(Na ₂ C0 ₃ - 2H ₂ 0 - NaHC0 ₃ ) SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra dentro dei sector técnico de la captura y almacenamiento de CO ₂ (CCS), específicamente en lo que respecta a la captura de CO ₂ en plantas de potencia y procesos industriales y su posterior utilización (CCU) para la producción de productos químicos de interés industrial. Esta invención integra los procesos de captura de CO ₂ y producción de bicarbonato sódico con el apoyo de energías renovables, biomasa o energía solar de media temperatura (<220°C), dando como resuitado un sistema global de casi- cero emisiones con una penaiización energética reducida a bajo coste.

ESTADO DE LA TÉCNICA La captura y almacenamiento de CO ₂ posee un gran potencial de crecimiento a escala global por la urgente necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto con el objeto de mitigar el calentamiento global. Los procesos de captura de CO ₂ desarrollados en los últimos años a nivel de investigación y desarrollo (I + D) tienen como principales objetivos la reducción de costos y los requerimientos energéticos de los mismos, de manera que se reduzca o elimine las penalizaeiones energéticas y económicas asociadas a la integración de sistemas de captura de CO ₂ En la actualidad, la única tecnología de captura de CO ₂ en postcombustión que opera a escala comercial está basada en la absorción química del CO ₂ mediante aminas [1].

El proceso de captura de CO ₂ mediante carbonato de sodio en seco (proceso de carbonatación en seco) se basa en la adsorción química del CO ₂ en carbonato de sodio. Mediante la adsorción el carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃ ) se convierte en bicarbonato de sodio (NaHCO ₃ ) o una sal intermedia (Na ₂ CO ₃ - 3NaHCO ₃ ) a través de la reacción química con CO ₂ y vapor de agua [2]. El sorbente se regenera de nuevo a su forma de carbonato (Na ₂ G0 ₃ ) cuando se calienta, liberando de este modo un flujo de CO ₂ casi puro tras la condensación de vapor. La adsorción del CO ₂ se produce a baja temperatura de operación (T <80 º C) mientras que la regeneración del sorbente se lleva a cabo a temperaturas superiores aunque también a relativamente bajas (T> 100 º C). Para la regeneración completa del sorberte de manera suficientemente rápida basta con operar con temperaturas del orden de 200 º C.

Diferentes patentes describen procesos y mejoras para optimizar la cariSonatación de Na ₂ CO ₃ , que es exotérmica [3.4]. La gestión de este calor liberado en el reactor resulta fundamental para implementar de manera eficaz el proceso en un sistema comercial minimizando la penalización energética del proceso en el que se integre.

Por otro lado, existen diferentes procesos de producción de bicarbonato sódico, solvente intermedio en el proceso de carbonatado seco. La patente de SOLVAY para producción de bicarbonato sódico ES2409084 (A1) [5], describe un procedimiento para producir bicarbonato sódico a partir de una comente que lleva carbonato sódico, una parte de la cual es generada por un cristalizador, donde dicha corriente lleva carbonato sódico (A) con al menos 2% en peso de cloruro sódico y/o sulfato sódico. El proceso comprende un proceso de disolución acuosa, generación de cristales de bicarbonato sódico y separación de los mismos. En la patente US2015175434 (A1) [6] se describe un proceso para la producción conjunta de bicarbonato de sodio y otros compuestos alcalinos en los que se genera CO ₂ como producto intermedio que puede ser usada para realimentar la fase de producción d«b1carbonato sódico.

El Na ₂ CO ₃ puede obtenerse a partir de la descomposición del mineral natural trona (Na ₂ CO ₃ - NaHCO ₃ 2H ₂ O), compuesto de carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃ ) en aproximadamente un 46% y bicarbonato de sodio (NaHCOa) en un 35% en peso y disponible en abundancia. La región del mundo con mayor producción de este mineral es Wyoming (Estados Unidos) cuyas minas produjeron más de 17 millones de toneladas de trona. El Servicio Geológico de EE UU. en 1997 estimó que la reserva total de trona es 127 millones de toneladas, aunque sólo 40 millones de toneladas son recuperables [7]. La Trona es estable hasta 57 °C en seco, y crea compuestos intermedios tales como wegschideríta (Na ₂ CO ₃ 3NaHCO ₃ ) y monohidrato de sodio (Na ₃ CO ₃ H ₂ 0) entre 57 · C y 160 " C [8] Por encima de 160 ° C. la trona se descompone a Na ₂ CO ₃ [9].

