionando una corriente de calor. La recuperación reduce el consumo de aminas, los costes de filtración y la cantidad de precipitados en los intercambiadores de calor, lo que generalmente reduce los costes operativos de la planta de aminas.

[0097] Regeneración de la disolución- un proceso unitario en el proceso de separación del CO<2>, consiste en la liberación del dióxido de carbono ya absorbido al proporcionar energía térmica a la disolución.

[0098] Disolución saturada- un líquido absorbente en el proceso de separación de CO<2>, que se satura con dióxido de carbono aguas abajo de la columna de absorción de CO<2>.

[0099] Disolución multicomponente- mezclas de disoluciones absorbentes en el proceso de separación de CO<2>, que comprenden, por ejemplo, sales inorgánicas/aminas, líquidos iónicos/aminas.

[0100] Disolución regenerada- un líquido absorbente en el proceso de separación del CO<2>, que es un efluente de la columna de desorción y que contiene un bajo contenido de dióxido de carbono.

[0101] Secuestro- proceso que consiste en separar y absorber el dióxido de carbono de los gases de proceso para limitar su emisión a la atmósfera, utilizándolo como materia prima o almacenamiento.

[0102] Condensador- un aparato utilizado en el proceso de separación de CO<2>, que es un enfriador para condensar la humedad de una corriente gaseosa.

[0103] Salmuera amoniacal- producto de la saturación de la salmuera purificada con el gas amoniacal de la destilación. Dependiendo de la fase de absorción, difiere en la concentración de amoniaco.

[0104] Carbonato de sodio/sosa calcinada - el componente principal es el Na<2>CO<3>; el producto obtenido mediante un proceso de amoniaco-sosa. Las materias primas fundamentales son:salmuera purificadaypiedra caliza.

[0105] Sosa ligera, sosa densa- calidades del carbonato de sodio que difieren en la granulación y la densidad aparente.

[0106] Bicarbonato de sodio/bicarbonato refinado/hidrogenocarbonato de sodio refinado - el componente principal es NaHCO<3>; las materias primas son carbonato de sodio y un gas que contiene CO<2>.

[0107] Salmuera purificada- la disolución de halita purificada a partir de sales de calcio y magnesio.

[0108] Halita- el componente principal es el NaCl, la materia prima mineral fundamental para la producción de carbonato de sodio.

[0109] Eficiencia de aislamientodel CO2- un índice que caracteriza el proceso de aislamiento del CO<2>, que es la cantidad porcentual del dióxido de carbono eliminado de la corriente de gas inicial.

[0110] Razón de líquido a gas (L/G)- un índice que caracteriza el proceso de aislamiento del CO<2>, que es la razón entre el flujo de gas suministrado a la columna y la corriente de absorbente [kg de líquido/kg de gas].

[0111] Velocidad de reacción- velocidad de formación o pérdida de reactivo como resultado de la reacción química.Residuos de salmuera- efluentes de destiladores/aguas residuales.

[0112] Utilizacióndel CO2- un método de gestión de residuos para el dióxido de carbono capturado.

[0113] Cal viva- producto de la descomposición térmica de la piedra caliza, utilizado para la preparación de lechada de cal.

[0114] Fertilizante de cal- los sólidos contenidos en los efluentes de los destiladores se convierten en fertilizantes de calcio (cal agrícola) para su uso en agricultura.

[0115] Intercambiador de calor- un aparato para el intercambio de calor entre las corrientes de disolución.

[0116] Evaporador- un aparato de calentamiento para disoluciones, utilizado para aislar componentes gaseosos de disoluciones y/o para concentrar disoluciones.

[0117] Generador de vapor- intercambiador de calor para generar vapor sin horno.

[0118] Compuestos de aminoácidoso productos de reacción de aminoácidos - aminoácidos libres o sales inorgánicas de aminoácidos (por ejemplo, sales de potasio o sodio, como glicinato de sodio o glicinato de potasio).

[0119] Compuestos volátiles- compuestos gaseosos que tienen una alta presión de vapor y que se emiten al medio ambiente.

[0120] Si no se indica lo contrario, todas las presiones especificadas en esta memoria descriptiva en unidades de bar se expresan en valores absolutos.

