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Title:
PROCESS FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE FROM A GAS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/234191
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a process for capturing carbon dioxide in a gas (3), intended to be carried out in two reactors (1, 2), which comprises introducing an alkaline solution (4) into the first reactor (1) and bubbling the gas (3) so that the carbon dioxide is absorbed in the form of carbonates in said alkaline solution (4) forming a first liquid (6), and consequently a methane gas stream (5) is formed in an upper portion of the first reactor (1), feeding the first liquid (6) into the second reactor (2), which in turn contains chemoautotrophic nitrifying microorganisms (7), and introducing an air stream (9) into the reactor (2), so that the autotrophic microorganisms (7) use the carbonates of the first liquid (6) to grow, thus generating solid biomass (12) within a resulting liquid (11) in the second reactor (2).

Inventors:
COLZI LOPES ALEXANDRE (ES)
ESTRADA PEREZ JOSE MANUEL (ES)
Application Number:
PCT/ES2020/070339
Publication Date:
November 25, 2021
Filing Date:
May 22, 2020
Export Citation:
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Assignee:
TROVANT TECH S L (ES)
International Classes:
B01D53/14; B01D53/62; B01D53/73; B01D53/78; B01D53/84
Domestic Patent References:
WO2011139804A22011-11-10
WO2011014507A12011-02-03
Foreign References:
EP2556881A12013-02-13
US20160030884A12016-02-04
US4372856A1983-02-08
Attorney, Agent or Firm:
PONS ARIÑO, Angel (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1- Proceso para la captura de dióxido de carbono de en un gas (3), destinado a ser llevado a cabo en dos reactores (1,2), donde dicho proceso está caracterizado por qué comprende, al menos, las etapas de: a.) introducir una solución alcalina (4) en el primer reactor (1) y burbujear el gas (3) de manera que el dióxido de carbono se absorbe en forma de carbonatas en dicha solución alcalina (4) conformando un primer líquido (6) que comprende carbonatas solubilizados, y como consecuencia se forma una corriente de gas limpio (5) en una porción superior del primer reactor (1), b.) alimentar el primer liquido (6) ai segundo reactor (2) que comprende a su vez microorganismos nitrificantes quimioautótrofos (7), c.) introducir una corriente de aire (9) en el segundo reactor (2) y una fuente de nutrientes (8) reducidos de nitrógeno, de manera que ios microorganismos nitrificantes quimioautótrofos (7) utilizan ios carbonatas solubiilzados dei primer líquido (6) para su crecimiento generando así biomasa sólida (12) dentro de un líquido resultante (11) en el segundo reactor (2).

2.- El proceso de la reivindicación 1, donde el gas (3) es un biogás (3) producido a partir de biomasa en una etapa previa que comprende una digestión anaerobia (15), y donde dicho proceso comprende reutilizar una porción (12’) de la biomasa (12) generada en el segundo reactor (2) en la digestión anaerobia (15) para producir el biogás de partida.

3.- El proceso de la reivindicación 1, que comprende, además, utilizar nutrientes residuales (8’) resultantes de la digestión anaerobia (15) e introducir dichos nutrientes residuales (8') en el segundo reactor (2) actuando así como la fuente de nutrientes (8) reducidos de nitrógeno.

4." El proceso de la reivindicación 1, que comprende añadir uno o más nutrientes (8) reducidos en nitrógeno que comprenden, al menos uno, entre: amonio, fósforo, fertilizantes, purines o urea.

5.- El proceso de la reivindicación 1 , que comprende, además, recircular el líquido resultante (11) ai primer reactor (1) actuando así como solución alcalina (4).

6.- El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 5, que comprende ajustar el pH de! líquido resultante (11) recirculado fuera del reactor (2) mediante un dispositivo (14).

7.- El proceso de la reivindicación 1, donde todas las etapas se ejecutan a presiones manométricas entre 0 bar y 6 bar.

Description:
PROCESO PARA LA CAPTURA DE DIÓXIDO DE CARBONO DE UN GAS

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un proceso para la captura de dióxido de carbono. Más en particular, la presente invención se engloba en el campo de procesos para la mejora de un gas, y más concretamente, en los procesos para la captura de CO 2 por medio de microorganismos de nitrógeno. La presente invención tiene por objeto la captura del dióxido de carbono a partir de un gas, que preferentemente puede contener metano, como por ejemplo un biogás o gases derivados del petróleo, que mediante la utilización de microorganismos nitrificantes quimioautótrofos, crecen y generan biomasa en el proceso, donde dicha biomasa a su vez puede ser reutiiizada en un proceso de digestión anaerobia para la generación del biogás de partida.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las mezclas gaseosas de metano y CO 2 que pueden obtenerse a partir de residuos orgánicos (residuos sólidos urbanos, residuos agroalimentarios, fangos y/o aguas residuales) para su posterior uso como combustible vehicular e inyección en redes de gas natural (entre otras) en forma de metano, necesitan la eliminación del CO 2 . En la actualidad existen numerosos procesos conocidos para dicha eliminación/separación de ese CO 2 de la corriente gaseosa, en su mayoría basados en procesos físico-químicos: pressure swing adsorpíion (PSA), scrubbers (lavadores) de agua, aminas disolventes orgánicos y procesos de membranas.