Un reto tecnológico relevante es el desarrollo de un método para la conversión de la fracción de Na^C^ en la trona en un producto comercial con valor añadido como el bicarbonato de sodio (NaHCOa) que sea rentable.

La generación de bicarbonato de sodio a partir de trona está descrita en diferentes patentes [10-11]. En la patente US2013095011 (A1) [12] se describe un proceso para la producción de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio a partir de trona. Incluye la molienda de la trena y su disolución en una solución con carbonato sódico y un aditivo que genere partículas sólidas suspendidas en la solución acuosa y que pueden ser separadas.

En cuanto a la generación de cristales de bicarbonato sódico a partir de trona en WO2013106294 (A1) [13] se describe un proceso de produción de cristales de bicarbonato de sodio a partir de trona y agua; en US2011064637 (A1) [14] se describe un proceso para la producción conjunta de carbonato de sodio y cristales de bicarbonato sódico a partir de polvo de sesquicarbonato de sodio. En el proceso se usa una suspensión de agua y un gas conteniendo CO ₃ . En US2009238740 (A1) [15] se presenta un método de preparación de bicarbonato de sodio a partir de trona conteniendo floruro de sodio como impureza mediante la preparación de una solución de trona e introduciendo CO ₂ hasta que la solución alcanza un pH en el rango de 7.5 to 8.75 precipitando el carbonato sódico en la solución de trona. En US2006182675 (A1) [16] se recoge un proceso para la producción de bicarbonato obtenido a partir de trena incluyendo las etapas de purificación, evaporacíón-decarbonatación, cristalización, centrifugado y secado. En US2004057892 (A1)[17] se patenta un método para producir bicarbonato sódico a partir de mineral de trona. El proceso utiliza la corriente de agua efluente de la conversión de trona a carbonato sódico como suministro para la conversión de carbonato sódico a bicarbonato sódico. El estado actual de la técnica para la producción de NaHCO ₃ a partir Trena se puede resumir de la siguiente manera Un reactor tubular vertical con un fondo perforado que separa la cámara de fluidizaeión superior de una cámara de remanso inferior se alimenta de trona natural molida. Una corriente de gas se hace pasar a través de la cám ara de remanso en dirección ascendente a través del fondo perforado hacia la cámara de fluidizaeión a una velocidad suficientemente alta para mantener una porción de la carga en suspensión, y para arrastrar los gases de descomposición, tales como vapor de agua y CO ₂ , que se generen durante la reacción. El reactor de lecho fluido actúa tanto como calcinador para la trona y como separador de las partículas finas de trona de la porción gruesa de la carga restante en suspensión en el lecho fluido.

La energía térmica requerida para convertir la materia prima (trona) en carbonato de sodio en bruto puede ser suministrada mediante el calentamiento del gas de fluidizaeión o mediante la colocación de dispositivos de calentamiento internos o alrededor del lecho fluido, preferiblemente en el seno del mismo. La temperatura del lecho fluido se debe encontrar en el rango de 140 º - 220 º C [8]. La reacción que tiene lugar en el reactor de lecho fluido es:

Para la producción de bicarbonato de sodio la solución de Na ₂ CO ₃ intermedia se centrífuga, para separar el liquido de los cristales. Los cristales son entonces disueltos en una solución de carbonato (una solución de NazCO ₃ ) en un dilutor giiÉlorio, convirtiéndose asi en una solución saturada. Esta solución se filtra para eliminar cualquier material no soluble y luego es bombeada a través de un tanque de alimentación a la parte superior de una torre de carbonatación. El CO ₂ purificado se introduce en la parte inferior de la torre de carbonatación y se mantiene presurizado. A medida que la solución de sodio saturada evoluciona a través del carbonatados se enfria y reacciona con el CO ₂ para formar cristales de bicarbonato de sodio. Estos cristales se recogen en la parte inferior del reactor y se transfirieron a otra centrifugadora, donde la solución en exceso se separa por filtración. A continuación los cristales se lavan en una solución de bicarbonato, formando en el filtrado una sustancia tipo torta lista para el secado El filtrado que se retira de la centrifugadora se recicla al recipiente de disolución rotatorio, donde es utilizada para saturar más cristales de Na ₂ CO ₃ intermedios. La torta del filtro lavada es secada a continuación, ya sea en un transportador de cinta continua o en un secador de tubos verticales instantáneo (flash dryer).