[0121] Breve descripción de los dibujos

[0122] Ahora, la invención se describirá con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

[0123] la Fig.1 presenta un diagrama de flujo simplificado de una planta existente;

[0124] la Fig. 2 presenta la absorción/eliminación/aislamiento de los componentes ácidos de los gases (recuperación de CO<2>);

[0125] la Fig.3 presenta la recuperación de CO<2>del gas del horno;

[0126] la Fig.4 presenta la recuperación de CO<2>del gas de salida.

[0127] Divulgación de la invención

[0128] La invención tiene como objetivo el desarrollo de un proceso de bajo consumo de energía y económicamente razonable para la recuperación de óxido de carbono utilizando el método de absorción para mejorar la calidad del gas de proceso que se destina como materia prima a la producción de sosa.

[0129] En el aspecto más general de la invención, el proceso para la recuperación de óxido de carbono se define en la reivindicación 1.

[0130] La utilización del dióxido de carbono de las corrientes de gases de proceso y gases de salida para enriquecer las corrientes gaseosas en dióxido de carbono (CO<2>) hasta un 35-50 % en volumen sobre la base de gas seco conduce a una reducción del consumo de la materia prima y/o permite sustituirla por una materia prima que tenga parámetros inferiores. Mejorar la economía del proceso de producción de sosa depende no solo de la cantidad y calidad de la materia prima utilizada, sino también de la cantidad de combustible utilizada para procesarla.

[0131] El enriquecimiento con CO<2>de las corrientes gaseosas se lleva a cabo utilizando una corriente gaseosa que tiene un alto contenido de CO<2>(50-99 % en volumen), que se obtiene de las corrientes de gases de proceso y/o gases de salida que se producen en el proceso de producción de sosa, como un gas de horno, un gas de horno pobre, un gas de salida de la planta de carbonatación de sosa en bruto y/o un gas de salida de la planta de carbonatación de bicarbonato de sodio.

[0132] Una corriente de gas del horno(154)(véase la Fig.3) está disponible a presión en el intervalo de 0,9-5 bar (abs) desde el lado de entrada y/o el lado de salida de los compresores(105)que suministran el gas del horno a las columnas de carbonatación(104). El gas del horno puede extraerse utilizando un compresor de gas(301)adicional. El contenido de CO<2>en el gas(154)es de 30 a 42 % en volumen, la temperatura del gas está en el intervalo de 20-50°C. En el caso de obtener gas de horno a partir de una materia prima de calidad inferior, el contenido de CO<2>en este gas pobre de horno(154)es de 25 a 35 % en volumen.

[0133] Es posible dividir toda la corriente de gas del horno(154)en una corriente principal y una corriente auxiliar. La corriente auxiliar, en una cantidad de 1 a 60 % de la corriente total, se suministra al sistema de obtención de CO<2>y es una fuente de CO<2>para concentrar la corriente principal(154), en la que el valor de concentración de CO<2>objetivo es de 35-45 % en volumen.

[0134] Otra fuente de CO<2>es el gas de salida(156)(véase la Fig.4) de los depuradores en serie(101), que se utilizan para purificar el gas posterior a la reacción(155)sin reaccionar que procede de las columnas de carbonatación(104). El gas de salida(156)que sale de los depuradores(101), que anteriormente se emitía a la atmósfera, contiene entre un 8-16 % de CO<2>y cantidades traza de amoniaco. La temperatura del gas está en el intervalo de 20-50°C, la presión está en el intervalo de 1-2 bar (abs).

[0135] Otra fuente de CO<2>es el gas de salida de la planta de bicarbonato de sodio (no se muestra). Este gas es un producto del proceso de saturación (carbonatación) de una disolución de sosa calcinada con CO<2>. El gas de salida contiene cantidades significativas de CO<2>, debido a las limitaciones resultantes de las condiciones de equilibrio del proceso de absorción de dióxido de carbono y las reacciones químicas que se producen. El contenido de CO<2>en este gas es de 15 a 30 % en volumen, la temperatura del gas está en el intervalo de 60-90°C y la presión está en el intervalo de 1-2 bar (abs).

[0136] Otra fuente de CO<2>pueden ser los gases de combustión y/u otros gases que contienen CO<2>, que se producen en las instalaciones de la fábrica y que se originan a partir de la combustión de combustible líquido, sólido o gaseoso para generar calor y/o energía eléctrica para los requisitos de producción del proceso de amoniaco-sosa. El contenido de CO<2>en el gas es de 6 a 18 % en volumen, la temperatura del gas está en el intervalo de 20-90°C. La presión está en el intervalo de 1-4 bar (abs).

