ES2492365B1 - SYSTEM AND PROCEDURE TO RECOVER GASEOUS SUBSTANCES A FROM GASEOUS CURRENTS - Google Patents
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Abstract
Sistema y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas.#Dispositivo y procedimiento que permiten recuperar CO{sub,2} de gases de combustión con gran ahorro en costes y evitando la producción de sustancias nocivas para el medioambiente. El dispositivo comprende un conducto de entrada y uno de salida, un generador de haz de luz láser (3) para ionización de la corriente de gases, unos electrodos (11) destinados a crear un campo electromagnético de atracción de los iones del gas a separar. En caso de que para obtener las concentraciones deseadas sea necesario emplear más de un dispositivo, éstos se colocan en serie de forma que la corriente de salida de uno es la corriente de entrada del siguiente. El procedimiento para la separación de gases comprende una etapa de ionización, una segunda etapa de separación y desionización, y una tercera etapa opcional de aprovechamiento de energía.System and procedure to recover gaseous substances from gaseous streams. # Device and procedure that allow to recover CO {sub, 2} of flue gases with great cost savings and avoiding the production of substances harmful to the environment. The device comprises an input and an output conduit, a laser beam generator (3) for ionization of the gas stream, electrodes (11) intended to create an electromagnetic field of attraction of the ions of the gas to be separated. . If it is necessary to use more than one device to obtain the desired concentrations, they are placed in series so that the output current of one is the input current of the next. The process for gas separation comprises an ionization stage, a second stage of separation and deionization, and an optional third stage of energy utilization.
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Sistema y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas. System and procedure to recover gaseous substances from gaseous streams.
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OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se puede incluir en el campo técnico del tratamiento de corrientes gaseosas, en particular, del tratamiento de gases de escape de combustión. The present invention can be included in the technical field of the treatment of gaseous streams, in particular, the treatment of combustion exhaust gases.
10 10
Dicha instalación y procedimiento puede aplicarse para la recuperación de cualquier sustancia gaseosa que se encuentre formando parte de la corriente gaseosa a separar. Said installation and procedure can be applied for the recovery of any gaseous substance that is part of the gas stream to be separated.
El objeto de la invención se refiere a una instalación y un procedimiento para recuperar sustancias, en particular gases de efecto invernadero, fundamentalmente dióxido de carbono 15 (CO2), a partir de corrientes gaseosas, empobreciendo dichas corrientes gaseosas en la sustancia recuperada. The object of the invention relates to an installation and method for recovering substances, in particular greenhouse gases, primarily carbon dioxide (CO2), from gaseous streams, depleting said gaseous streams in the recovered substance.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
20 twenty
En los próximos años, en base al cumplimiento de normativa UE y del acuerdo de Kioto, va a ser necesario disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. El más importante de dichos gases de efecto invernadero es el CO2. Una de las vías para llevar a cabo reducciones en las emisiones de dichos gases trata de emplear medios de separación de los sustancias gaseosas contenidas en corrientes gaseosas con el objetivo de capturar los gases de efecto 25 invernadero. In the coming years, based on compliance with EU regulations and the Kyoto agreement, it will be necessary to reduce the emission of greenhouse gases. The most important of these greenhouse gases is CO2. One of the ways to carry out reductions in the emissions of said gases is to use means of separating the gaseous substances contained in gaseous streams with the aim of capturing greenhouse gases.
Hasta ahora los métodos utilizados para la separación de sustancias gaseosas emplean procesos físico–químicos que buscan utilizar la polaridad/apolaridad, el tamaño molecular, las características oxidantes/reductoras y el cambio de estado de las sustancias que componen la 30 corriente gaseosa. Dichos procedimientos son altamente demandantes en energía y/o comprenden la elaboración de productos químicos intermedios que resultan nocivos para el medio ambiente, lo cual implica unos costes elevados en seguridad para evitar el desprendimiento hacia la atmósfera de dichos productos nocivos. Until now the methods used for the separation of gaseous substances employ physical-chemical processes that seek to use polarity / apolarity, molecular size, oxidizing / reducing characteristics and the change of state of the substances that make up the gas stream. These procedures are highly demanding in energy and / or include the production of intermediate chemicals that are harmful to the environment, which implies high safety costs to prevent the release of such harmful products into the atmosphere.
Además, del estado de la técnica se conocen métodos y aparatos de extracción de dióxido de 35 carbono que emplean carbonatos y agua para secuestrar el dióxido de carbono como bicarbonato. Estos aparatos utilizan sistemas de spray o de atomización y catalizadores metálicos para favorecer la reacción química y el dióxido de carbono que se secuestra se obtiene como otra sustancia química, bicarbonato en este caso, y no como sustancia final. In addition, methods and apparatus for extracting carbon dioxide using carbonates and water to sequester carbon dioxide as bicarbonate are known from the prior art. These devices use spray or atomization systems and metal catalysts to favor the chemical reaction and the carbon dioxide that is sequestered is obtained as another chemical, bicarbonate in this case, and not as the final substance.
