ES2610619T3 - Depurador en húmedo para eliminar dióxido de azufre de un gas de proceso - Google Patents

Depurador en húmedo para eliminar dióxido de azufre de un gas de proceso Download PDF

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Abstract

Método para limpiar un gas de proceso que contiene dióxido de azufre mediante un depurador en húmedo (8), comprendiendo dicho método poner el gas de proceso en contacto con un líquido de absorción en un recipiente de absorción (40) para absorber dióxido de azufre del gas de proceso, a continuación mezclar el líquido de absorción con un gas que contiene oxígeno, que contiene al menos 3 % en volumen de oxígeno, O2, después mezclar el líquido de absorción con un gas que contiene dióxido de carbono y añadir un material absorbente a al menos una parte del líquido de absorción, después devolver al menos una parte del líquido de absorción al recipiente de absorción (40) para absorber más dióxido de azufre del gas de proceso, en el que la mezcla de al menos una parte del líquido de absorción con el gas que contiene dióxido de carbono se lleva a cabo al mismo tiempo que la adición de un material absorbente a al menos una parte del líquido de absorción, en el que el material absorbente es piedra caliza o dolomita, y en el que el gas que contiene dióxido de carbono comprende al menos 20 % en volumen de dióxido de carbono, en el que la etapa de mezclar el líquido de absorción con un gas que contiene oxígeno, que contiene al menos 3 % en volumen de oxígeno, O2, se realiza en un tanque de oxidación (52) desde el que el líquido de absorción se transfiere a un tanque de disolución de absorbente (54) en el que se lleva a cabo la etapa de mezclar el líquido de absorción con un gas que contiene dióxido de carbono que comprende al menos un 20 % en volumen de dióxido de carbono, en el que una primera parte del material absorbente se añade al tanque de disolución de absorbente (54), y en el que una segunda parte del material absorbente se añade al líquido de absorción después de que el líquido de absorción ha salido del tanque de disolución de absorbente (54), en el que la cantidad de material absorbente suministrada al tanque de disolución de absorbente (54) se controla midiendo el pH del líquido de absorción en el tanque de disolución (54) mediante un primer sensor de pH (122) y utilizando el pH medido para controlar una válvula (124) comparando el pH medido y un punto de ajuste de pH del tanque de líquido de absorción (54) de pH 5 a 6, en el que la válvula (124) se abre para aumentar el flujo de líquido absorbente en el tanque de disolución (54) a fin de aumentar el pH cuando el pH medido por el sensor (112) es inferior al punto de ajuste de pH del tanque de líquido de absorción (54).

Description

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DESCRIPCION
Depurador en humedo para eliminar dioxido de azufre de un gas de proceso Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo de limpieza de un gas de proceso que contiene dioxido de azufre, mediante un depurador en humedo.
La presente invencion tambien se refiere a un depurador en humedo para limpiar un gas de proceso que contiene dioxido de azufre, comprendiendo el depurador en humedo un recipiente de absorcion que funciona para poner el gas de proceso en contacto con un lfquido de absorcion a fin de absorber dioxido de azufre procedente del gas de proceso.
Antecedentes de la invencion
En la combustion de un combustible, tal como carbon, petroleo, turba, residuos, etc., en una instalacion de combustion, tal como una central electrica, se genera un gas de proceso caliente, conteniendo tal gas de proceso, entre otros componentes, dioxido de carbono, CO2. Con las crecientes demandas ambientales, se han desarrollado varios procesos para eliminar dioxido de carbono del gas de proceso. Uno de tales procesos es el denominado proceso de oxicombustible, uno de cuyos ejemplos se describe en el documento US 2007/0243119. En un proceso de oxicombustible, un combustible, tal como uno de los combustibles mencionados anteriormente, se quema en presencia de un gas pobre en nitrogeno. El gas oxfgeno, que es proporcionado por una fuente de oxfgeno, se suministra a una caldera en la que el gas oxfgeno oxida el combustible. En el proceso de combustion de oxicombustible, se produce un gas de combustion rico en dioxido de carbono cuyo contenido de dioxido de carbono se puede comprimir en una unidad independiente y desechar con el fin de reducir la emision de dioxido de carbono a la atmosfera.
El dioxido de carbono, CO2, generado en un proceso de oxicombustible, normalmente se comprime a alta presion, o incluso se licua, antes de ser eliminado. La compresion del dioxido de carbono esta asocia a estrictos requisitos de bajas concentraciones de impurezas. Una de esas impurezas es el dioxido de azufre, que se genera cuando los compuestos que contienen azufre del combustible se oxidan durante el proceso de combustion. El documento WO 2009/052775 da a conocer un depurador en humedo que puede ser utilizado para la eliminacion de dioxido de azufre de un gas de proceso generado en un proceso de combustion de oxicombustible. El depurador en humedo del documento WO 2009/052775 puede en algunas situaciones no ser lo suficientemente eficaz con respecto a la eficacia de eliminacion de dioxido de azufre requerida.
El documento US 3.873.532 describe un depurador en humedo para eliminar dioxido de azufre usando una solucion acuosa de NaOH como lfquido de absorcion. El lfquido de absorcion gastado se regenera mediante la adicion de cal en la formacion de sulfito de calcio y sulfato de calcio. Tambien se puede introducir aire en el licor que se descarga del depurador, para oxidar mas sulfito a sulfato ya que los precipitados de sulfato son mas faciles de filtrar o centrifugar que los precipitados de sulfito.