[0137] Otra fuente de CO<2>puede ser la corriente de gas destinada a ser secuestrada (no mostrada) de un proveedor externo y obtenida en una fábrica industrial perteneciente a la industria energética, metalúrgica, química, cementera y/o alimentaria. La utilización de esta corriente de CO<2>está justificada por la política actual de la Unión Europea en el ámbito de la limitación de las emisiones de gases de efecto invernadero (la utilización de CO<2>es rentable debido al sistema de comercio de derechos de emisión introducido).

[0138] El CO<2>se puede obtener de las corrientes gaseosas mencionadas anteriormente mediante absorción química. Según una realización de la invención, la disolución de absorción de CO<2>puede contener sales de potasio, por ejemplo, K<2>CO<3>en una cantidad de 20-40 % en peso, preferiblemente 30 % en peso, y/u otras sales inorgánicas que activan la reacción del CO<2>al carbamato, y una adición de 2-10 % en peso de una amina que tiene una constante de velocidad alta de la reacción con el dióxido de carbono (que tiene una constante de velocidad mayor o igual a 4500 dm<3>)/mol·s a una temperatura de 25°C).

[0139] Según otra realización de la invención, la disolución de absorción de CO<2>puede contener líquidos iónicos en una cantidad de 1-50 % en peso. La disolución de absorción de CO<2>también puede contener compuestos de aminoácidos, tales como diglicinato de potasio, y/o disoluciones multicomponentes acuosas o anhidras que comprenden mezclas: sales inorgánicas/aminas primarias (excepto MEA), líquidos iónicos/aminas primarias (excepto MEA) y/o sales inorgánicas/compuestos de aminoácidos.

[0140] El uso de disoluciones de sales inorgánicas, líquidos iónicos o compuestos de aminoácidos aporta algunas ventajas en comparación con los métodos convencionales de absorción de aminas. Los sistemas de absorción propuestos son menos volátiles, lo que se traduce en una disminución significativa del tamaño del nodo para la purificación de los gases de salida de la planta de separación de CO<2>(tanto del gas de salida como del CO<2>puro devuelto a la planta de producción de sosa). Además, la degradación de las disoluciones basadas en los absorbentes mencionados anteriormente es mucho menor tanto en la fase de absorción de CO<2>como en la de desorción. Esto afecta a la pureza del CO<2>obtenido y reduce los costes de funcionamiento. Las disoluciones de este tipo también deberían mostrar un menor consumo de energía que, por ejemplo, los métodos de absorción de aminas.

[0141] Los métodos de absorción anteriormente mencionados requieren enfriar la corriente de disolución absorbente regenerada hasta temperaturas de 10-60°C, preferiblemente de 10-40°C, más preferiblemente de 30-40°C, y enfriar la corriente de CO<2>obtenida a una temperatura de 20-40°C para provocar la condensación de la humedad contenida en la misma. Los siguientes medios se pueden utilizar para enfriar la disolución absorbente y/o para condensar la humedad contenida en la corriente de gas de salida de CO<2>:

[0142] - salmuera en bruto (temperatura de aproximadamente 15-30°C);

[0143] - las aguas madres (temperatura de 30°C);

[0144] - residuos de salmuera (temperatura de aproximadamente 20-35°C).

[0145] Además, los métodos de absorción mencionados anteriormente para obtener CO<2>a partir de mezclas gaseosas requieren cantidades significativas de calor para regenerar la disolución absorbente. El medio de calentamiento puede ser vapor o condensados de proceso y otras corrientes que tienen una temperatura alta, por encima de 120°C. Las corrientes de proceso internas de la producción de sosa o las corrientes de origen externo pueden ser la fuente de calor para la regeneración.

[0146] Una de las fuentes de calor es la corriente de gas del horno, resultante del proceso de combustión de la cal (a una temperatura de aproximadamente 270°C), que se enfría antes de dirigirla al compresor y/o a las columnas de carbonatación (20 a 50°C). Si se utiliza adecuadamente el calor recuperado del gas del horno para la concentración de CO<2>, se puede proporcionar aproximadamente 20-25 % del requisito total de calor del proceso de absorción de CO<2>. Esto mejora significativamente la economía del proceso de absorción de CO<2>.