40 40
Se conocen asimismo unos reactores de descomposición de gases de efecto invernadero, mediante sistemas de semiconductores en capas o mediante capas de semiconductores. Se utilizan fuentes de microondas para producir la ionización y posteriormente descomponen los gases ionizados en sus átomos para que se liberen como moléculas estables. Also known are decomposition reactors of greenhouse gases, by means of layered semiconductor systems or by semiconductor layers. Microwave sources are used to produce the ionization and subsequently decompose the ionized gases in their atoms so that they are released as stable molecules.
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También se conocen sistemas de captura de dióxido de carbono en disolución acuosa para formar carbonatos que puedan ser almacenados en el subsuelo de forma estable. Generalmente mediante carbonatos de metales alcalinos. Also known are carbon dioxide capture systems in aqueous solution to form carbonates that can be stored in the subsoil in a stable manner. Generally by alkali metal carbonates.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 50 DESCRIPTION OF THE INVENTION 50
La presente invención describe un dispositivo y un procedimiento de recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas. Dicho procedimiento está basado en la ionización de las moléculas de las sustancias componentes de la corriente gaseosa y su The present invention describes a device and a method of recovering gaseous substances from gaseous streams. Said procedure is based on the ionization of the molecules of the component substances of the gas stream and their
posterior separación mediante la aplicación de campos electrostáticos. subsequent separation through the application of electrostatic fields.
La invención es aplicable a multitud de sustancias gaseosas si bien está especialmente enfocada al tratamiento del grupo de gases de efecto invernadero. Puede utilizarse para la recuperación de varias sustancias de efecto invernadero como óxidos de nitrógeno y óxidos de 5 azufre así como el resto de componentes de la corriente gaseosa, aunque principalmente se emplea para la recuperación de dióxido de carbono. The invention is applicable to a multitude of gaseous substances although it is especially focused on the treatment of the group of greenhouse gases. It can be used for the recovery of various greenhouse substances such as nitrogen oxides and sulfur oxides as well as the other components of the gas stream, although it is mainly used for the recovery of carbon dioxide.
El procedimiento de la invención está basado en un ciclo de fases secuenciales que comprende primero una ionización, segundo una separación y tercero una desionización y 10 aprovechamiento energético en serie, de la sustancia gaseosa a separar y/o recuperar. The process of the invention is based on a cycle of sequential phases comprising first an ionization, second a separation and third a deionization and energy use in series, of the gaseous substance to be separated and / or recovered.
Un ciclo de ionización, separación y desionización da como resultado, a partir de una primera corriente de entrada, dos corrientes de salida: una primera corriente de salida con una concentración de la sustancia gaseosa a extraer menor que la de la primera corriente de 15 entrada, y una segunda corriente de salida con una concentración de la sustancia gaseosa a extraer mayor que la de la primera corriente de entrada. An ionization, separation and deionization cycle results, from a first inlet stream, two outlet streams: a first outlet stream with a concentration of the gaseous substance to be extracted less than that of the first inlet stream. , and a second output stream with a concentration of the gaseous substance to be extracted greater than that of the first inlet stream.
En función de los parámetros concretos del procedimiento y de las exigencias de la normativa que sea necesario cumplir en cada momento, el procedimiento puede ser iterativo, repitiéndose 20 el ciclo de ionización, separación y desionización en varias etapas, de manera que la primera corriente de salida de la primera etapa constituya la corriente de entrada de la segunda etapa y así sucesivamente. Depending on the specific parameters of the procedure and the requirements of the regulations that need to be met at all times, the procedure can be iterative, repeating the cycle of ionization, separation and deionization in several stages, so that the first current of output of the first stage constitutes the input current of the second stage and so on.