El documento US 3.883.639 describe un metodo para eliminar dioxido de azufre de gas residual, comprendiendo dicho metodo poner el gas de proceso en contacto con un lfquido de absorcion en un recipiente de absorcion para absorber dioxido de azufre del gas de proceso; a continuacion, mezclar el lfquido de absorcion en un tanque de disolucion de absorbente al mismo tiempo que material absorbente en forma de piedra caliza o dolomita y con un gas que contiene dioxido de carbono de manera que el pH se ajuste entre 4 y 7; a continuacion, devolver al menos una parte del lfquido de absorcion al recipiente de absorcion para absorber mas dioxido de azufre del gas de proceso.
Breve descripcion de la invencion
Los inconvenientes y deficiencias anteriores del estado de la tecnica se superan o reducen mediante el uso de un metodo de limpieza de un gas de proceso que contiene dioxido de azufre mediante un depurador en humedo, comprendiendo dicho metodo las caractensticas de la reivindicacion 1.
Una ventaja de este metodo es que aumenta la eliminacion de dioxido de azufre. Este efecto puede ser atribuido a la adicion del gas que contiene dioxido de carbono al lfquido de absorcion, creyendose que el dioxido de carbono anadido aumenta la capacidad de eliminacion de dioxido de azufre del lfquido de absorcion.
De acuerdo con la invencion, la etapa de mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene dioxido de carbono que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono, se lleva a cabo al mismo tiempo que la etapa de adicion de un material absorbente a al menos una parte del lfquido de absorcion. Una ventaja de esta realizacion es que puede disolverse una mayor cantidad de material absorbente en el lfquido de absorcion, haciendo esto que el lfquido de absorcion sea mas eficiente para eliminar dioxido de azufre del gas de proceso.
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De acuerdo con la invencion, el metodo comprende ademas mezclar el Kquido de absorcion con un gas que contiene oxfgeno, conteniendo al menos 3 % en volumen de oxfgeno, O2, antes de mezclar el lfquido de absorcion con el gas que contiene dioxido de carbono, que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono. Una ventaja de esta realizacion es que la oxidacion de especies de azufre capturadas en un producto residual adecuado, tal como yeso, puede llevarse a cabo antes de anadir el dioxido de carbono gaseoso. Esto reduce el riesgo de que cualquiera de las especies de azufre debilmente unidas, tales como iones de sulfito, se descomponga para formar dioxido de azufre gaseoso por la influencia del dioxido de carbono anadido.
De acuerdo con la invencion, la etapa de mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene oxfgeno, conteniendo al menos 3 % en volumen de oxfgeno, O2, se realiza en un tanque de oxidacion desde el cual se transfiere lfquido de absorcion a un tanque de disolucion de absorbente en el que se leva a cabo la etapa de mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene dioxido de carbono, comprendiendo al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono. Una ventaja de esta realizacion es que la mezcla del lfquido de absorcion con el gas que contiene oxfgeno y con el gas que contiene dioxido de carbono en tanques individuales reduce el riesgo de efectos secundarios no deseados, tales como la descomposicion de especies de azufre disueltas en dioxido de azufre gaseoso y / o la descomposicion, inducida por gas que contiene oxfgeno, de especies de carbonato disueltas en dioxido de carbono gaseoso.
De acuerdo con la invencion, se anade una primera parte del material absorbente al tanque de disolucion de absorbente, y se anade una segunda parte del material absorbente al lfquido de absorcion despues de que el lfquido de absorcion ha salido del tanque de disolucion de absorbente. Una ventaja de esta realizacion es que la disolucion de material absorbente en el tanque de disolucion de absorbente puede llevarse a cabo a un pH que sea optimo para que tal disolucion sea eficiente, mientras que el pH puede ser alterado posteriormente mediante la segunda parte del material absorbente, hasta un nivel que sea optimo para la eliminacion de dioxido de azufre en el recipiente de absorcion.
De acuerdo con una realizacion, el gas que contiene dioxido de carbono, que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono, se origina al menos en parte a partir de gas de proceso que se ha de limpiar, o que ya ha sido limpiado, en el depurador en humedo. Una ventaja de esta realizacion es que el coste de explotacion se reduce, ya que el gas de proceso esta disponible en grandes cantidades a muy bajo coste. Por lo tanto, no sera necesario comprar el gas que contiene dioxido de carbono que se va a mezclar con el lfquido de absorcion.
Segun una realizacion, al menos una parte del gas que contiene dioxido de carbono, que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono, se genera en una caldera de oxicombustible. Una caldera de oxicombustible genera una gran cantidad de gas de proceso que contiene dioxido de carbono, conteniendo un alto porcentaje de gas de dioxido de carbono. Por tanto, un gas de proceso generado en una caldera de oxicombustible es muy adecuado para ser mezclado con el lfquido de absorcion, y esta disponible a bajo coste, o sin coste.
Otros objetos y caractensticas de la presente invencion quedaran claros a partir de la siguiente descripcion detallada y las reivindicaciones.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describe en mas detalle a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista lateral esquematica de un sistema de caldera que comprende un depurador en humedo.
La figura 2 es una vista lateral esquematica ampliada del depurador en humedo de la figura 1.
Descripcion de realizaciones preferidas
La figura 1 es una representacion esquematica de un sistema de caldera 1, tal como se ve desde un lado de la misma. El sistema de caldera 1 comprende como componentes principales una caldera 2, siendo en esta realizacion una caldera de oxicombustible, un sistema de generacion de energfa electrica de turbina de vapor, indicado esquematicamente como 4, un dispositivo de eliminacion de partfculas en la forma de un precipitador electrostatico 6 y un dispositivo de eliminacion de dioxido de azufre en forma de un depurador en humedo 8, que se describira con mas detalle a continuacion con referencia a la figura 2.
