ES2542975T3 - Un método de depuración de un gas que contiene dióxido de carbono, y un sistema de purificación de dióxido de carbono - Google Patents

Un método de depuración de un gas que contiene dióxido de carbono, y un sistema de purificación de dióxido de carbono Download PDF

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Abstract

un método de depuración de un gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono generado en una caldera (2) que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso, comprendiendo el método comprimir el gas de chimenea que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación enfriar el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura, y a continuación dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un adsorbedor de mercurio (66) para eliminar al menos una porción del contenido de mercurio de gas de chimenea comprimido y enfriado que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, y a continuación enfriar adicionalmente el gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una segunda temperatura, que es inferior a la primera temperatura, y a continuación dirigir el gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a través de un secador (70) para eliminar al menos una porción del contenido de agua del gas de chimenea comprimido y enfriado adicionalmente que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono, caracterizado por que el paso de enfriamiento del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono a una primera temperatura comprende enfriar a una primera temperatura que es más alta que la temperatura del punto de rocío con respecto al vapor de agua del gas de chimenea comprimido que contiene al menos 40% en volumen de dióxido de carbono.

Description

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E11150940
17-07-2015
nitrógeno como uno de sus constituyentes principales, separado del dióxido de carbono en la unidad de licuación de CO2 73. El sistema de regeneración 120 comprende un calentador 124 que está adaptado para calentar el gas de regeneración. Un circuito de calentamiento 126 está conectado al calentador 124 para hacer circular un medio de calentamiento, tal como vapor, en el calentador 124. El gas de regeneración calentado abandona el calentador 124
5 por el conducto de conexión fluida 128. Un sensor de temperatura 130 está dispuesto en el conducto 128 para medir la temperatura del gas de regeneración calentado. Una válvula 132 está dispuesta en el circuito de calentamiento 126 para controlar el flujo del medio de calentamiento al calentador 124. El sensor de temperatura 130 controla la válvula 132 para suministrar una cantidad adecuada del medio de calentamiento. Para pre-calentamiento del material del relleno 86 del adsorbedor de mercurio 66 en la puesta en marcha, el calentador 124 puede calentar típicamente el gas de regeneración a una temperatura de aproximadamente 40-80ºC. Para regeneración del material del relleno 112 del secador de gas 70, el calentador 124 puede calentar típicamente el gas de regeneración a una temperatura de aproximadamente 120-300ºC.
En los conductos 88 y 8, respectivamente, están dispuestas válvulas de aislamiento del adsorbedor de mercurio 134,
136. Durante una secuencia de pre-calentamiento, las válvulas 134-136 están cerradas para aislar el adsorbedor de
15 mercurio 66, y el gas de regeneración calentado se suministra al adsorbedor de mercurio 66 desde el sistema de regeneración y calentamiento 120 por un conducto 138 que está conectado en conexión fluida con el conducto 128. El gas de regeneración calienta el material del relleno 86. El mercurio se combina firmemente con el material del relleno 86, lo que significa que prácticamente nada o casi nada de mercurio se libera del relleno 86 durante el precalentamiento del mismo. El gas de regeneración agotado abandona el adsorbedor de mercurio 66 por un conducto 140. El gas de regeneración agotado, que no contiene concentración alguna o sólo una concentración muy baja de mercurio, puede liberarse a la atmósfera.
Cuando el relleno 86 ha adsorbido mercurio conforme a su capacidad de adsorción, las válvulas 134, 136 se cierran, y el relleno agotado 86 se reemplaza con relleno 86 fresco.
En los conductos 114 y 110 respectivamente están dispuestas válvulas de aislamiento del secador de gas 142,