En ta torre de carbonatación, la solución saturada de Na ₂ CO ₃ evoluciona desde la parte superior hacia la inferior. A medida que cae, la solución se enfria y reacciona con el CO ₂ para formar cristales de NaHCO ₃ . Después de la filtración, lavado y secada _* los cristales son ordenados por tamaño dé partícula y se empaquetan adecuadamente. La reacción que tiene lugar en la torre de carbonatación es:

El calor requerido en este proceso endotérmico puede ser suministrado mediante combustibles fósiles o bien se podrían emplear fuentes renovables como por ejemplo energía solar o bíomasa. Dado que la temperatura de operación es moderada (200°C) un sistema de cilindro-parabólico (PTC) de bajo coste se podría utilizar para suministrar el calor requerido para las reacciones endotérmicas. El concentrador cilindro-parabolico (PTC) es una tecnología de concentración solar que convierte la radiación solar en energía térmica en el receptor mediante un sistema de enfoque lineal. Las aplicaciones de los sistemas de cilindro parabólico PTC se pueden dividir en dos grupos principales. La primera y más desarrollada está asociada a plantas de energía solar concentrada (CSP) gara la generación de electricidad utilizando temperaturas relativamente en tcfno a 300-400°C. El segundo grupo de aplicaciones se encuentra asociado al suministro de energía térmica en aplicaciones que requieren temperaturas en el rango 85 -250 " C. Estas aplicaciones, que utilizan principalmente calor de proceso industrial, pueden ser limpieza, secado, evaporación, destilación, pasteurización, esterilización, , entre otros, así como aplicaciones con demanda de calor a baja temperatura y altas tasas de consumo (agua caliente sanitaria, calefacción, piscinas climatizada), así como refrigeración a base de calor [18]. Actualmente el término colectores de media temperatura se utiliza para hacer referencia a los colectores que operan en el rango de 80-250 ' C. En cuanto a sistemas de captura de CO ₂ con producción de bicarbonato de sodio, en US20100028241 A1 [20] y WO20090292S2A1 [21] se presenta un sistema de reacciones para la captura parcial de carbono (CO ₂ y CO) en plantas de carbón y producción de hidrógeno y compuestos hidrogenados a partir de cloruro sódico NaCI. carbón y agua. El hidróxido de sodio generado a partir del cloruro es usado para producir carbonato sódico y bicarbonato. Las reacciones qaímicas entre los gases, el hidrcocido, el carbono o el gas natural producen carbonato sólido e hidrógeno, sustancias con valor que pueden venderse o usarse para generar electricidad. En WO2011075680A1 [22] se describe un proceso mediante el cual el CO2 es absorbido por una mezcla cáustica acuosa para reaccionar a continuación con un hidróxido y formar carbonato/bicarbonato. Ello implica el uso de un proceso de separación de la mezcla líquida y uso de un proceso de electrólisis. En la patente US20060185985A1 [23] se presenta este mismo proceso de uso de hidróxido y electrólisis para obtener carbonato y bicarbonato a partir de CO ₂ capturado por una mezcla acuosa. Estas soluciones acuosas para captura de CO ₂ se describen en la patente U320100051859A1 [24] en la cual se procesa agua para generar una solución ácida y otra alcalina que captura el CO2. La invención que se presenta en este documento consiste en la integración sinérgica de: i) un sistema de captura de CO ₂ basado en el uso de trena como precursor de Na ₂ COa que será usado como sorbente de CO ₂ ; ii) captura de CO ₂ de gases efluentes mediante un proceso de captura de carbonato seco (proceso de carbonatación en seco), por tanto no basado en soluciones acuosas como las patentes anteriormente citadas; iii) proceso de producción de bicarbonato de sodio como producto en parte reutilizado en el proceso de captura y en parte destinado a su venta.