Volviendo a la figura 1, un combustible, tal como carbon, petroleo o turba, esta contenido en un dispositivo de almacenamiento de combustible 10 y se puede suministrar a la caldera 2 a traves de una tubena de alimentacion 12. Una fuente de gas oxfgeno 14 funciona para proporcionar gas oxfgeno en un modo que es conocido per se. La fuente de gas oxfgeno 14 puede ser una planta de separacion de aire para separar gas oxfgeno a partir de aire, una membrana de separacion de oxfgeno, un tanque de almacenamiento o cualquier otra fuente para proporcionar gas oxfgeno al sistema 1. Un conducto de alimentacion 16 funciona para enviar el gas oxfgeno producido, que comprende tfpicamente de 90 a 99,9 % en volumen de oxfgeno, O2, a la caldera 2. Un conducto 18 funciona para enviar gas de combustion recirculado, que contiene dioxido de carbono, a la caldera 2. Como se indica en la figura 1,
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el conducto de alimentacion 16 se une al conducto 18 aguas arriba de la caldera 2, de modo que el gas oxfgeno y el gas de combustion recirculado, que contiene dioxido de carbono, pueden llegar a mezclarse entre sf para formar una mezcla de gas que contiene tipicamente entre aproximadamente 20 y 50 % en volumen de gas oxfgeno, siendo el resto principalmente dioxido de carbono y vapor de agua, aguas arriba de la caldera 2. Ya que casi no entra aire en la caldera 2, casi no se suministra gas nitrogeno a la caldera 2. En funcionamiento practico, menos de 3 % en volumen del volumen de gas suministrado a la caldera 2 es aire que entra principalmente a la caldera 2 como una fuga de aire. La caldera 2 funciona para quemar el combustible, que ha de ser suministrado a traves de la tubena de alimentacion 12, en presencia del gas oxfgeno, mezclado con el gas de combustion recirculado, que contiene dioxido de carbono, que ha de ser suministrado a traves del conducto 18. Una tubena de vapor 20 funciona para enviar vapor, que se produce en la caldera 2 como resultado de la combustion, al sistema de generacion de energfa electrica de turbina de vapor 4, que funciona para generar energfa en forma de energfa electrica.
Un conducto 22 funciona para enviar gas de combustion rico en dioxido de carbono generado en la caldera 2 al precipitador electrostatico 6. Por "gas de combustion rico en dioxido de carbono" se entiende que el gas de combustion que sale de la caldera 2 a traves del conducto 22 contendra al menos 40 % en volumen de dioxido de carbono, CO2. A menudo mas del 50 % en volumen del gas de combustion que sale de la caldera 2 sera dioxido de carbono. El resto del "gas de combustion rico en dioxido de carbono" sera de aproximadamente de 20 a 50 % en volumen de vapor de agua (H2O), entre 2 y 7 % en volumen de oxfgeno (O2), ya que un ligero exceso de oxfgeno se prefiere a menudo en la caldera 2, y totalmente entre alrededor de 0 y 10 % en volumen de otros gases que incluyen principalmente nitrogeno (N2) y argon (Ar), ya que raras veces pueden evitarse completamente algunas fugas de aire.
El precipitador electrostatico 6, que puede ser de un tipo conocido per se, por ejemplo, del documento US 4.502.872, elimina la mayor parte de las partfculas de polvo del gas de combustion rico en dioxido de carbono. Como alternativa a un precipitador electrostatico, un filtro de tela, que es de por sf conocido a partir de, por ejemplo, el documento US 4.336.035, puede ser utilizado para eliminar las partfculas de polvo. Un conducto 24 funciona para enviar el gas de combustion rico en dioxido de carbono desde el precipitador electrostatico 6 al depurador en humedo 8.
El depurador en humedo 8 es del tipo de depurador de torre, un tipo de depurador que es de por sf conocido a partir de, por ejemplo, el documento EP 0 162 536. El depurador en humedo 8, que funciona para eliminar la mayor parte del contenido de dioxido de azufre del gas de combustion rico en dioxido de carbono procedente de la caldera 2 a traves del precipitador electrostatico 6, comprende una bomba de circulacion 26 que funciona para hacer circular, por una tubena de circulacion de lfquido de absorcion 28, un lfquido de absorcion en el depurador en humedo 8 a un conjunto de boquillas 30. Las boquillas 30 funcionan para atomizar el lfquido de absorcion en el depurador en humedo 8 y para lograr un buen contacto entre el lfquido de absorcion y el gas de combustion que esta siendo enviado al depurador en humedo 8 a traves del conducto 24 y que fluye sustancialmente de manera vertical hacia arriba dentro del depurador en humedo 8. La manera en que se prepara y se trata el lfquido de absorcion, se describira con mas detalle a continuacion con referencia a la figura 2.
Como alternativa al depurador en humedo 8 del tipo de torre, se pueden utilizar otros tipos de depuradores humedos para eliminar dioxido de azufre del gas de combustion rico en dioxido de carbono. Uno de tales dispositivos alternativos es un depurador de lecho burbujeante, uno de cuyos ejemplos se da a conocer en el documento WO 2005/007274. El depurador de lecho burbujeante comprende un recipiente de absorcion en forma de placa perforada que contiene en su lado superior una capa de un lfquido de absorcion a traves de cuya capa se hace burbujear el gas de proceso.