En el caso de que el gas a separar se seleccione entre los gases de escape de efecto 25 invernadero, la corriente de entrada a la primera etapa puede provenir de cualquier corriente que comprenda gas de efecto invernadero, preferentemente de al menos una corriente de gases de escape de combustión, en adelante referida como corriente de escape, por ejemplo, de centrales térmicas de combustión de combustibles fósiles, centrales de combustión de biomasa, etc. 30 In the event that the gas to be separated is selected from the greenhouse gases 25, the inlet to the first stage may come from any stream comprising greenhouse gases, preferably from at least one stream of gases from combustion exhaust, hereinafter referred to as the exhaust stream, for example, of fossil fuel combustion thermal plants, biomass combustion plants, etc. 30
Dicha corriente de entrada es dirigida hacia una primera zona, para efectuar una fase de ionización, donde incide un haz de luz láser intenso capaz de fotoionizar una determinada sustancia de la corriente de entrada, permitiendo, frente a otros métodos de ionización, la posibilidad de ionización selectiva. 35 Said input current is directed towards a first zone, to effect an ionization phase, where an intense laser light beam capable of photoionizing a certain substance of the input current, allowing, against other ionization methods, the possibility of selective ionization. 35
En una primera realización se fotoioniza inicialmente aquella sustancia cuyo potencial de ionización sea menor, y en las etapas posteriores se ionizan otras sustancias en función de potencial de ionización creciente. En un ejemplo de realización en el que la sustancia de efecto invernadero es dióxido de carbono, primero se fotoionizan y separan los óxidos de nitrógeno, 40 posteriormente los óxidos de azufre, después el vapor de agua, posteriormente el oxígeno presente en la corriente de entrada y finalmente se fotoioniza el dióxido de carbono. In a first embodiment, the substance whose ionization potential is lower is initially photoionized, and in the later stages other substances are ionized as a function of increasing ionization potential. In an exemplary embodiment in which the greenhouse effect substance is carbon dioxide, nitrogen oxides are first photoionized and separated, then sulfur oxides, then water vapor, then oxygen present in the inlet stream. and finally the carbon dioxide is photoionized.
En una segunda realización se hace una ionización selectiva y se fotoioniza directamente una determinada sustancia gaseosa presente. Por ejemplo, si de la corriente de entrada se decide 45 seleccionar CO2, mediante el ajuste de los parámetros experimentales se puede ionizar exclusivamente esta molécula dejando las demás en su estado neutro. In a second embodiment a selective ionization is made and a certain gaseous substance present is photoionized directly. For example, if from the input current it is decided to select CO2, by adjusting the experimental parameters this molecule can be ionized exclusively leaving the others in their neutral state.
El dispositivo y el procedimiento propuestos pueden emplearse a cualquier presión y temperatura, si bien, en función de las características, conocidas en el estado de la técnica, de 50 los sistemas de fotoionización por haces de luz coherente y de separación electroestática, la corriente de gases de entrada al dispositivo se acondiciona previamente a una presión y/o temperatura determinados en cada caso. The proposed device and procedure can be used at any pressure and temperature, although, depending on the characteristics, known in the state of the art, of the coherent light beam and electrostatic separation photoionization systems, the current of Inlet gases to the device is preconditioned at a certain pressure and / or temperature in each case.
A continuación la corriente de gas se hace pasar a un conducto principal, donde se induce la separación del gas ionizado mediante la aplicación de campos electrostáticos capaces de extraer los iones generados en la fase anterior y de desviarlos de la corriente principal de gases, hacia un segundo conducto. De esta forma, se obtiene una primera corriente de salida empobrecida en el gas a separar y una segunda corriente de salida enriquecida en el gas a 5 separar. The gas stream is then passed to a main duct, where the separation of the ionized gas is induced by applying electrostatic fields capable of extracting the ions generated in the previous phase and diverting them from the main gas stream, towards a second duct In this way, a first depleted output stream is obtained in the gas to be separated and a second output stream enriched in the gas to be separated.
Tras la fase de separación y extracción de los iones de la corriente principal, se somete a la segunda corriente de salida a una tercera fase final, en la que se favorece su desionización y estabilización energética. Dicha segunda corriente de salida se dirige mediante el conducto por 10 el que circula hacia el exterior del dispositivo objeto de la presente invención para su posterior tratamiento y/o almacenamiento. En esta última fase de desionización, se incluye un segundo subsistema que permite el aprovechamiento del flujo electrónico debido a la estabilización del gas para su posterior adecuación y reutilización energética. After the phase of separation and extraction of the ions of the main current, the second output current is subjected to a third final phase, in which its deionization and energy stabilization is favored. Said second output current is directed through the conduit through which it flows outwards from the device object of the present invention for its subsequent treatment and / or storage. In this last phase of deionization, a second subsystem is included that allows the use of electronic flow due to the stabilization of the gas for its subsequent adaptation and energy reuse.
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En función de la naturaleza de la corriente de entrada y de las sustancias que se desean separar, la segunda corriente de salida puede ser desechada o bien puede ser aprovechada para su venta a otras empresas. Por ejemplo, en el caso de recuperación de CO2 a partir de corrientes de escape, la segunda corriente de salida es o muy rica en óxidos de nitrógeno, o en óxidos de azufre o en oxígeno, dependiendo de la etapa de separación en que se encuentre, 20 los cuales constituyen unos subproductos aprovechables como materia prima por otras empresas como por ejemplo empresas de fertilizantes. Depending on the nature of the input stream and the substances to be separated, the second output stream can be discarded or it can be used for sale to other companies. For example, in the case of CO2 recovery from exhaust streams, the second output stream is either very rich in nitrogen oxides, or in sulfur oxides or in oxygen, depending on the stage of separation in which you are , 20 which constitute usable by-products as raw material by other companies such as fertilizer companies.