25 144. Durante una secuencia de regeneración, las válvulas 142, 144 están cerradas para aislar el secador de gas 70, y el gas de regeneración calentado se suministra al secador de gas 70 desde el sistema de regeneración y calentamiento 120 por un conducto 146 que está conectado en conexión fluida con el conducto 128. El gas de regeneración calienta el material del relleno 112 y causa una desorción de vapor de agua. El gas de regeneración agotado, que contiene vapor de agua desorbido, abandona el secador de gas 70 por un conducto 148. Dado que el adsorbedor de mercurio 66 está instalado aguas arriba del secador de gas 70, no es adsorbida cantidad alguna de mercurio, o sólo una cantidad de mercurio muy pequeña, en el material del relleno 112 del secador de gas 70. Así pues, nada, o prácticamente nada de mercurio es desorbido durante la regeneración del secador de gas 70. El gas de regeneración agotado que procede del secador de gas 70 está muy depurado con respecto a mercurio y puede, por tanto, liberarse a la atmósfera.
35 Se apreciará que cuando las válvulas 134, 136 están cerradas, no puede pasar cantidad alguna de gas rico en dióxido de carbono a través del adsorbedor de mercurio 66. De acuerdo con una realización, la GPU 40 puede estar provista de dos adsorbedores de mercurio paralelos 66, encontrándose uno de dichos adsorbedores paralelos 66 en operación mientras el otro adsorbedor paralelo sufre reemplazamiento del relleno 86. De acuerdo con otra realización, el gas de chimenea rico en dióxido de carbono podría emitirse a la atmósfera durante el reemplazamiento del relleno 86.
Se apreciará también que cuando las válvulas 142, 144 están cerradas, no puede pasar cantidad alguna de gas rico en dióxido de carbono a través del secador de gas 70. Conforme a una realización, la GPU 40 puede estar provista de dos secadores de gas paralelos 70, encontrándose uno de dichos secadores de gas paralelos 70 en operación mientras el otro secador de gas paralelo 70 sufre regeneración. Conforme a otra realización, el gas de chimenea rico
45 en dióxido de carbono podría emitirse a la atmósfera durante la regeneración del relleno 112 del secador de gas 70.
En la puesta en marcha de un sistema de la caldera 1, ilustrado en Fig. 1, la mayoría de las partes del sistema de la caldera 1, con inclusión de la mayoría de las partes de la unidad de refrigeración intermedia y adsorción de mercurio 54 están frías, lo que significa que las mismas tienen típicamente una temperatura de alrededor de 0-25ºC, dependiendo de la temperatura ambiente. Tales temperaturas bajas plantean el riesgo de que la temperatura del gas en el interior del adsorbedor de mercurio 66 llegue a ser inferior, durante la fase de puesta en marcha, a la temperatura del punto de rocío con respecto al agua, lo cual podría dar como resultado la condensación indeseada de agua líquida en el interior del relleno 86. Para evitar dicha condensación de agua, se utiliza el sistema de regeneración y calentamiento 120, como se ha mencionado anteriormente en esta memoria, para pre-calentamiento del adsorbedor de mercurio 66 antes de la inicialización de la puesta en marcha de la GPU 40. Este pre
55 calentamiento podría realizarse utilizando el sistema de regeneración y calentamiento 120 para dirigir un gas caliente, tal como nitrógeno gaseoso caliente, un gas de dióxido de carbono depurado caliente, o un gas residual caliente, por ejemplo un gas residual que contenga gases incondensables tales como nitrógeno y oxígeno, con una temperatura de, por ejemplo, 40-80ºC, al adsorbedor de mercurio 66 por los conductos 128 y 138 a fin de conseguir un pre-calentamiento del relleno 86, para evitar cualquier formación de gotitas de gua en el relleno 86 durante la fase de puesta en marcha.
8
E11150940
17-07-2015
Fig. 4 ilustra un sistema de purificación de gas en la forma de una unidad de separación de dióxido de carbono 240 de acuerdo con una realización alternativa. Muchas de las características de la unidad de separación de dióxido de carbono 240 son similares a las características de la unidad de compresión y purificación de gas 40, y se han asignado a dichas características similares de Fig. 4 los mismos números de referencia que los de Fig. 1. La unidad
5 de separación de dióxido de carbono 240 difiere de la unidad de compresión y purificación de gas 40 ilustrada en Fig. 1 en que el dióxido de carbono se separa de otros gases, tales como aire y nitrógeno, por medio de un proceso criogénico. En un proceso criogénico, un gas de chimenea rico en dióxido de carbono se comprime y se enfría a temperaturas tan bajas que el dióxido de carbono se licúa. La separación de otros gases, que hierven a temperaturas inferiores al dióxido de carbono, y a los que se hace referencia a veces como "gases incondensables" puede realizarse entonces. Ejemplos de gases incondensables incluyen nitrógeno, oxígeno y argón. Ejemplos de procesos criogénicos para separación y recuperación de dióxido de carbono se dan a conocer en US 2008/0173584 y US 2010/0215566.