Volviendo a la figura 1, el gas de combustion rico en dioxido de carbono del cual se elimina la mayona, si no la totalidad, del dioxido de azufre, sale del depurador en humedo 8 a traves de un conducto 32 que envfa el gas de combustion a un punto de distribucion de gas 34. En el punto de distribucion de gas 34, el gas de combustion rico dioxido de carbono se divide en dos flujos, a saber, un primer flujo que, a traves del conducto 18, es recirculado de nuevo a la caldera 2, y un segundo flujo que, a traves de un conducto 36, es enviado a una unidad de compresion y purificacion de gas 38 en la que el gas de combustion rico en dioxido de carbono es comprimido para su eliminacion final, que a veces se denomina secuestro de CO2. El primer flujo, que es recirculado de nuevo a la caldera 2, comprende tfpicamente de 50 a 90 % en volumen del flujo total del gas de combustion rico en dioxido de carbono que sale del depurador en humedo 8.
La figura 2 ilustra el depurador en humedo 8 con mas detalle. Como ya se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 1, el gas de combustion rico en dioxido de carbono es transportado al depurador en humedo 8 a traves del conducto 24. El depurador en humedo 8 comprende, como componentes principales del mismo, un recipiente de absorcion en forma de una torre depuradora en humedo abierta 40 y un sistema de tratamiento de lfquido de absorcion 42. La torre depuradora en humedo abierta 40 esta provista de una entrada de gas 44, que se encuentra en una parte inferior de la torre depuradora en humedo 40, y una salida de gas 46, que se encuentra en una parte superior de la torre depuradora en humedo 40. La tubena de circulacion de lfquido de absorcion 28 esta conectada de manera fluida a una serie de partes tubulares 48, comprendiendo cada una de estas partes tubulares una serie de boquillas de atomizacion conectadas de manera fluida 30. El gas de combustion rico en dioxido de carbono entra en la torre depuradora en humedo 40 por la entrada 44 y es transportado verticalmente hacia arriba a traves de la
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torre depuradora en humedo 40, poniendose en contacto total con el Ifquido de absorcion atomizado por las boquillas 30.
Un eliminador de nieblas 50 se encuentra por encima de las partes tubulares 48 y las boquillas 30. El eliminador de nieblas 50, que se encuentra adyacente a la salida de gas 46, elimina al menos una parte de las gotitas de lfquido de absorcion arrastradas por el gas de combustion que esta siendo transportado verticalmente hacia arriba a traves de la torre depuradora en humedo 40, antes de permitir que el gas de combustion limpio salga del depurador en humedo 8 a traves de la salida 46 y el conducto 32.
El sistema de tratamiento lfquido de absorcion 42 comprende, como componentes principales del mismo, un primer tanque, que es un tanque de oxidacion 52, un segundo tanque, que es un tanque de disolucion de absorbente 54 y un sistema de preparacion de suspension absorbente 56.
El tanque de oxidacion 52 esta provisto de un sistema de oxidacion 58 que comprende una tubena 60 y una serie de boquillas 62 que estan conectadas de manera fluida a la tubena 60 y dispuestas en el fondo del tanque de oxidacion 52. Un primer dispositivo de transporte de gas en forma de ventilador 64 esta conectado de manera fluida, a traves de un conducto de alimentacion 66, a la tubena 60. La torre depuradora en humedo 40 tiene, en su extremo inferior, un tanque inferior 68 que recoge el lfquido de absorcion que ha sido atomizado por las boquillas 30. Una tubena 70 esta conectada de manera fluida al tanque inferior 68 y al tanque de oxidacion 52 y funciona para transportar lfquido de absorcion desde el tanque inferior 68 al tanque de oxidacion 52.
El ventilador 64 funciona para soplar un gas que contiene oxfgeno al sistema de oxidacion 58 desde una primera fuente de gas. La primera fuente de gas puede ser, por ejemplo, el aire ambiente. El gas que contiene oxfgeno soplado por el ventilador 64 al sistema de oxidacion 58 comprende preferiblemente al menos 3 % en volumen de oxfgeno, O2, mas preferiblemente al menos 5 % en volumen de oxfgeno, y mas preferiblemente al menos 10 % en volumen de oxfgeno, y preferiblemente menos de 5 % en volumen de dioxido de carbono, CO2, mas preferiblemente menos de 1 % en volumen de dioxido de carbono. Un gas que contiene oxfgeno tfpico podna comprender de 10 a 100 % en volumen de oxfgeno, de 0 a 1 % en volumen de dioxido de carbono, y totalmente de 0 a 90 % en volumen de otros gases, incluyendo por ejemplo nitrogeno, N2, vapor de agua, H2O, y argon, Ar. El ventilador 64 puede soplar, por ejemplo, aire ambiente que comprende aproximadamente 21 % en volumen de oxfgeno, y aproximadamente 0,04 % en volumen de dioxido de carbono a la disposicion de oxidacion 58. Otras mezclas de gases tambien son posibles, incluyendo, por ejemplo, gas oxfgeno casi puro, que comprende por ejemplo de 90 a 100 % en volumen de oxfgeno, y varias mezclas de gas oxfgeno y aire ambiente. Las boquillas 62 distribuyen el gas que contiene oxfgeno suministrado desde el ventilador 64 en el lfquido de absorcion contenido en el tanque de oxidacion 52.