La primera corriente de salida podrá pasar por sucesivas etapas similares a la descrita para conseguir la separación de las distintas sustancias gaseosas a recuperar, consiguiendo en 25 cada una la concentración y cantidad requeridas por normativa. The first output current may pass through successive stages similar to that described to achieve the separation of the different gaseous substances to be recovered, each obtaining the concentration and quantity required by regulations.
La energía recuperada durante el proceso de desionización puede ser empleada preferentemente para su inyección (al menos en parte) en las fases de fotoionización y de 30 separación electroestática de cada etapa favoreciendo el rendimiento global del dispositivo. The energy recovered during the deionization process can preferably be used for its injection (at least in part) in the photoionization and electrostatic separation phases of each stage favoring the overall performance of the device.
Los parámetros básicos del procedimiento son los siguientes: The basic parameters of the procedure are as follows:
- la naturaleza y la concentración de la sustancia o sustancias que se desean separar 35 presentes en la primera corriente; - the nature and concentration of the substance or substances to be separated in the first stream;
- el porcentaje mínimo en peso que se requiere retirar de cada sustancia, respecto del porcentaje de dicha sustancia contenido en la primera corriente; y - the minimum percentage by weight that is required to withdraw from each substance, with respect to the percentage of said substance contained in the first stream; Y
- la concentración mínima en cada sustancia separada requerida para la segunda corriente de salida. 40 - the minimum concentration in each separate substance required for the second output stream. 40
En función de dichos parámetros básicos, se seleccionan los parámetros característicos del haz de luz láser más adecuados para producir la ionización a menor coste de la especie gaseosa seleccionada, así como la diferencia de potencial de la fase de separación óptima. Based on these basic parameters, the most suitable characteristic parameters of the laser light beam are selected to produce ionization at a lower cost of the selected gaseous species, as well as the potential difference of the optimum separation phase.
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Uno de dichos parámetros es el número de iteraciones del procedimiento, es decir, el número de ciclos de fotoionización/separación a que es sometida consecutivamente la corriente de entrada para cumplir con los parámetros básicos aplicables a cada una de las sustancias gaseosas separada de la corriente principal de gases de entrada. One such parameter is the number of iterations of the procedure, that is, the number of photoionization / separation cycles to which the input stream is subjected consecutively to comply with the basic parameters applicable to each of the gaseous substances separated from the stream. Main inlet gases.
50 fifty
En efecto, para conseguir una concentración acorde a los parámetros básicos de la sustancia gaseosa, puede precisarse de varias iteraciones del procedimiento sobre la corriente principal de gases, aplicando en serie el dispositivo propuesto a la primera corriente de salida de cada ciclo. Los gases separados, segunda corriente de salida de cada ciclo, los cuales se Indeed, in order to achieve a concentration according to the basic parameters of the gaseous substance, several iterations of the procedure on the main gas stream may be required, serially applying the proposed device to the first output current of each cycle. The separated gases, second output current of each cycle, which are
encuentran altamente concentrados, se dirigen a través de un conducto común a su tratamiento y/o almacenamiento. They are highly concentrated, they are directed through a common conduit to their treatment and / or storage.
Mediante el procedimiento descrito en la presente invención se lleva a cabo una recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas que permite un alto ahorro energético, 5 en torno al 90%, respecto de los procedimientos de separación de gases y de captura de gases de efecto invernadero actualmente en operación. By means of the process described in the present invention, a recovery of gaseous substances from gaseous streams is carried out which allows a high energy saving, around 90%, with respect to gas separation and gas capture procedures. greenhouse effect currently in operation.
Adicionalmente el procedimiento de la presente invención evita la generación de productos nocivos para el medioambiente, con los ahorros que ello supone. Otra ventaja que aporta la 10 presente invención es que favorece la sinergia entre empresas, puesto que los subproductos del procedimiento pueden ser adquiridos como materia prima por otras empresas. Additionally, the process of the present invention avoids the generation of products harmful to the environment, with the savings that this entails. Another advantage of the present invention is that it favors synergy between companies, since by-products of the process can be acquired as raw material by other companies.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: 20 To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. Where illustrative and not limiting, the following has been represented: 20
Figura 1.- Muestra una vista de un dispositivo de separación de gases del sistema. Figure 1.- Shows a view of a system gas separation device.