Asimismo, en el estado de la técnica son conocidas algunas soluciones basadas en la captura de CO 2 mediante biomasa fotoslntética como, por ejemplo, microorganismos fotoautótrofos (microalgas, bacterias púrpura u otras) que lo utilizan para su crecimiento. Sin embargo, dichos procesos requieren grandes superficies para recolectar luz solar.

Adicionalmente, las soluciones conocidas necesitan presiones muy por encima de la presión atmosférica y no presentan un aprovechamiento de ios residuos en la etapa de eliminación/separación de dióxido de carbono para ser utilizados en las etapas de generación de biogás, siendo significativamente intensivos energéticamente y con desaprovechamiento de los recursos utilizados, asi como en la trata de ios desechos o residuos, por consiguiente, siendo soluciones poco ecológicas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención pretende solucionar alguno de los problemas mencionados en el estado de la técnica. Más en concreto, la presente invención describe el proceso para la captura de dióxido de carbono de en un gas, destinado a ser llevado a cabo en dos reactores, donde dicho proceso comprende, al menos, las etapas de: a.) Introducir una solución alcalina en el primer reactor y burbujear el gas de manera que el dióxido de carbono se absorbe en forma de carbonates en dicha solución alcalina conformando un primer líquido que comprende carbonates solubilizados, y como consecuencia se forma una corriente de gas limpio en una porción superior del primer reactor, b.) alimentar el primer liquido al segundo reactor que comprende a su vez microorganismos nitrificantes quimioautótrofos, c.) introducir una corriente de aire en el segundo reactor y una corriente de nutrientes reducidos de nitrógeno, de manera que ios microorganismos nitrificantes quimioautótrofos utilizan los carbonatos solubilizados del primer liquido para su crecimiento generando así biomasa sólida dentro de un líquido resultante en el segundo reactor.

En una realización preferente, en el primer reactor se puede utilizar un ratio de gas y solución alcalina de entre 0.3 hasta 4,

Asimismo, se pueden utilizar valores de pH en el primer reactor entre 6 hasta 12.

Con tiempos de residencia variables entre 12 min hasta 50 min se han alcanzado eliminaciones de C02 de entre el 55% y el 100%.

Asimismo, en el segundo reactor se puede utilizar un ratio entre el primer líquido y ios nutrientes reducidos de nitrógeno -como por ejemplo amonio — de entre 5.1 a 11.5.

En una realización preferente, se pueden utilizar tiempos de residencia del primer líquido en el segundo reactor desde una pluralidad de minutos hasta 7 días, resultando en una eliminación de amonio de entre el 25% al 100%. Ventajosamente el tiempo de residencia de! primer liquido en e! segundo reactor puede ser desde 30 minutos a 1 hora .

Alternativamente, el tiempo de residencia del primer liquido en el segundo reactor puede ser desde 30 minutos a 3 horas.

Los microorganismos nitrificantes quimioautótrofos pueden ser añadidos en el segundo reactor inicialmente -posterior o anterior a la entrada del primer líquido — de manera que dichos microorganismos, no tienen por qué ser añadidos de forma continua.

Preferentemente, el reactor se inocula inicialmente con dichos microorganismos nitrificantes y después el cultivo de microorganismos quimioautótrofos puede crecer y se mantiene en el segundo reactor.

El gas de partida que comprende dióxido de carbono puede ser aquel procedente de gases de combustión, gases derivados de la explotación de petróleo o, alternativamente, un biogás.

Ventajosamente, el gas puede ser un biogás del tipo producido en un proceso de digestión anaerobia, por lo que por consiguiente una porción de la biomasa generada en el segundo reactor puede ser reutiilzada en el proceso de digestión anaerobia para incrementar la generación el biogás de partida objeto de ¡a captación de CO 2 .

Asimismo, en una realización preferente se pueden utilizar nutrientes residuales resultantes de la digestión anaerobia que actúan como nutrientes reducidos de nitrógeno en el segundo reactor.

En una realización preferente, el gas limpio resultante en la porción superior del segundo reactor es metano, más concretamente cuando se trata de un gas de partida como biogás, gas natural o gases derivados de la explotación de petróleo que comprenden metano.

Ventajosamente, en una etapa adicional el líquido resultante tras la generación de biomasa se recircula al primer reactor actuando como solución alcalina, mejorando así la eficiencia global de recursos del proceso.

Asimismo, la biomasa generada en el segundo reactor puede ser recirculada hacia fuera del segundo reactor y retomar, con el objeto de regular El proceso puede disponer de una etapa intermedia donde el líquido resultante que es recirculado al primer reactor es ajustado en pH previamente mediante un dispositivo de ajuste de pH. Dicho dispositivo puede estar localizado dentro del primer reactor o en una localización intermedia entre el primer reactor y el segundo reactor.