[0147] Para reducir los costes del medio de calentamiento, el requisito de calor de regeneración puede cubrirse parcialmente usando una o más de las siguientes corrientes:

[0148] - vapor de calderas/turbinas a una presión de 2-3 bar (abs);

[0149] - vapor de condensados en expansión de hornos de calcinación y secadores de sosa ligera, sosa densa y bicarbonato de sodio a presión de hasta 4 bar (abs);

[0150] - vapor de los efluentes del destilador en expansión a una presión de hasta 1,6 bar (abs) y a una temperatura de hasta 110°C;

[0151] - gases residuales de los secadores de sosa calcinada (hornos de calcinación), sosa densa y bicarbonato de sodio a una temperatura de hasta 130°C;

[0152] - gases residuales del proceso de destilación a una temperatura de hasta 90°C;

[0153] - las aguas residuales de la producción de carbonato de sodio, así como los condensados de proceso de la calcinación y la destilación a una temperatura de hasta 115°C;

[0154] - agua de enfriadores de proceso de absorción, carbonatación y calcinación de NH3;

[0155] - gases residuales de la planta de cloruro de calcio a una temperatura de aproximadamente 120°C; y/o

[0156] - condensados de proceso de la planta evaporadora a una temperatura de aproximadamente 80°C.

[0157] En el caso de utilizar métodos de absorción para la obtención de CO<2>, es posible suministrar a la columna de absorción, al mismo tiempo y a cualquier razón, las corrientes:

[0158] - de gas de horno (que contiene un 25-35 % en volumen de CO2, preferiblemente 30 % en volumen); y/o - de la planta para la carbonatación de bicarbonato de sodio (contenido de CO2 del 15-- 30 % en volumen); y/o

[0159] - del gas de salida de la planta de carbonatación de sosa en bruto (contenido de CO2 del 8-16 % en volumen); y/o - de gases de combustión (contenido de CO<2>del 8-13 % en volumen)

[0160] Estas corrientes se dirigen simultáneamente a la columna de absorción de CO<2>(o la batería de columnas)(201).Aquí, el gas que tiene un contenido de CO<2>más alto (el gas del horno y/o el gas de salida de la planta de bicarbonato de sodio) se suministra a la parte inferior de la columna (o la batería de columnas)(201), mientras que una o ambas corrientes gaseosas con un contenido de CO<2>más bajo se suministran a la parte media de la columna de absorción (o la batería de columnas)(201). El sistema de recuperación de CO<2>funciona en el proceso continuo de absorción/desorción, y la corriente de corriente saturada de CO<2>puede dirigirse a una columna de desorción o a una batería de columnas de desorción(205). Este diseño técnico presenta una mejora del módulo impulsor general del proceso de absorción en toda la columna de absorción en comparación con el diseño estándar, en el que las corrientes de gas se mezclan antes de suministrarse a la columna de absorción. Esto da como resultado una mayor eficiencia del proceso de absorción de CO<2>. Este diseño también permite utilizar dos corrientes de CO<2>adicionales que se producen en la fábrica y reducir significativamente la cantidad de combustible necesaria para el proceso de producción de sosa en forma de piedra caliza.

[0161] Lo que debe optimizarse conjuntamente es el método para llevar el gas de salida y el gas pobre del horno a la columna de absorción de CO<2>, el lugar para introducir el gas concentrado(258)en el proceso de producción, las condiciones de presión del proceso de absorción de CO<2>y la construcción de la columna de absorción.

[0162] Cuando el gas del horno es la fuente de CO<2>(no conforme a la invención), entonces el gas del horno puede extraerse del compresor de gas del horno(105). En el proceso de producción de sosa, antes de entrar en el reactor de carbonatación, el gas del horno se comprime entre 3,5 y 4,5 bar (abs). Muchos estudios muestran que el proceso de absorción química del CO<2>funciona mejor a una presión más alta; además, la emisión de amoniaco (que se forma durante la degradación de la amina) junto con el gas purificado es más fácil de controlar. Este diseño también reduce los costes de capital debido a la eliminación de un compresor de gas para bombear el gas del horno a través del sistema de separación de CO<2>, así como al menor tamaño de la columna de absorción y del equipo restante. El proceso de absorción a una presión más alta también permite utilizar absorbentes que absorben el CO<2>físicamente. Los diseños intermedios también son posibles; en el caso de una compresión multietapa, el gas del horno puede extraerse de entre las secciones de compresión(105). El CO<2>recuperado también se puede dirigir a un lugar entre los compresores.