Figura 2.- Muestra una vista de la instalación en la que se disponen varios sistemas. Figure 2.- Shows a view of the installation in which several systems are arranged.
25 25
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Seguidamente, con referencia a las figuras 1 a 2 adjuntas, se expone una realización preferente del dispositivo de la invención. Next, with reference to the attached figures 1 to 2, a preferred embodiment of the device of the invention is set forth.
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El sistema para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas de la presente invención comprende al menos un dispositivo de separación de gases (19) y una unidad de control (14) conectada a unos elementos medidores (15), a una unidad de despresurización (17) y a unos elementos de acondicionamiento (16). Tanto los elementos medidores (15) como la unidad de despresurización (17) y los elementos de 35 acondicionamiento (16) están conectados a su vez a las entradas y salidas del dispositivo de separación de gases (19). The system for the recovery of gaseous substances from gaseous streams of the present invention comprises at least one gas separation device (19) and a control unit (14) connected to measuring elements (15), to a unit of depressurization (17) and some conditioning elements (16). Both the measuring elements (15) and the depressurization unit (17) and the conditioning elements (16) are in turn connected to the inputs and outputs of the gas separation device (19).
Cada dispositivo de separación de gases (19) comprende esencialmente un conducto de entrada de gases (2) destinado al paso de una corriente de gases de entrada (1) y 40 conectado a una zona de fotoionización (6) situada en la parte central del dispositivo. Each gas separation device (19) essentially comprises a gas inlet duct (2) intended for the passage of an inlet gas stream (1) and 40 connected to a photoionization zone (6) located in the central part of the device.
Dicha zona de fotoionización (6) situada en la parte central del dispositivo está conectada adicionalmente a un primer conducto de salida (9) que está en la misma dirección que el conducto de entrada de gases (2), opuesto a él. Asimismo, la zona de fotoionización está 45 conectada a un conducto de fotoionización (4) y a un segundo conducto de salida (7) situados ambos en dirección perpendicular a la dirección de avance de la corriente de gases de entrada (1), y opuestos entre sí. Said photoionization zone (6) located in the central part of the device is additionally connected to a first outlet duct (9) that is in the same direction as the gas inlet duct (2), opposite it. Also, the photoionization zone is connected to a photoionization duct (4) and a second outlet duct (7) both located perpendicular to the direction of advance of the inlet gas stream (1), and opposite between yes.
En un extremo del conducto de fotoionización (4) se dispone un láser que emite un haz de 50 luz láser (3) destinado a impactar en la corriente de gases que atraviesa la zona de fotoionización (6) del dispositivo. Adicionalmente en el conducto de fotoionización comprende una lente (5) destinada a hacer converger el haz de luz láser en la zona de fotoionización (6). At one end of the photoionization conduit (4) a laser is emitted that emits a beam of 50 laser light (3) intended to impact the gas flow through the photoionization zone (6) of the device. Additionally in the photoionization conduit it comprises a lens (5) intended to make the laser light beam converge in the photoionization zone (6).
El segundo conducto de salida (7) es un cuerpo tubular en cuyo interior se disponen unos electrodos (11) destinados a crear un campo electromagnético que atrae hacia sí los iones del gas a separar para dirigirlos hacia dicho segundo conducto de salida (7). The second outlet duct (7) is a tubular body inside which electrodes (11) are arranged to create an electromagnetic field that attracts the ions of the gas to be separated to direct them towards said second outlet duct (7).
Adicionalmente este segundo conducto de salida (7) comprende un sistema de 5 desionización (12) destinado a estabilizar electrónicamente la corriente de gas que lo atraviesa y a adecuar la corriente generada para su posterior utilización. En una realización preferente de la invención, el dispositivo comprende un sistema de recuperación energética (13) que está conectado al conducto de salida (7) y cuya salida se conecta a sistema de producción de luz láser (3) y a los electrodos de separación electromagnéticos (11). 10 Additionally, this second outlet duct (7) comprises a deionization system (12) designed to electronically stabilize the gas stream that passes through it and to adapt the current generated for its subsequent use. In a preferred embodiment of the invention, the device comprises an energy recovery system (13) that is connected to the output duct (7) and whose output is connected to the laser light production system (3) and the electromagnetic separation electrodes (eleven). 10
El resto de la corriente de gases continúa avanzando, a través de la zona de fotoionización hasta el primer conducto de salida (9) por donde salen del dispositivo como primera corriente de gases de salida (10). The rest of the gas stream continues advancing, through the photoionization zone to the first outlet duct (9) where the device exits as the first outlet gas stream (10).