Esta integración sinérgica de ambos procesos arroja diversas ventajas como son: i) el consumo energético permite la integración con fuentes de calor para la regeneración del sorbente basados en energías renovables como son biomasa o energía solar de media temperatura (<220°C) ; ii) sorbente: el bicarbonato producido en el proceso a su vez permite la regeneración de la materia prima usada en el proceso de captura de CO2 mientras que el bicarbonato en exceso producido es un producto de valor económico cuya venta reduce la penalización económica de la planta; ¡ii)) la integración propuesta usando como fuentes de calor energía renovable (solar , biomasa, eólica) da lugar a sistemas globales de cero emisiones de CO ₂ con una reducida penalización de prestaciones del sistema integrado y baja penalización energética

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Figura 1. Representación esquemática de la invención con representación de las diferentes corrientes de sólidos y gases e interacción entre los subsistemas de captura de CO ₂ y generación de NaHCO ₂ . Figura 2. Representación esquemática del subsistema de captura y almacenamiento de CO ₂ mediante el proceso de carbonatación seca. La ftgara ilustra una posible configuración para el subsistema de captura de CQ ₂ . Se muestran las diferentes unidades de proceso de reacción, el intercambio de calor, separación y compresión.

Figura 3. Representación esquemática del subsistema de producción de bicarbonato de sodio. La figura ilustra una posible configuración para la producción de NaHCO _a . Usnado mineral natural Trona y CO ₂ proveniente del subsistema de captura (CO ₂ EN). El exceso de Na ₂ CO ₃ se envía al subsistema de captura para makup sorbente. Las diferentes unidades de proceso de reacción, el intercambio de calor y se muestra la separación de los productos

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema integrado de producción de bicarbonato de sodio (Na ₂ HCO ₃ ) a partir del CO ₂ capturado mediante un proceso de carbonatación en seco partiendo de trona (Na ₂ CO ₃ - NaHCO ₃ 2H?0) como materia prima y convirtiéndola en carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃ ). Parte del Na ₂ CO ₃ se recicla como sorbente en el proceso de captura de CO ₂ y el resto se usa junto con parte del CO2 capturado para la producción de bicarbonato sódico como producto químico de valor comercial.

La integración optimizada del conjunto permite el acoplamiento de un sistema de aporte de calor a media temperatura, que puede estar basado en energía solar térmica a media temperatura o bien en biomasa. capaz de satisfacer las necesidades de calor del conjunto integrado, minimizando con ello el consumo energético del sistema de captura de CO ₂ y producción de bicarbonato. Esta integración optimizada reduce la penalización energética y sobre todo económica de la captura de CO ₂ . En función de la configuración adoptada la energía térmica a aportar para la captura de CO ₂ es del orden de 915 kWh _th por tonelada de CO ₂ capturado, mientras que el consumo de energía térmica para la conversión de CO ₂ a bicarbonato sódico tendría un consumo de energía térmica del orden de 250 kWh _th por tonelada de NaHCO ₃ producido. A estos consumos se añade el consumo energético asociado a la compresión de CO ₂ para su almacenamiento, que en el caso de un incremento de presión desde presión atmosférica a 75 bar es del orden de 112 kWh,. por tonelada de CO ₂ .

El sistema propuesto está compuesto por dos subsistemas, uno asociado con el proceso de carbonatación seca para la captura de CO _2l basado en el uso de carbonato de sodio como sorbente de CO ₂ y oteo relacionado con la producción de bicarbonato de sodio a partir de trena.

El esquema conceptual del sistema integrado se muestra en la figura 1 donde ilustra la estructura lógica de integración de corrientes entre ambos procesos de captura y generación de bicarbonato sódico con parte del CO ₂ capturado. El proceso además permite la regeneración del mismo y el control de la cantidad de CO ₂ capturado y Na ₂ CO ₃ recirculado para optimizar el modo de operación, los consumos energéticos y el retorno económico del conjunto del sistema.

Las unidades principales del primer subsistema (captura de CO ₂ ) se muestran en la Figura 2 y consisten en un reactor de captura de CO ₂ (carbonat ador), un reactor de desorción (regenerador), dos unidades de separación, intercambiadores de calor para la recuperación de calor, unidad de condensación de agua en el final del proceso y compresores para el CO ₂ puro.