El proceso puede disponer de una etapa adicional donde uno o más nutrientes son introducidos en el segundo reactor, para facilitar el crecimiento de biomasa a partir de los carbonates soiubilizados en el primer líquido. Dichos nutrientes pueden ser seleccionados de una lista de al menos uno, entre: amonio, fósforo, fertilizantes, purines, sales de amonio o urea.

Preferentemente, los uno o más nutrientes comprenden, ai menos, amonio.

Todas las etapas arriba mencionadas, pueden ser realizadas entre 0 bar y 6 bar manométricos, sin necesidad de altas presiones para la captura del CO 2 .

Ventajosamente, la columna de líquido del del segundo reactor puede no estar presurizada.

Nótese que ei proceso presenta la absorción y posterior captura de CO 2 mediante organismos nitrificantes autótrofos que generan a su vez biomasa a partir de carbono inorgánico, sin la necesidad de luz solar y su actividad no se basa en la fotosíntesis.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

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:

Figura 1.- Muestra una vista en esquemática de una realización preferente del proceso para la captura de dióxido de carbono de en un gas.

Figura 2.- Muestra una vista en esquemática de una realización preferente del proceso para la captura de dióxido de carbono de en un biogás procedente de una digestión anaerobia.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra una vista esquemática de una realización preferente del proceso para la captura de dióxido de carbono de en un gas. Más en particular, la figura 1 muestra que dicho está destinado a ser ¡levado a cabo en dos reactores (1,2), y presenta una primera etapa que comprende burbujear el gas en el primer reactor (1) que comprende a su vez una solución alcalina (4), de manera que el dióxido de carbono se absorbe en forma de carbonatas en dicha solución alcalina (4) conformando un primer líquido (6), y como consecuencia se forma una corriente de gas limpio (5) en una porción superior del primer reactor (1). Dicho gas limpio (5) puede ser metano en una realización preferente donde el gas (3) de partida es un bíogás, o gases derivados del petróleo, no siendo el caso en, por ejemplo, gases de combustión.

Posteriormente, tal y como muestra ¡a figura 1, el proceso comprende una etapa sucesiva para alimentar el primer liquido (6) a el segundo reactor (2) que comprende a su vez microorganismos nitrificantes quimioautótrofos (7), donde dicho segundo reactor (2) comprende, además, una entrada de aire (9) y una fuente de una fuente de nutrientes (8) reducidos de nitrógeno que en ¡a realización preferente descrita comprenden, al menos, amonio.

Como consecuencia ¡os microorganismos quimioautótrofos (7) utilizan ios carbonatas del primer líquido (6) para crecimiento generando así biomasa sólida (12) dentro de un líquido resultante (11) contenido en el segundo reactor (2).

En ¡a realización preferente descrita por ¡a figura 1, el proceso comprende, además, recircular el liquido resultante (11) al primer reactor (1) actuando, asi como ¡a solución alcalina (4) necesaria para solubilizar el dióxido de carbonos en forma de carbonatas.

En una realización alternativa, la biomasa (12) puede ser recirculada hacia fuera del reactor y posteriormente retornar con el objeto de mantener constante la biomasa nitrificante.

En la realización preferente descrita por ¡a figura 1, el líquido resultante (11) es ajustado en pH mediante el dispositivo (14) antes de ser introducido en el primer reactor (1) y localizado entre el primer reactor (1) y el segundo reactor (2).

En una realización alternativa, ¡a biomasa (12) es recirculada hacia fuera del segundo reactor (2) a través del dispositivo (14) antes de retornar a dicho segundo reactor (2).

La figura 2 muestra una vista en esquemática de una realización preferente del proceso para la captura de dióxido de carbono de en un biogás (3’) procedente de una digestión anaerobia (15). Más en particular, la figura 2 muestra que el proceso en una segunda realización preferente comprende reutilizar una porción (12’) de la biomasa (12) generada en el segundo reactor (2) en la digestión anaerobia (15) para a su vez producir el biogás de partida, mejorando la eficacia global de ambos procesos en sinergia.

La biomasa (12) generada en el segundo reactor (2) permite incrementar la producción de biogás y evita la necesidad de gestionar residuos y fangos de dicha biomasa (2) excedente.

Asimismo, en ia segunda realización preferente descrita, el proceso comprende además, utilizar nutrientes residuales (8) resultantes de la digestión anaerobia (15) e introducir dichos nutrientes residuales (8) en el segundo reactor actuando así como ia fuente de nutrientes (8) reducidos de nitrógeno y aprovechando aún más la eficacia global en los recursos utilizados en ambos procesos.

En la realización preferente descrita por la figura 2, el líquido resultante (11) es ajustado en pH mediante el dispositivo (14) que a su vez esta localizado dentro del primer reactor (1).

Finalmente, de acuerdo con la realización preferente descrita, una segunda porción de biomasa (12”) que no se utiliza en el proceso de digestión anaerobia (14) es reintroducida en el reactor (2),