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En el sistema de desionización (12) se estabiliza el gas separado y atraviesa el segundo conducto de salida (7) hasta una zona de tratamiento y/o almacenamiento. El gas separado constituye la segunda corriente de salida de gases (8). In the deionization system (12) the separated gas is stabilized and passes through the second outlet duct (7) to a treatment and / or storage area. The separated gas constitutes the second gas outlet stream (8).
A efectos de lograr la concentración requerida y la cantidad requerida del gas a extraer o 20 recuperar, el ciclo de ionización/separación/desionización puede aplicarse en serie tantas veces como sea necesario hasta eliminar el gas a extraer de la corriente de gases de la primera corriente de salida de gases (10). In order to achieve the required concentration and the required amount of gas to be extracted or recovered, the ionization / separation / deionization cycle can be applied in series as many times as necessary until the gas to be extracted is removed from the gas stream of the first gas outlet current (10).
La unidad de control (14) permite variar los diferentes parámetros anteriormente descritos en 25 función de las condiciones del gas de entrada y de las condiciones deseadas para los gases de salida. Estas condiciones se conocen gracias a los elementos medidores (15) y se varían mediante los elementos de acondicionamiento (16) y la unidad de despresurización (17). The control unit (14) allows the different parameters described above to be varied depending on the conditions of the inlet gas and the desired conditions for the outlet gases. These conditions are known thanks to the measuring elements (15) and are varied by means of the conditioning elements (16) and the depressurization unit (17).
Cuando el sistema (21) comprende varios dispositivos de separación de gases, éstos se 30 conectan en serie de forma que la primera corriente de salida de gases (10) de un primer dispositivo de separación de gases (19) es la corriente de gases de entrada (1) de un segundo dispositivo de separación de gases (20) adyacente a él. When the system (21) comprises several gas separation devices, these are connected in series so that the first gas outlet current (10) of a first gas separation device (19) is the gas stream of inlet (1) of a second gas separation device (20) adjacent thereto.
Asimismo se considera objeto de la invención una instalación para la recuperación de 35 sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas que comprende una pluralidad de sistemas (21) para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas anteriormente descritos. Cada sistema (21) comprende una unidad de control (14) y la instalación comprende una unidad de control superior (18) a la que se conectan las unidades de control (14) de cada sistema (21). Dicha unidad de control superior (18) 40 gestiona las unidades de despresurización (17) de toda la instalación. An installation for the recovery of 35 gaseous substances from gaseous streams comprising a plurality of systems (21) for the recovery of gaseous substances from gaseous streams described above is also considered the subject of the invention. Each system (21) comprises a control unit (14) and the installation comprises an upper control unit (18) to which the control units (14) of each system (21) are connected. Said upper control unit (18) 40 manages the depressurization units (17) of the entire installation.
Es también objeto de la presente invención el procedimiento de recuperación de sustancias gaseosas a partir de sustancias gaseosas. A continuación se describe el procedimiento aplicado a la recuperación de dióxido de carbono a partir de gases de combustión. El 45 procedimiento propuesto puede llevarse a cabo en cualquier tipo de dispositivo, habiendo sido especialmente diseñado para ser aplicado empleando el dispositivo de la invención anteriormente descrito. The method of recovering gaseous substances from gaseous substances is also object of the present invention. The procedure for the recovery of carbon dioxide from combustion gases is described below. The proposed procedure can be carried out in any type of device, having been specially designed to be applied using the device of the invention described above.
Este ejemplo de realización se realiza en una instalación como la anteriormente descrita en 50 la que se obtienen los gases finales después de un procedimiento de separación de gases realizado en cada dispositivo de separación de gases (19). This exemplary embodiment is carried out in an installation like the one described above in which the final gases are obtained after a gas separation procedure performed in each gas separation device (19).
En la instalación los sistemas (21) se disponen en serie y la primera corriente de salida de In the installation the systems (21) are arranged in series and the first output current of
un sistema (21) es la corriente de entrada del sistema (21) siguiente y así continuamente hasta que se obtienen finalmente una segunda corriente de gases de salida y una primera corriente de gases de salida con las concentraciones deseadas. En cada sistema (21) se dispone una pluralidad de dispositivos de separación de gases (19) en serie. A system (21) is the input current of the following system (21) and so on continuously until a second stream of outlet gases and a first stream of outlet gases with the desired concentrations are finally obtained. In each system (21) a plurality of gas separation devices (19) are arranged in series.