Los elementos que componen el segundo subsistema, conversión de CO ₂ a bicarbonato sódico utilizan (figura 3) unidades similares: un reactor de lecho fluido para la conversión de trena en carbonato sódico, una torre de carbonatación para la producción de bicarbonato de sodio, dos unidades de separación e intercambiadores de calor par» recuperación de calor y optimización energética de los procesos.

En el subsistema para la captura de CO ₂ (Figura 2), los gases de combustión, procedentes de planta de potencia de combustible fósil o una aplicación industrial, se envían a la torre de carbonatación. En el carbonatados CO ₂ , H ₂ 0 y Na ₂ CO ₃ reaccionan exotérmicamente para formar NaHCO ₃ . Este reactor opera a baja temperatura (T = 60 " C) y presión atmosférica (p = 1 atm), por lo que el calor liberado se puede utilizar para almacenamiento térmico a baja temperatura. El sistema integra un separador que permite dividir la corriente de solución de bicarbonato de la corriente de gas de combustión residual. Con esta configuración un 90% de CO ₂ de entrada puede ser capturado. La corriente de bicarbonato saliente es enviada a un regenerador. En el mismo, la reacción inversa (endotérmica) tiene lugar, conduciendo a la formación de Na ₂ CO ₃ , H ₂ 0 y CO ₂ a partir de NaHCO ₃ . Este calor puede ser suministrado por una fuente a moderada temperatura tanto de origen fósil como renovable. Con objeto de no introducir nuevas emisiones de CO ₂ con combustible fósil se puede suministrar calor procedente bien de biomasa o bien de energía solar mediante un sistema basado en cilindros parabólico especialmente apropiados para operar a media temperatura (200 ^a C). En el regenerador las corrientes de salida se separan: el Na ₂ CO ₃ se envía de nuevo a la torre de carbonatación, mientras que el CO ₂ no empleado en la generación de bicarbonato se envia a una etapa de condensación de agua y posterior compresión para su almacenamiento. Para reducir la potencia de accionamiento de estos compresores es necesaria refrigeración intermedia. El sistema necesitará un cierto aporte de sorberte para reemplazar el Na ₂ CO ₃ desactivado por reacciones irreversibles asociadas a la reacción con S0 ₂ y HCI que normalmente están presentes en los gases de combustión.

El segundo subsistema (Fig. 2) utiliza una fracción del CO ₂ capturado en el primer subsistema y trona para producir NaHCO ₃ . El mineral de trena molido es introducido en el reactor de lecho fluido junto con vapor sobrecalentado a 200 ° C. El reactor de lecho fluido opera en el rango de 200- 220 º C y presión atmosférica. Bajo estas condiciones de operación la trona se convierte en Na ₂ CO ₃ . Un flujo adicional de CC¾ y vapor de agua es generado durante la conversión de la trona que es separado del flujo de Na ₂ CO ₃ . Parte del flujo de Na ₂ CO ₃ es enviado al subsistema de captura mediante carbonato seco como sórbeme fresco de reposición, mientras que el resto se envia a una torre de carbonatación junto con la comente de CO ₂ y H ₂ O, y CO ₂ puro adicional del subsistema de captura (Fig. 1) con el fin de producir NaHCO ₃ , producto con valor añadido para la industria química y adecuado para la venta.

En la invención propuesta el CO ₂ procedente bien de plantas de potencia de combustible fósil (carbón, gas natural o fuel oil), o bien procedente de procesos industriales (refinerías, plantas cementeras, industria metalúrgica, etc.) es capturado mediante el proceso de carbonatación seca (dry carbonate) usando corno materia prima un mineral abundante en la naturaleza y de relativo bajo coste (mineral de trona).