El tanque de oxidacion 52 puede estar provisto de un agitador 72, que es util para mejorar el contacto entre el lfquido de absorcion y el gas que contiene oxfgeno. Una tubena 74 esta conectada de manera fluida al tanque de oxidacion 52 y funciona para transportar lfquido de absorcion del tanque de oxidacion 52 al tanque de disolucion de absorbente 54. Otra tubena 76 esta conectada de manera fluida al tanque de oxidacion 52 y funciona para transportar lfquido de absorcion del tanque de oxidacion 52 a una unidad de deshidratacion 78. En la unidad de deshidratacion 78, un dispositivo de filtrado, tal como un filtro de cinta 80, se utiliza para separar un producto residual solido, tal como yeso, del lfquido de absorcion, formando de ese modo un producto residual solido y un lfquido mas o menos claro. El producto residual solido se separa del lfquido en el filtro de cinta 80, y se recoge en un deposito de producto residual 82. El lfquido mas o menos claro se bombea, mediante una bomba 84 y a traves de una tubena conectada de manera fluida 86, de vuelta al tanque de oxidacion 52.
Una pared vertical 88 se puede extender desde el fondo del tanque de oxidacion 52 y casi hasta la superficie del lfquido de absorcion en el tanque 52. La pared vertical 88 separa el sistema de oxidacion 58 de la posicion en la que las tubenas 74, 76 estan conectadas al tanque 52 y reduce la cantidad de burbujas de gas que salen del tanque 52 con el lfquido de absorcion.
El tanque de disolucion de absorbente 54 esta provisto de un sistema de acidificacion 90 que comprende una tubena 92 y una serie de boquillas 94 que estan conectadas de manera fluida a la tubena 92 y dispuestas en el fondo del tanque de disolucion de absorbente 54. Las boquillas 94 pueden comprender, por ejemplo, una pluralidad de aberturas circulares, teniendo cada una un diametro de 2 a 20 mm y estando formadas en la pared de la tubena 92. Un segundo dispositivo de transporte de gas en forma de ventilador 96 esta conectado de manera fluida, a traves de un conducto de alimentacion 98, a la tubena 92. El ventilador 96 funciona para soplar un gas que contiene dioxido de carbono que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono, CO2, al sistema de acidificacion 90. El gas que contiene dioxido de carbono soplado por el ventilador 96 al sistema de acidificacion 90 comprende preferiblemente al menos 30 % en volumen de dioxido de carbono, y mas preferiblemente al menos 50 % en volumen de dioxido de carbono. Un gas que contiene dioxido de carbono tfpico podna comprender de 20 a 100 % en volumen de dioxido de carbono, de 0 a 5 % en volumen de oxfgeno, y totalmente de 0 a 80 % en volumen de otros gases, incluyendo por ejemplo nitrogeno, N2, vapor de agua, H2O, y argon, Ar. En la realizacion representada en la figura 2, el ventilador 96 arrastra, a traves de un conducto conectado de manera fluida 100, un gas que contiene dioxido de carbono desde una segunda fuente de gas, siendo la segunda fuente de gas en esta realizacion el
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conducto 32 a traves del cual sale el gas de combustion rico en dioxido de carbono del que se ha eliminado la mayona, si no todo, del dioxido de azufre, del depurador en humedo 8. El gas de combustion rico en dioxido de carbono del conducto 32 tiene un contenido de dioxido de carbono de tipicamente al menos 40 % en volumen, a menudo al menos 50 % en volumen, y esta disponible en grandes cantidades. Puesto que el gas de combustion rico en dioxido de carbono es un producto residual, no hay casi ningun coste para su uso en el sistema de acidificacion 90. Las boquillas 94 distribuyen el gas que contiene dioxido de carbono suministrado desde el ventilador 96 en el lfquido de absorcion contenido en el tanque de disolucion de absorbente 54.
El tanque de disolucion de absorbente 54 puede estar provisto de un agitador 102, que es util para mejorar el contacto entre el lfquido de absorcion y el gas que contiene dioxido de carbono. Una tubena de retorno 104 esta conectada de manera fluida al tanque de disolucion de absorbente 54. La bomba de circulacion 26, que funciona para hacer circular, por la tubena de circulacion de lfquido de absorcion 28, el lfquido de absorcion a las boquillas 30, esta conectada de manera fluida a la tubena 104 y transporta el lfquido de absorcion del tanque de disolucion de absorbente 54 a las boquillas 30.
Una pared vertical 105 puede extenderse desde el fondo del tanque 54 y casi hasta la superficie del lfquido de absorcion en el deposito 54. La pared vertical 105 separa el sistema de acidificacion 90 de la posicion en la que la tubena 104 esta conectada al tanque 54 y reduce la cantidad de burbujas de gas que salen del tanque 54 con el lfquido de absorcion.
Una suspension de absorbente se suministra al tanque de disolucion de absorbente 54 desde el sistema de preparacion de suspension de absorbente 56 a traves de una tubena de alimentacion de absorbente 106. El sistema de preparacion de suspension de absorbente 56 comprende un silo de absorbente 108 que funciona para almacenar material absorbente en forma de polvo, un tanque de mezcla de suspension de absorbente 110, un alimentador de absorbente 112, que se utiliza para alimentar material absorbente del silo 108 al tanque 110, una tubena de agua 114, que se utiliza para alimentar agua, o un lfquido que contiene al menos un poco de agua, al tanque 110, y un agitador 116 que se utiliza para mezclar el material absorbente con el agua en el tanque 110 a fin de formar una suspension de absorbente. Una bomba de suspension de absorbente 118 se utiliza para transportar suspension de absorbente del deposito 110 al tanque de disolucion de absorbente 54 a traves de una tubena conectada de manera fluida 106. Opcionalmente, el lfquido mas o menos claro generado en la unidad de deshidratacion 78 puede ser transportado, a traves de una bomba 84 y una tubena conectada de manera fluida 120, al tanque de mezcla de suspension de absorbente 110. El lfquido mas o menos claro suministrado a traves del conducto 120 puede reducir, o incluso eliminar, la necesidad de agua o de lfquido que contiene agua, suministrado a traves de la tubena 114.