[0163] El calor residual de la producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa también se puede utilizar como fuente de calor para suministrarlo a refrigeradores de absorción (compresores químicos) que enfrían las corrientes en el proceso de recuperación de CO<2>. Reducir las temperaturas del proceso en los métodos de absorción de CO<2>, tales como la disolución de absorción y/o las corrientes intermedias utilizadas en los sistemas de enfriamiento de columnas, y/o los sistemas para eliminar compuestos volátiles y/o condensar en el sistema de recuperación de CO<2>. Estas son las siguientes: aumentar la eficiencia del proceso de absorción de CO<2>, disminuir el nivel de emisión de vapores de amoniaco formados como resultado de la degradación del absorbente, disminuir la humedad contenida en los gases de salida, etc. La bibliografía y los análisis de modelización también demostraron que el enfriamiento de las corrientes mencionadas anteriormente, incluso en varios grados, reduce la cantidad de absorbente y, sobre todo, el agua de lavado reduce el consumo de energía del proceso y, por lo tanto, reduce los costes de funcionamiento.

[0164] El calor residual de la producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa también se puede utilizar para recuperar las disoluciones de absorción en los métodos de obtención de CO<2>. Una fuente adecuada del calor total para el proceso y/o el calentamiento parcial y/o inicial de la disolución regenerada es:

[0165] - vapor de calderas/turbinas a una presión superior a 3 bar (abs);

[0166] - vapor de condensados en expansión de hornos de calcinación y secadores de sosa ligera, sosa densa y bicarbonato de sodio;

[0167] - vapor de la expansión de los efluentes del destilador;

[0168] - gases residuales de secadores de sosa calcinada, sosa densa y bicarbonato de sodio;

[0169] - gases residuales del proceso de destilación;

[0170] - las aguas residuales de la producción de carbonato de sodio, así como los condensados de proceso de la calcinación y la destilación;

[0171] - agua de refrigeradores de proceso de absorción, carbonatación y calcinación de NH3;

[0172] - gases residuales del evaporador de la fase IV; y/o

[0173] - condensados de proceso de la planta evaporadora.

[0174] El CO<2>recuperado se puede devolver al proceso de producción en dos lugares:

[0175] - al colector de entrada de los compresores(105)a una presión de aproximadamente 0,9-0,95 bar (abs). En este caso, el gas diluido se suministra a la columna de absorción de CO<2>a una presión más baja. La absorción de CO<2>en la columna de absorción(201)de CO<2>se lleva a cabo en condiciones de baja presión;

[0176] - al colector de salida de gas superior de los compresores(105)a una presión de 3,5 bar (abs) y/o al colector de gas inferior a una presión de 4,5 bar (abs). Estas ubicaciones de suministro de gas determinan llevar a cabo la absorción de CO<2>en las columnas de absorción(201)a presión aumentada, con la compresión simultánea del gas suministrado a la columna, o llevar a cabo la absorción de CO<2>a baja presión con la compresión de la corriente de gas concentrado(207).

[0177] Un experto en la técnica apreciará que las soluciones técnicas descritas anteriormente pueden usarse en cualquier combinación que sea más adecuada a las necesidades y condiciones del sistema de producción de sosa específico mediante el proceso de amoniaco-sosa.

[0178] Las ventajas de una solución técnica de este tipo comprenden,entre otras cosas,un mejor uso de las materias primas, la reducción de la carga ambiental de la emisión de dióxido de carbono, la reducción de las corrientes de proceso y, por lo tanto, la reducción del consumo de energía para la compresión, el bombeo y el calentamiento o el enfriamiento, la posibilidad de utilizar corrientes de proceso con concentraciones de dióxido de carbono más bajas, la posibilidad de utilizar piedra caliza de calidad inferior, una mayor flexibilidad de funcionamiento de la planta y la posibilidad de recibir corrientes externas que contengan dióxido de carbono residual del exterior del planta, por ejemplo, de las plantas de cemento, centrales térmicas, metalurgia o plantas de incineración de residuos.

[0179] Además de las ventajas obvias para el entorno natural, tales mejoras del proceso tienen un aspecto económico significativo.

[0180] Parte experimental

[0181] La invención será más comprensible para el experto en la técnica después de conocer los ejemplos de realización. Estos ejemplos son solo ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención de ninguna manera.

[0182] Si no se indica lo contrario, todos los valores porcentuales se expresan en % en volumen y las presiones son absolutas, es decir, se miden frente al vacío y no contra la atmósfera.