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La corriente de gases de entrada (1) en este ejemplo de realización es una corriente de escape, a una temperatura de entre 50ºC y 140ºC, y a una atmósfera de presión, procedente por ejemplo de los gases de escape de una central térmica. Dicha corriente de entrada incorpora dióxido de carbono en su composición en una concentración entre 4,5% y 19,5%. 10 The inlet gas stream (1) in this exemplary embodiment is an exhaust stream, at a temperature between 50 ° C and 140 ° C, and at a pressure atmosphere, for example from the exhaust gases of a thermal power plant. Said input stream incorporates carbon dioxide in its composition in a concentration between 4.5% and 19.5%. 10
Antes de introducir la corriente de gases de entrada (1) en el dispositivo (19) se hace pasar por unos elementos de acondicionamiento (16) para ser acondicionada en presión y temperatura. Los elementos de acondicionamiento (16) comprenden un dispositivo de abatimiento térmico de la corriente de escape destinada a reducir su temperatura, así como 15 unos medios de descompresión para disminuir la presión de la corriente de escape hasta una presión adecuada (entre 0,1 y 1 atmósferas). Before introducing the inlet gas stream (1) into the device (19) it is passed through conditioning elements (16) to be conditioned in pressure and temperature. The conditioning elements (16) comprise a device for heat exhaustion of the exhaust stream intended to reduce its temperature, as well as a means of decompression to reduce the pressure of the exhaust stream to a suitable pressure (between 0.1 and 1 atmospheres)
La corriente de gases de entrada (1.1) se hace pasar a un sistema (21.1) como el anteriormente descrito en el interior del que se dispone uno o varios dispositivos (19) en 20 serie y de este sistema se obtiene una segunda corriente de gases de salida (8.1) compuesta fundamentalmente por óxidos de nitrógeno. The inlet gas stream (1.1) is passed to a system (21.1) like the one described above inside which one or more devices (19) are arranged in series and from this system a second gas stream is obtained output (8.1) composed mainly of nitrogen oxides.
El número de dispositivos de separación colocados en serie para formar el sistema de separación de gases depende de los parámetros básicos del procedimiento descritos con 25 anterioridad, de la normativa aplicable y de la concentración final de la segunda corriente de gases de salida (8.1) deseada. Dichos parámetros se controlan a través de la unidad de control (14.1) a la que está conectado el dispositivo de separación de gases. Esta segunda corriente de gases de salida (8.1) compuesta fundamentalmente por óxidos de nitrógeno constituye un subproducto que puede ser vendido como materia prima, por ejemplo a 30 empresas de fertilizantes. The number of separation devices placed in series to form the gas separation system depends on the basic parameters of the procedure described above, the applicable regulations and the final concentration of the second desired output gas stream (8.1). . These parameters are controlled through the control unit (14.1) to which the gas separation device is connected. This second outlet gas stream (8.1) composed mainly of nitrogen oxides constitutes a by-product that can be sold as raw material, for example to 30 fertilizer companies.
La primera corriente de gases de salida del primer sistema (21.1) se hace pasar a un segundo sistema (21.2) de separación de gases, conectado a él en serie. La corriente de entrada de gases (1.2) de este segundo sistema de separación de gases es la primera 35 corriente de gases de salida obtenida en el sistema anterior. The first outlet gas stream of the first system (21.1) is passed to a second gas separation system (21.2), connected to it in series. The gas inlet stream (1.2) of this second gas separation system is the first outlet gas stream obtained in the previous system.
La unidad de despresurización (17) permite mantener la temperatura y presión óptimas en los diferentes dispositivos (19) para su correcto funcionamiento, y están gestionados por una unidad de control superior (18) que a su vez recibe los datos de las unidades de control (14) 40 de cada sistema (21). The depressurization unit (17) allows to maintain the optimum temperature and pressure in the different devices (19) for its correct operation, and they are managed by a superior control unit (18) that in turn receives the data from the control units (14) 40 of each system (21).
En el segundo sistema (21.2) de separación de gases se realiza la recuperación de óxidos de azufre, vapor de agua y oxígeno. La corriente de gases de entrada (1.2) de este segundo sistema de separación de gases es la primera corriente de salida del primer sistema (21.1) 45 de separación de gases. Como resultado de las etapas que se llevan a cabo en el segundo sistema de separación (21.2) de gases se obtiene una corriente de gases de salida (8.2) constituye un subproducto que puede ser vendido como materia prima, por ejemplo a empresas de compuestos de yeso. La primera corriente de gases de salida (8.2) de este segundo sistema de separación de gases es una corriente de gases empobrecida en óxidos 50 de azufre, vapor de agua y oxígeno, y obviamente empobrecida en óxidos de nitrógeno que se han separado previamente en el primer sistema de separación de gases. In the second gas separation system (21.2), the recovery of sulfur oxides, water vapor and oxygen is carried out. The inlet gas stream (1.2) of this second gas separation system is the first outlet stream of the first gas separation system (21.1) 45. As a result of the steps that are carried out in the second gas separation system (21.2), an outlet gas stream (8.2) is obtained, which constitutes a by-product that can be sold as raw material, for example to companies of compounds of cast. The first outlet gas stream (8.2) of this second gas separation system is a stream of gases depleted in sulfur oxides 50, water vapor and oxygen, and obviously depleted in nitrogen oxides that have previously been separated in the First gas separation system.