La cantidad de suspension de absorbente suministrada al tanque de disolucion de absorbente 54 se puede controlar midiendo, con un primer sensor de pH 122, el pH del lfquido de absorcion en el tanque de disolucion 54. El pH medido con el sensor de pH 122 se utiliza para controlar una valvula de control 124 dispuesta en una tubena 106 y para controlar el flujo de suspension de absorbente a traves de la tubena 106. El pH medido con el sensor 122 se compara con un punto de ajuste de pH, tal como un punto de ajuste que indica un pH adecuado para un alto grado de disolucion de material absorbente en el lfquido de absorcion. Cuando, por ejemplo, el pH medido con el sensor 122 es menor que el punto de ajuste de pH, la valvula 124 se abre para aumentar el flujo de suspension de absorbente al tanque de disolucion 54 a fin de aumentar el pH.
Opcionalmente, un segundo sensor de pH 126 esta dispuesto para medir el pH del lfquido de absorcion transportado por la tubena 104. Otra tubena de alimentacion de absorbente 128 puede estar conectada de manera fluida a la tubena 106 y se puede utilizar para transportar suspension de absorbente del tanque 110, a traves de la bomba 118 y la tubena 106, a la tubena 104. La otra tubena de alimentacion de absorbente 128 esta conectada de manera fluida a la tubena 104 aguas arriba de la posicion del segundo sensor de pH 126. El pH medido con el sensor de pH 126 se utiliza para controlar una valvula de control 130 dispuesta en la tubena 128 y utilizada para controlar el flujo de suspension de absorbente a traves de la tubena 128. El pH medido con el sensor 126 se compara con un punto de ajuste de pH, tal como el punto de ajuste que indica un pH deseado del lfquido de absorcion que ha de ser atomizado por las boquillas 30 en la torre depuradora en humedo 40. Cuando, por ejemplo, el pH medido con el sensor 126 es menor que el punto de ajuste de pH, la valvula 130 se abre para aumentar el flujo de suspension de absorbente a la tubena 104 a fin de aumentar el pH. Tfpicamente, el punto de ajuste de pH del lfquido de absorcion del tanque 54 es un pH de entre 5 y 6, en el que el punto de ajuste de pH del lfquido de absorcion de la tubena 104 es tipicamente de aproximadamente 0.1 a 0.5 unidades mayor, es decir, el punto de ajuste de pH del lfquido de absorcion en la tubena 104 es tfpicamente un pH de 5.1 a 6.5. Por tanto, una primera parte de la cantidad total de material absorbente suministrado puede ser suministrada al tanque de disolucion de absorbente 54 a traves de la tubena de alimentacion de absorbente 106, y una segunda parte de la cantidad total de material absorbente puede ser suministrada a la tubena de retorno 104 a traves de la otra tubena de alimentacion de absorbente 128. En la realizacion ilustrada en la figura 2, la segunda parte del material absorbente se alimenta a la tubena de retorno 104 mediante la otra tubena de alimentacion de absorbente 128. Se apreciara que medios de mezcla, tales como un mezclador estatico, un tanque de mezcla independiente, etc., podnan estar dispuestos en la tubena de retorno 104 para mejorar aun mas la mezcla de lfquido de absorcion y material absorbente.
Sin estar limitado por ninguna teona espedfica, se cree que las reacciones que se producen en las diferentes partes del depurador en humedo 8 pueden ser las siguientes:
El ventilador 96 suministra un gas que contiene dioxido de carbono al tanque de disolucion de absorbente 54. Como consecuencia de esto, el dioxido de carbono, CO2, reaccionara con moleculas de agua, H2O, del Kquido de 5 absorcion del tanque de disolucion de absorbente 54:
imagen1
Al tanque de disolucion de absorbente 54 se suministra una suspension de un material absorbente desde el sistema de preparacion de suspension de absorbente 56. El material absorbente puede comprender, por ejemplo, piedra caliza, CaCO3. La piedra caliza puede reaccionar con moleculas de agua en un proceso de dos etapas:
CaCOi(s) <=> Ci^'laq) - COi2'(aq) [ec. 1.2]
COj* (aq) ♦ H*0(l) <=> HCO3' (aq) ♦ OH (eq) tec' 1-3]
10
De las reacciones indicadas anteriormente, queda claro que los iones de hidrogeno, H+, generados cuando se disuelve el gas de dioxido de carbono en el lfquido de absorcion [ec. 1.1] pueden reaccionar con, y ser neutralizados por, iones de hidroxido, OH-, generados cuando la piedra caliza se disuelve en el lfquido de absorcion [ec. 1.2 y 1.3]. El producto de tal neutralizacion es agua. Esto tendera a empujar el equilibrio de las ecuaciones 1.2 y 1.3 a la 15 derecha, lo que significa que se puede disolver mas piedra caliza en el lfquido de absorcion en el tanque de disolucion de absorbente 54.