[0183] Ejemplo 1 (no conforme a la invención)

[0184] Gas de horno pobre(154), que tiene los siguientes parámetros: Un contenido de CO<2>del 25-32 % en volumen, una temperatura de 20-50°C, una presión de 0,9-2 bar y un caudal de 57.000-57.200 kg/h, que se extrae como uno de los productos del proceso de combustión de la cal en hornos de cal de cuba con soplado de aire, se dirige a la columna de purificación inicial (no se muestra en la Figura 3). En esta columna, el gas se enfría y se purifica a partir de óxidos de azufre hasta un nivel de <3 ppm de SO<2>. A continuación, el gas purificado del horno se dirige a la columna de absorción(201)de CO<2>, que funciona a una presión de 104-106 kPa (abs), donde se pone en contacto en contracorriente con la disolución absorbente regenerada(252)a una temperatura de 30-70°C, por lo que el contenido de CO<2>en el gas del horno(154)cae hasta un 3-5 % en volumen de CO<2>. El gas purificado en la columna de absorción(201), antes de salir de ella, se lava con una parte de la disolución extraída de la columna (no mostrada en la figura) y con agua dulce, lo que ocurre en la parte superior de la columna de absorción(201), en la sección de lavado de agua(202). La disolución de absorción de CO<2>contiene un 30 % en peso de 2-amino-2-metilpropanol, un 10 % en peso de piperazina y agua como absorbente.

[0185] El absorbente saturado de dióxido de carbono(255)(0,4-0,6 mol de CO<2>/mol de amina), que sale de la columna de absorción, se bombea a la columna de desorción(205)que funciona a una presión de 125-140 kPa (abs). Mientras tanto, la disolución saturada(255)se calienta en un intercambiador de calor(204)(donde se intercambia calor entre la disolución regenerada(252)y la disolución saturada(255)). La corriente(259), en el evaporador de la columna de desorción(206), se calienta a 105-130°C utilizando vapor a baja presión, lo que da como resultado la regeneración del absorbente (0,2-0,4 mol de CO<2>/mol de amina). A continuación, la disolución (corriente260)se dirige a la columna(205), donde se libera CO<2>. La energía media necesaria para regenerar el absorbente es de 3,2-3,7 MJ/kg de CO<2>. La corriente liberada de CO<2>, que contiene 96-99 % en volumen de CO<2>y 1-4 % en volumen de humedad, se enfría en un enfriador final(207). El enfriamiento del gas produce la condensación del agua que se acumula en el tanque de condensado (no mostrado en los dibujos), desde donde se bombea a la columna de absorción(201)y desorción(205)de CO<2>(corriente257)a cualquier razón. Tras el enfriamiento, el dióxido de carbono (corriente258) puede someterse a purificación o almacenamiento adicional, dependiendo de la aplicación adicional. A continuación, la corriente de dióxido de carbono se dirige a la corriente de gas pobre del horno(154)para enriquecerla en CO<2>.

[0186] La disolución absorbente caliente regenerada de la columna de regeneración(205)se bombea hacia la columna de absorción(201)de CO<2>, intercambiando mientras tanto calor en un intercambiador de calor(204)con la disolución saturada(255), y luego se enfría a una temperatura de 30-45°C usando un enfriador de diafragma(203). La disolución regenerada(252)se introduce en la columna de absorción(201)de CO<2>a una razón de líquido a gas (L/G) de 4-6 kg/kg.

[0187] Ejemplo 2 (no conforme a la invención)

[0188] Usando la misma configuración de equipo que en el Ejemplo 1, el proceso de recuperación del CO<2>se lleva a cabo con una amina primaria y para 80.300-80.500 kg/h del gas de salida(156)de la planta de carbonatación de sosa en bruto. El gas de salida contiene un 8-14 % en volumen de CO<2>, tiene una temperatura de 20-35°C y una presión de 100-107 kPa (abs). El proceso de absorción de CO<2>se lleva a cabo en la columna de absorción(201), a una temperatura de 30-70°C y a una presión de 104-106 kPa (abs). El proceso de desorción se lleva a cabo en la columna de desorción(205), a una temperatura de 106-109°C y a una presión de 125-145 kPa (abs). La disolución regenerada(252)se introduce en la columna de absorción(201)a una razón de líquido a gas (L/G) de 4-7 kg/kg. El contenido de óxido de carbono en la disolución saturada(255)es de 0,4-0,5 mol de CO<2>/mol de amina, y el contenido de óxido de carbono en la disolución regenerada(252)es de 0,3-0,4 mol de CO<2>/mol de amina. La eficiencia de aislamiento del CO<2>es de 85-96 %, y el requisito de calor es de 3,2-4,0 MJ/kg de CO<2>.