Volviendo a Fig. 4, la unidad de separación de dióxido de carbono 240 comprende, como sus unidades principales, un compresor de gas 240', ilustrado con una etapa de compresión 246, una unidad de refrigeración intermedia y 15 adsorción de mercurio 254, y una unidad de separación criogénica 243. El compresor de gas 240', puede ser similar al compresor 40' descrito anteriormente en esta memoria con referencia a Fig. 2, y está impulsado por un motor 52. El gas comprimido se dirige, por un conducto 262, a un primer refrigerante de gas 64 de la unidad de refrigeración intermedia y adsorción de mercurio 254. El primer refrigerante de gas 64 enfría el gas a una primera temperatura, de manera similar a como se ha descrito anteriormente en esta memoria con referencia a Fig. 3, después de lo cual el gas comprimido enfriado se dirige, por un conducto 80 al adsorbedor de mercurio 66. En el adsorbedor de mercurio 66, el mercurio es adsorbido del gas de manera similar a la descrita anteriormente en esta memoria con referencia a Fig. 3. El gas comprimido enfriado se dirige luego, por el conducto 88, a un segundo refrigerante de gas 68. El segundo refrigerante de gas 68 enfría el gas ulteriormente a una segunda temperatura, de manera similar a como se ha descrito anteriormente en esta memoria con referencia a Fig. 3. El gas comprimido y enfriado adicionalmente se
25 dirige luego, por el conducto 92, a un secador de gas 70. En el secador de gas 70, el vapor de agua es adsorbido del gas de manera similar a como se ha descrito anteriormente en esta memoria con referencia a Fig. 3. Opcionalmente, la unidad de refrigeración intermedia y adsorción de mercurio 254 puede comprender además un separador gaslíquido, y/o un filtro y/o un sistema de regeneración de los tipos descritos en Fig. 3.
El gas abandona el secador de gas 70 por el conducto 272 y entra en la unidad de separación criogénica 243. En la unidad de separación criogénica 243 el dióxido de carbono se separa de los gases incondensables. Por tanto, una corriente rica en dióxido de carbono, que comprende típicamente dióxido de carbono licuado, abandona la unidad de separación criogénica 243 por el conducto 241 y puede transportarse lejos para secuestración del dióxido de carbono. Una corriente de gases incondensables abandona la unidad de separación criogénica 243 por el conducto 245, y puede liberarse a la atmósfera.
35 Una unidad de separación criogénica 243 puede comprender típicamente una denominada caja fría 247. La caja fría 247 puede ser un cambiador de calor multi-paso, que puede estar hecho de aluminio, en el cual pueden realizarse el calentamiento y enfriamiento de diversas corrientes en la unidad de separación criogénica 243. De acuerdo con una opción, un circuito de líquido refrigerante 290 está conectado al segundo refrigerante de gas 68 para realizar el enfriamiento del gas a la segunda temperatura. El circuito del líquido refrigerante 290 podría estar conectado a la caja fría 247, como se indica en Fig. 4, para utilizar la capacidad de refrigeración de la caja fría 247 cuando se enfría el fluido refrigerante que circula en el circuito del líquido refrigerante 290.
El aluminio, que puede estar incluido como parte de la estructura de la caja fría 247, puede reaccionar con el mercurio de manera indeseable. Por eliminación del mercurio del gas de chimenea rico en dióxido de carbono en el adsorbedor 66, aguas arriba de la caja fría 247 de la unidad de separación criogénica 243, se evitan tales
45 problemas, o al menos se minimizan. Adicionalmente, en algunos casos es necesario también eliminar el mercurio del dióxido de carbono para cumplir la especificación requerida para la secuestración del dióxido de carbono.
Se apreciará que numerosas variantes de las realizaciones arriba descritas son posibles dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Se ha descrito anteriormente en esta memoria el modo en que un sistema de purificación de gas que incluye un compresor 40', 240', un primer refrigerante de gas 64, un adsorbedor de mercurio 66, un segundo refrigerante de gas 68, y un secador de gas 70, puede estar integrado como parte de una GPU 40, como se ilustra en Figs. 2-3, o puede combinarse con una unidad de separación criogénica 243, como se ilustra en Fig. 4. Se apreciará que un sistema de purificación de gas de este tipo, y un método de operación del mismo, pueden integrarse también en otros tipos de procesos, en los que existe necesidad de eliminar mercurio y vapor de agua de un gas de chimenea
55 rico en dióxido de carbono. Adicionalmente, el sistema de purificación de gas del tipo arriba mencionado puede estar integrado también en otras partes de la GPU 40 y combinado de otras maneras con la unidad de separación criogénica 243 distintas de las descritas anteriormente en esta memoria.
Para resumir, un sistema de purificación de gas 40 para depuración de un gas de chimenea rico en dióxido de carbono generado en una caldera que quema un combustible en presencia de un gas que contiene oxígeno gaseoso comprende:
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