El lfquido de absorcion es transportado, a traves de tubenas 104 y 28 a la torre depuradora en humedo 40 y es atomizado por las boquillas 30. En la torre depuradora en humedo 40 se producira la siguiente reaccion tras la absorcion de dioxido de azufre, SO2, comprendido en el gas de combustion:
2SO?(g| ♦ 2HCOj (aq) “Ca^aq) <=> Ca(HSO));- (aq) 4 2 C02 (g) [ec. 2,1]
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Por tanto, se apreciara que los iones de bicarbonato, HCO-3, generados en el tanque de disolucion de absorbente 54 de acuerdo con las ecuaciones 1.1, 1.2 y 1.3, tendera a empujar el equilibrio de la ecuacion 2.1 a la derecha, lo que significa que el dioxido de azufre se absorbe de manera eficiente en el lfquido de absorcion.
El lfquido de absorcion es transportado, a traves de la tubena 70, al tanque de oxidacion 52. En el tanque de 25 oxidacion 52, se puede producir la siguiente reaccion:
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Por tanto, se forma yeso, CaSO4, a veces descrito como incluyendo dos moleculas de agua, es dedr, CaSO4 x 2H2O, como producto final.
Se puede observar a partir de las reacciones anteriores que la reaccion que se produce de acuerdo con la ecuacion
1.1 al suministrarse gas que contiene dioxido de carbono al tanque de disolucion de absorbente 54 es beneficioso tanto en la disolucion de piedra caliza en el tanque de disolucion de absorbente 54, de acuerdo con las ecuaciones
1.2 y 1.3, para la absorcion de dioxido de azufre, SO2, en la torre depuradora en humedo 40, de acuerdo con la ecuacion 2.1, como para la oxidacion del bisulfito de calcio Ca(HSO-3)2, formado en el tanque de oxidacion 52, de acuerdo con la ecuacion 3.1. Por ejemplo, los equilibrios de las ecuaciones 2.1 y 3.1 son empujados hacia la derecha por un aumento de la concentracion del ion de bicarbonato, HCO3 (aq). Por tanto, la eliminacion de dioxido de azufre es mas eficiente en comparacion con los depuradores humedos de la tecnica anterior. Los problemas causados por el dioxido de azufre en la unidad de compresion y purificacion de gas 38, representada en la figura 1, se pueden evitar, o al menos reducirse.
Se apreciara que son posibles numerosas variantes de las realizaciones descritas anteriormente dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En lo que antecede se ha descrito que la piedra caliza, CaCO3, se utiliza como material absorbente. Se apreciara que tambien se podnan utilizar otros materiales absorbentes. Ejemplos de tales otros materiales incluyen dolomita, CaMg(CO3)2, y otros materiales absorbentes que son adecuados para la eliminacion de dioxido de azufre.
En lo que antecede se ha descrito que el material absorbente, tal como la piedra caliza, se anade al lfquido de absorcion en el mismo tanque, a saber, el tanque de disolucion de absorbente, en el que el gas que contiene dioxido de carbono se mezcla con el lfquido de absorcion. Se apreciara que el gas que contiene dioxido de carbono podna mezclarse con el lfquido de absorcion en otro tanque independiente, que podna estar dispuesto aguas arriba o aguas abajo, con respecto a la direccion de desplazamiento del lfquido de absorcion, de ese tanque en el que el material absorbente se anade al lfquido de absorcion.
En lo que antecede se ha descrito que el gas que contiene dioxido de carbono es arrastrado desde el conducto 32 en el que el gas de combustion limpio es transportado desde el depurador en humedo 8. Se apreciara que el gas que contiene dioxido de carbono podna tambien, como alternativa, ser arrastrado desde el conducto 24 que suministra el gas de combustion sucio al depurador en humedo 8, o incluso desde el conducto 22 en el que el gas de combustion sucio es transportado desde la caldera 2 al precipitador electrostatico 6. En el caso del arrastre de gas que contiene dioxido de carbono desde cualquiera de los conductos 22, 24, o desde otro conducto que contiene gas de una composicion similar, incluyendo una alta concentracion de dioxido de azufre, se apreciara que se puede producir una emision de dioxido de azufre desde el tanque de disolucion de absorbente 54, aunque es probable que una parte del contenido de dioxido de azufre del gas que contiene dioxido de carbono sea absorbida por el lfquido de absorcion a traves del cual burbujea el gas que contiene dioxido de carbono.
Otra opcion es arrastrar gas que contiene dioxido de carbono procedente de la unidad de compresion y purificacion de gas 38. La unidad de compresion y purificacion de gas 38 comprime el dioxido de carbono en varias etapas mediante compresores, y con frecuencia tambien elimina un poco de agua y otras impurezas del dioxido de carbono antes del secuestro de CO2. Por tanto, en la unidad de compresion y purificacion de gas 38, hay disponibles gases que contienen dioxido de carbono de diversos grados de pureza y presiones. Una parte de tal dioxido de carbono a presion podna ser enviada desde la unidad de compresion y purificacion de gas 38 al sistema de acidificacion 90 para su uso como un gas que contiene dioxido de carbono que se distribuye en el lfquido de absorcion contenido en el tanque de disolucion de absorbente 54. A menudo no se necesita un ventilador, ya que el gas procedente de la unidad de compresion y purificacion de gas 38 esta a menudo sometido a presion. Por tanto, de acuerdo con esta realizacion alternativa, un conducto de alimentacion 132 podna estar conectado de manera fluida a la unidad de compresion y purificacion de gas 38 y a la tubena 92 para suministrar gas que contiene dioxido de carbono directamente desde la unidad de compresion y purificacion de gas 38 al sistema de acidificacion 90. De acuerdo con otra alternativa, un gas que contiene dioxido de carbono tambien puede ser suministrado al sistema de acidificacion 90 a traves un conducto de alimentacion 132 procedente de otra fuente, tal como un tanque de almacenamiento de dioxido de carbono.