La primera corriente de gases de salida que se obtiene en el segundo sistema de The first outlet gas stream that is obtained in the second system of
separación de gases (21.2) es la corriente que se emplea como corriente de entrada de gases (1.3) en el tercer sistema de separación de gases (21.3). En este tercer sistema (21.3) de separación de gases se obtiene como resultado una segunda corriente de gases de salida (8.3) compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono. Gas separation (21.2) is the current used as the gas inlet current (1.3) in the third gas separation system (21.3). In this third gas separation system (21.3), a second outlet gas stream (8.3) consisting primarily of carbon dioxide is obtained.
5 5
La primera corriente de salida (10.3) obtenida en el tercer sistema de recuperación de gases está compuesta por todas aquellas especies de la corriente de gases de entrada inicial (1) y empobrecida respecto de los gases recuperados en las distintas segundas corrientes de salida (8.1, 8.2, 8.3) de los distintos sistemas de separación de gases (21.1, 21.2, 21.3). The first output stream (10.3) obtained in the third gas recovery system is composed of all those species of the initial input gas stream (1) and impoverished with respect to the gases recovered in the different second output streams (8.1 , 8.2, 8.3) of the different gas separation systems (21.1, 21.2, 21.3).
10 10
Parte de la energía necesaria para ionizar cada uno de los distintos dispositivos de separación (19) puede recuperarse de cada uno de los procesos de desionización que se llevan a cabo en los segundos conductos de salida de cada sistema de separación de gases (21.1, 21.2, 21.3). Tal y como se ha descrito anteriormente, el segundo conducto de salida de los dispositivos separadores de gases (19) comprende un sistema de desionización, que 15 adicionalmente puede estar conectado a un sistema de aprovechamiento energético (13). El sistema de aprovechamiento energético permite utilizar parte de la energía obtenida en la desionización de la segunda corriente de gases de salida (8.1, 8.2, 8.3) para la ionización de las corrientes de gas con los que se trabaja. Some of the energy needed to ionize each of the different separation devices (19) can be recovered from each of the deionization processes that are carried out in the second outlet ducts of each gas separation system (21.1, 21.2 , 21.3). As described above, the second outlet duct of the gas separating devices (19) comprises a deionization system, which can additionally be connected to an energy use system (13). The energy use system allows the use of part of the energy obtained in the deionization of the second outlet gas stream (8.1, 8.2, 8.3) for the ionization of the gas streams with which one works.
20 twenty
El procedimiento para la recuperación de sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas que se lleva a cabo en un sistema (21) como los anteriormente descritos comprende las siguientes etapas que se realizan en cada dispositivo separador de gases (19) del sistema (21): The process for the recovery of gaseous substances from gaseous streams that is carried out in a system (21) as described above comprises the following steps that are performed in each gas separating device (19) of the system (21):
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-introducir una corriente de gas de entrada (1) en el dispositivo de separación de gases (19) a través del conducto de entrada de gases (2), - inserting an inlet gas stream (1) into the gas separation device (19) through the gas inlet duct (2),
-ionizar la corriente de gas de entrada (1) mediante un haz de luz láser (3) perpendicular a la dirección de avance de dicha corriente de gas de entrada (1), 30 - ionize the inlet gas stream (1) by a beam of laser light (3) perpendicular to the direction of advance of said inlet gas stream (1), 30
-redirigir las sustancias gaseosas ionizadas al segundo conducto de salida (7) mediante aplicación de un campo eléctrico generado por unos electrodos (11) para obtener la segunda corriente de salida de gases (8), - redirect the ionized gaseous substances to the second outlet duct (7) by applying an electric field generated by electrodes (11) to obtain the second gas outlet current (8),
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-desionizar la segunda corriente de salida de gases (8) en un sistema de desionización (12), - deionize the second gas outlet current (8) in a deionization system (12),
-recoger la primera corriente de salida de gases (10) en el primer conducto de salida de gases (9). 40 - Collect the first gas outlet current (10) in the first gas outlet duct (9). 40
Este procedimiento puede comprender adicionalmente una etapa de utilizar la energía obtenida en el sistema de desionización (12) mediante un sistema de recuperación de energía (13) contactado a los electrodos (11) y al laser de generación del haz de luz láser (3). 45 This method may further comprise a step of using the energy obtained in the deionization system (12) by means of an energy recovery system (13) contacted to the electrodes (11) and to the laser beam generation laser (3) . Four. Five
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