La integración optimizada de la captura de CO ₂ y producción de bicarbonato sódico da lugar a una configuración sinérgica en cuanto a consumo energético y costes asociados de los procesos de captura de CO ₂ y conversión a producto químico de alto valor añadido (bicarbonato sódico). La integración de ambos presenta una canalización energética de la planta de potencia (o industria emisora de CO ₂ a la qm se aplique) moderada frente a la que tiene con otros sistemas de captura de CO ₂ . Esta penalización energética va asociada a la energía extra consumida en los procesos. El calor suministrado tanto en el regenerador del sorbente en el subsistema de captura de CO ₂ como en el reactor de lecho fluido en el subsistema de producción de bicarbonato de sodio puede tener como origen tanto combustible fósil, con la correspondiente penalización en cuanto a emisiones de CO ₂ adicionales y coste de operación o bien fuentes renovables que permitan emisiones prácticamente nulas de CO ₂ . Esto se puede alcanzar bien mediante el uso de biomasa o bien por energía solar a media temperatura. En ambos casos y gracias a la optimización de la integración de subsistemas realizada en esta invención en cuanto a condiciones de operación y fracción de CO ₂ capturado en los gases de escape utilizada para la producción de un producto químico con valor añadido (NaHCO ₃ ). Además el propio proceso genera el sorbente de reposición para el proceso de captura en la planta. Por tanto se tiene una sinergia del conjunto integrado frente al comportamiento de los sistemas aislados. Esto se traduce en un claro beneficio energético, medioambiental y económico de la integración de sistemas no esperable del análisis del comportamiento aislado de los mismos y con clara ventaja frente a otros sistemas de captura (o captura y uso de CO ₂ ).

La captura de CO ₂ y el subsistema de almacenamiento mostrado en la Fig. 2 utiliza un intercambiador de calor sólido-sólido (HEATEXCH) entre los dos reactores para reducir la cantidad total de calor requerido en el regenerador. Este intercambiador de calor permite un aumento de las temperaturas en el regenerador, lo que mejora la velocidad de reacción, con un pequeño gasto adicional de energía térmica. En la Figura 3 se muestra el esquema de una posible configuración para producción de bicarbonato de sodio. Antes de entrar en el reactor de lecho fluido, la trona. en condiciones ambiente, pasa a través de un intercambiador de calor sólido - sólido (HEATEXT) donde intercambia calor con la corriente de Na ₂ CO ₃ que sale del reactor de lecho fluido. Otro intercambiador de calor (HEATEXW) es utilizado para calentar el agua que entra en el lecho fluido a partir de los gases salientes del mismo, lo que permite aportar al reactor vapor de agua sobrecalentado.

La sinergia obtenida al integrar ambos sistemas viene reflejada en el diagrama de flujo de la figura 1.

· Para la producción de NaHCO ₃ a partir de trona, el CO ₂ necesario lo suministra el subsistema de captura de CO ₂ (x *CO ₂ del diagrama). Por tanto se da uso a parte del CO ₂ capturado y el resto se almacena, dando lugar a una nueva aplicacion de CCUS (captura de dióxido de carbón, utilización y almacenamiento) no identificada hasta la fecha · Para la captura de CO ₂ en el proceso de carbonato seco hace falta un aporte de Na ₂ CO ₃ fresco, que con la integración propuesta lo suministra el subsistema de producción de Trona (MAKEUP en la figura 1). Esto abarata de modo sustancial el sistema de captura, siendo esto novedoso. Las ventajas que presenta esta tecnología son:

Tecnología de captura de CO ₂ en plantas térmicas de combustible fósil y en plantas industriales con una reducida penalización energética y económica del conjunto.

Tecnología de captura de CO ₂ y conversión a producto químico con valor añadido, bicarbonato sódico, tanto para plantas térmicas de combustible fósil como para otras plantas industriales emisoras de CO ₂ con un importante retorno económico debido a que el efecto de penalización energética es suplido por la venta de NaHCO ₃ . Además genera la cantidad de sorbente fresco que es necesario reponer debido a su desactivación

Una fracción del CO ₂ capturado es integrado en la producción de bicarbonato sldoco. lo que reduce/elimina requerimientos de almacenamiento del mismo. Ello aumenta la sostenibilidad del proceso de captura deCO ₂ .

En el caso de integración de fuente de energía renovable (biomasa o solar de media temperatura) se obtiene un sistema global de casi cero emisiones de CO ₂ tanto para plantas de potencia de combustible fósil como para otras plantas industriales. Incluye sectores industriales como el carbón, acerías, cemento.