El sistema de caldera 1 que se describe con referencia a la figura 1, comprende una caldera de oxicombustion 2. Se apreciara que el depurador en humedo 8 y el metodo de uso de tal depurador en humedo 8, pueden utilizarse
tambien para otros tipos de caldera, incluidas las calderas de combustion de un combustible en presencia de aire ambiente en lugar de gas oxfgeno. Durante el uso de un gas que contiene dioxido de carbono que esta siendo arrastrado como parte del gas de proceso generado en el proceso de combustion, como se describe anteriormente con referencia a la figura 2, tambien es posible utilizar otra fuente de gas que contiene dioxido de carbono. Un 5 ejemplo de otra fuente de gas que contiene dioxido de carbono es dioxido de carbono comprimido suministrado en camiones y suministrado al sistema de acidificacion 90 a traves de un conducto de alimentacion 132.
Para resumir, un depurador en humedo 8 para limpiar un gas de proceso que contiene dioxido de azufre comprende un recipiente de absorcion 40 que funciona para poner el gas de proceso en contacto con un lfquido de absorcion para absorber dioxido de azufre del gas de proceso. El depurador en humedo 8 comprende ademas un sistema de 10 acidificacion 90 que funciona para mezclar lfquido de absorcion que ha absorbido dioxido de azufre del gas de
proceso con un gas que contiene dioxido de carbono, un tanque de disolucion de absorbente 54 que funciona para
anadir un material absorbente a al menos una parte del lfquido de absorcion, y una tubena de retorno 104 que funciona para devolver al recipiente de absorcion 40 al menos una parte del lfquido de absorcion que se ha mezclado con el gas que contiene dioxido de carbono.
15 Aunque la invencion se ha descrito con referencia a una serie de realizaciones preferidas, los expertos en la tecnica
entenderan que pueden hacerse varios cambios y que pueden sustituirse elementos de las mismas por equivalentes
sin apartarse del alcance de la presente invencion. Ademas, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situacion o material particular a las ensenanzas de la invencion sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por tanto, se pretende que la invencion no este limitada a las realizaciones particulares descritas como el mejor 20 modo contemplado para llevar a cabo esta invencion, sino que la invencion incluira todas las realizaciones que esten dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Ademas, el uso de los terminos primero, segundo, etc., no denota ningun orden de importancia, sino mas bien los terminos primero, segundo, etc. se utilizan para distinguir un elemento de otro.

Claims (3)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Metodo para limpiar un gas de proceso que contiene dioxido de azufre mediante un depurador en humedo (8), comprendiendo dicho metodo
    poner el gas de proceso en contacto con un Ifquido de absorcion en un recipiente de absorcion (40) para absorber dioxido de azufre del gas de proceso,
    a continuacion mezclar el Ifquido de absorcion con un gas que contiene oxfgeno, que contiene al menos 3 % en volumen de oxfgeno, O2, despues
    mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene dioxido de carbono y anadir un material absorbente a al menos una parte del lfquido de absorcion, despues
    devolver al menos una parte del lfquido de absorcion al recipiente de absorcion (40) para absorber mas dioxido de azufre del gas de proceso,
    en el que la mezcla de al menos una parte del lfquido de absorcion con el gas que contiene dioxido de carbono se lleva a cabo al mismo tiempo que la adicion de un material absorbente a al menos una parte del lfquido de absorcion,
    en el que el material absorbente es piedra caliza o dolomita, y en el que
    el gas que contiene dioxido de carbono comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono, en el que la etapa de mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene oxfgeno, que contiene al menos 3 % en volumen de oxfgeno, O2, se realiza en un tanque de oxidacion (52) desde el que el lfquido de absorcion se transfiere a un tanque de disolucion de absorbente (54) en el que se lleva a cabo la etapa de mezclar el lfquido de absorcion con un gas que contiene dioxido de carbono que comprende al menos un 20 % en volumen de dioxido de carbono, en el que una primera parte del material absorbente se anade al tanque de disolucion de absorbente (54), y en el que una segunda parte del material absorbente se anade al lfquido de absorcion despues de que el lfquido de absorcion ha salido del tanque de disolucion de absorbente (54), en el que la cantidad de material absorbente suministrada al tanque de disolucion de absorbente (54) se controla midiendo el pH del lfquido de absorcion en el tanque de disolucion (54) mediante un primer sensor de pH (122) y utilizando el pH medido para controlar una valvula (124) comparando el pH medido y un punto de ajuste de pH del tanque de lfquido de absorcion (54) de pH 5 a 6, en el que la valvula (124) se abre para aumentar el flujo de lfquido absorbente en el tanque de disolucion (54) a fin de aumentar el pH cuando el pH medido por el sensor (112) es inferior al punto de ajuste de pH del tanque de lfquido de absorcion (54).
  2. 2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el gas que contiene dioxido de carbono que comprende al menos un 20 % en volumen de dioxido de carbono proviene al menos parcialmente del gas de proceso que se va a limpiar o ya ha sido limpiado, en el depurador en humedo (8).
  3. 3. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una parte del gas que contiene dioxido de carbono que comprende al menos 20 % en volumen de dioxido de carbono se genera en una caldera de oxicombustible (2).
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