[0189] Ejemplo 3 (no conforme a la invención)

[0190] Usando la misma configuración de equipo que en los Ejemplos 1 y 2, el proceso de recuperación se lleva a cabo con una amina primaria y para 10.700-10.900 kg/h del gas de salida de la planta para la carbonatación del bicarbonato de sodio. El gas de salida contiene un 20-28 % en volumen de CO<2>, tiene una temperatura de 80-90°C y una presión de 100-107 kPa (abs). El proceso de absorción de CO<2>se lleva a cabo en la columna de absorción(201), a una temperatura de 30-70°C y a una presión de 104-106 kPa (abs). El proceso de desorción del CO<2>se lleva a cabo en la columna de desorción(205), a una temperatura de 108-120°C y a una presión de 125-145 kPa (abs). La disolución regenerada(252)se introduce en la columna de absorción(201)a una razón de líquido a gas (L/G) de 3-6 kg/kg. El contenido de óxido de carbono en la disolución saturada(255)es de 0,4-0,6 mol de CO<2>/mol de amina, y el contenido de óxido de carbono en la disolución regenerada(252)es de 0,2-0,3 mol de CO<2>/mol de amina. La eficiencia de aislamiento del CO<2>es de 85-96 %, y el requisito de calor es de 3,2-4,0 MJ/kg de CO<2>.

[0191] La leyenda

[0192] Número Descripción

[0193] 101Depurador de gases de salida

[0194] 102Absorbedor de NH<3>

[0195] Enfriador

[0196] Columna de carbonatación

[0197] Compresor de gas

[0198] Salmuera purificada

[0199] Gas que contiene CO<2>

[0200] Salmuera amoniacal

[0201] Bicarbonato en bruto

[0202] Gas de horno

[0203] Gas posterior a la reacción

[0204] Gas de salida

[0205] Columna de absorción de CO<2>

[0206] Columna de lavado de agua

[0207] Enfriador de diafragma

[0208] Intercambiador de calor de flujo cruzado Columna de desorción de CO<2>

[0209] Evaporador de la columna de desorción de CO<2>Enfriador final (condensador)

[0210] Recuperador

[0211] Gas que contiene CO<2>a alta presión

[0212] Disolución absorbente regenerada

[0213] Agua

[0214] Gas purificado

[0215] Disolución absorbente saturada con CO<2>Corriente de gas que tiene un alto contenido de CO<2>Corriente de gas que tiene un alto contenido de CO<2>Corriente de gas que tiene un alto contenido de CO<2>Compresor de gas

[0216] Compresor de gas

[0217] Tanque de almacenamiento de CO<2>

[0218] Gas que contiene CO<2>a baja presión

[0219]

Compresor de gas

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

1. Un proceso para recuperar dióxido de carbono para su reutilización en la producción de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio mediante el proceso de amoniaco-sosa, que comprende:

poner en contacto, en una columna de absorción de CO<2>, las corrientes de gases de proceso y/o gases de salida que se producen en el proceso para producir carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio mediante el proceso de amoniaco-sosa, que comprende:

- la corriente de gas de salida de la planta para la carbonatación de carbonato de sodio que tiene un contenido de dióxido de carbono de 8-16 % en volumen, una temperatura en el intervalo de 20-50°C y una presión de 1 a 2 bar (abs), y/o

- la corriente de gas de salida de la planta para la carbonatación de bicarbonato de sodio que tiene un contenido de dióxido de carbono de 15-30 % en volumen, una temperatura en el intervalo de 60-90°C y una presión de 1 a 2 bar (abs),

- y, opcionalmente, una o más corrientes de gases de combustión u otros gases que contengan dióxido de carbono, resultantes de la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos para producir calor o energía eléctrica para satisfacer los requisitos de producción mediante el proceso de amoniaco-sosa, - y, opcionalmente, una o más corrientes de gases de combustión u otros gases que contengan dióxido de carbono, de un proveedor externo

con una corriente de disolución absorbente acuosa,

para formar una disolución absorbente acuosa enriquecida en dióxido de carbono, calentar la disolución absorbente acuosa enriquecida en dióxido de carbono en el evaporador,

desorción de dióxido de carbono gaseoso con regeneración de una disolución absorbente acuosa en una columna de desorción,

enfriar la disolución absorbente acuosa regenerada y devolverla a dicha columna de absorción de CO<2>, y retirar de la columna de desorción y enfriar la corriente que tiene un alto contenido de dióxido de carbono para su uso en el proceso de producción de carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio mediante el proceso de amoniaco-sosa,

caracterizado por que la disolución absorbente acuosa contiene:

- líquidos iónicos en una cantidad de 1-50 % en peso; o

- compuestos de aminoácidos, tales como glicinato de potasio; o

- las mezclas: sales inorgánicas/aminas primarias distintas de MEA, líquidos iónicos/aminas primarias distintas de MEA y/o sales inorgánicas/compuestos de aminoácidos.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que, para enfriar la disolución absorbente acuosa regenerada y/o enfriar la corriente que tiene un alto contenido de dióxido de carbono, se usan las siguientes corrientes: salmuera en bruto a una temperatura de 15-30°C; y/o las aguas madres a una temperatura de 30°C; y/o residuos de salmuera a una temperatura de 20-35°C.

3. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que, para calentar, recuperar y regenerar el absorbente, se utiliza el calor de una o más de las siguientes corrientes:

- la corriente de gas del horno del proceso de combustión de cal, preferiblemente a una temperatura de 270°C; - vapor de calderas/turbinas a una presión de 2-3 bar (abs);

- vapor de condensados en expansión de hornos de calcinación y secadores de sosa ligera, sosa densa y bicarbonato de sodio a una presión de hasta 4 bar (abs);

- vapor de efluentes de destiladores en expansión a una presión de hasta 1,6 bar y a una temperatura de hasta 110°C;

- gases residuales de secadores de sosa calcinada, hornos de calcinación, sosa densa y bicarbonato de sodio a una temperatura de hasta 130°C;

- gases residuales del proceso de destilación a una temperatura de hasta 90°C;

- las aguas residuales de la producción de carbonato de sodio, así como los condensados de proceso de la calcinación y la destilación a una temperatura de hasta 115°C;

- agua de enfriadores de proceso de absorción, carbonatación y calcinación de NH<3>;

- gases residuales de la planta de cloruro de calcio a una temperatura de 120°C;

- condensados de proceso de la planta evaporadora a una temperatura de 80°C; y/o

- vapor de las centrales eléctricas y/o centrales térmicas de la purga de una turbina de vapor a una presión igual o inferior a 20 bar (abs);

- vapor residual de otras plantas industriales a una presión igual o inferior a 20 bar (abs);

- calor residual de otros procesos utilizados en la producción de vapor por generadores de vapor, calderas de vapor de calor residual, evaporadores, etc., alimentados por combustibles líquidos o gaseosos, o por fuentes renovables.

4. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que al menos dos de las siguientes corrientes se suministran simultáneamente a la columna de absorción de CO<2>en cualquier proporción:

- gas de horno que tiene un contenido de dióxido de carbono de 25-35 % en volumen, preferiblemente de 30 % en volumen; y/o

- corriente de la planta para la carbonatación de bicarbonato de sodio que tiene un contenido de dióxido de carbono de 15-30 % en volumen; y/o

- gas de salida de la planta para la carbonatación de sosa en bruto que tiene un contenido de dióxido de carbono de 8-16 % en volumen; y/o

- gases de combustión que tienen un contenido de dióxido de carbono de 8-13 % en volumen,

en donde la corriente de gas que tiene el contenido más alto de dióxido de carbono se suministra a la parte inferior de la columna de absorción de CO<2>, y las corrientes restantes se suministran a la parte media de la columna de absorción de CO<2>.

5. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que una corriente de gas que tiene un alto contenido de dióxido de carbono es arrastrada al proceso de producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa a los siguientes lugares:

- al colector de entrada de los compresores, a una presión de 0,9-0,95 bar (abs); o

- al colector de salida del gas superior de los compresores a una presión de 2-4 bar (abs) y/o al colector de gas inferior a una presión de 3-5 bar (abs).

6. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que el calor residual de la producción de sosa mediante el proceso de amoniaco-sosa se utiliza como fuente de calor para alimentar refrigeradores de absorción, compresores químicos que enfrían las corrientes, tal como las corrientes intermedias utilizadas en los sistemas de enfriamiento de columnas, y/o sistemas para eliminar compuestos volátiles y/o condensarlos en el sistema de recuperación de CO<2>.