Permite optimizar la configuración de la integración y la fracción de Na ₂ CO ₃ recirculado y CO ₂ almacenado en forma de bicarbonato en función de los requerimientos de producción desde el punto de vista medioambiental en función de las características de la integración.

Puede ser incorporada en plantas térmicas e industriales existentes sin penalización relevante en las prestaciones de las mismas. MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

A modo de ejemplo de la invención, se muestra el proceso de producción de bicarbonato de sodio utilizando el CO ₂ capturado mediante un proceso de carbonatacíón seca en una central eléctrica de carbón Los gases de

combustión de la planta presentan una concentración de CO ₂ (~ 15% vol). Los datos principales de la central de carbón se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Datos del ejemplo de invención. Central térmica de referencia. Planta de carbón de 150 MW„

La Tabla 2 muestra los flujos molares de los gases de combustión tomados para ilustrar la invención.

Tabla 2: Composición de los gases de escape en la central térmica de carbón de referencia Otros parámetros empleados en el análisis se muestran en la Tabla 3 mientras que en la Tabla 4 se muestran los consumos energéticos asociados a los diferentes componentes.

Table 4: Consumo de energía en la planta de referencia del ejemplo de invención con el sistema de captura de CO2 y producción de NaHCO3

El subsistema de captura tiene un rendimiento del 90%. Para ello utiliza 430 ton / hr de Na ₂ CO ₃ como sorbente para eliminar 125 ton/ hr de CO ₂ en un ciclo continuo. El flujo de sorbente de reposición es cercano a 3 ton / hr. Como se muestra en la Tabla 4, el calor necesario para la regeneración del sorbente después de la captura de CO ₂ es 114 MW _th . El consumo de energía para la compresión de CO ₂ y de transporte de sólidos asciende a 16 El rendimiento total de la planta integrada (planta de

combustión de carbón + captura) considerando el aporte de calor requerido la potencia consumida se reduce de 33,5% a 24%. Considerando sólo el efecto de la potencia requerida para la compresión y transporte, para este ejemplo la reducción en la energía eléctrica disponible es del 10% lo cual supone un efecto sobre el rendimiento global del 3%. Teniendo en consideración que las temperaturas en los reactores permiten la integración de aporte de energía solar, el conjunto del sistema podría operar con una penalización sobre el rendimiento económico (energía disponible/energía comprada) inferior al 3% consiguiendo casi cero emisiones.

En el subsistema de producción de NaHCO ₃ (Fig 3), el calor requerido en el reactor de lecho fluido para descomponer 192 ton / hr (53,3 kg / seg) de trona es 51 a T =

220 ° C para producir 135,5 ton / hr de Na ₂ CO ₃ (además de 18,5 toa / hr de CO ₂ y 40 ton / h de agua). 3 tn / h de Na ₂ CO ₃ se destinan como soásente de reposición para el proceso de captura de CO ₂ . El resto (132.5 ton / hr) se envía a la torre de carbonatación donde reaccionasen 37,5 ton I hr de CO ₂ procedentes del sistema de captura de CO ₂ (además de CO ₂ efluente del lecho fluido) para producir NaHCO ₃ . De la reacción Na ₂ CO _a + H ₂ O + CO ₂ -→ 2NaHCO ₃ resulta que 207.5 ton / hr de NaHCOa se producen con un caudal total de aproximadamente 95 m ³ / hr. De esta manera, se obtiene un producto químico de alto valor económico (NaHCO ₃ ) a partir de una materia prima como la trona. abundante y de relativo bajo coste y de parte del CO ₂ capturado (de centrales térmicas o procesos industriales). Este proceso integrado de captura y conversión a NaHCOa reduce (y elimina en función del modo de operación elegido) la necesidad de almacenamiento total de CO ₂ . con los requerimientos de sistema de compresión y penalización energética que conlleva.

El rendimiento global del sistema, y la energía eléctrica disponible/requerida se reduce por la integración de la producción de bicarbonato de sodio, que a su vez captura CO ₂ que no necesita ser comprimido. El ingreso económico asociado al nuevo producto compensa la penalización asociada a este proceso. Las necesidades totales de calor se incrementan teniendo en cuenta los 51 MW térmicos requeridos en el reactor de lecho fluido.