Procedimiento para mejorar la fluidización de polvos finos cohesivos adsorbentes
de co2
5 Objeto de la invención
La presente invención tiene por objeto un procedimiento destinado a mejorar la
fluidizabilidad de polvos finos cohesivos (tipo Geldart C) empleados en la
adsorción de C02 y en técnicas avanzadas de combustión basadas en lechos
fluidos. El procedimiento propuesto consiste en mezclar el polvo fino cohesivo
1 O adsorbente de C02con un polvo nanoestructurado, preferentemente Aerosil R974,
cuyos aglomerados son muy porosos, y que se fluidizan de manera homogénea.
Tras someter la mezcla a un tratamiento de agitación (por ejemplo, mediante
rotación en un tambor durante algunos minutos o por agitación magnética) , los
aglomerados porosos del polvo nanoestructurado quedan recubiertos por una
15 capa de partículas adsorbentes de C02. Esta mezcla es fluidizable uniformemente,
con la ventaja de que las partículas adsorbentes de C02, que recubren los
aglomerados porosos del polvo nanoestructurado, quedan expuestas a la corriente
de gas en el lecho fluidizado. Con ello se consigue incrementar el área efectiva de
contacto entre el gas de combustión y la superficie de las partículas adsorbentes
20 de C02en un lecho fluido de cara a su aplicación en la tecnología de adsorción de
C02.
Estado de la técnica
La mayor parte del calentamiento global sufrido por nuestro planeta durante los
25 pasados decenios es atribuible a la actividad humana, siendo la principal causa
una excesiva emisión de dióxido de carbono (C02) debido a la combustión de
fósiles (Friedlingstein y Solomon 2005) . Este hecho ha sido así reconocido en el
Cuarto Informe de Evaluación del Panel lntergubernamental sobre Cambio
Climático (IPCC) de las Naciones Unidas emitido en 2007
30 (http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data_reports.shtml) .
En dicho informe se detalla la necesidad del desarrollo de una serie de tecnologías
claves para la reducción de emisiones de C02 que deben ser puestas en práctica
antes del 2030. Uno de los grandes objetivos del VIl Programa Marco de la UE es
que, en 2018, 12 centrales termoeléctricas de 500 megavatios de producción se
implanten en territorio europeo que ya cuenten con algún tipo de tecnología de captura y almacenamiento de co2 (http://ec.europa.eu/research/fp7/) .
La captura y almacenamiento de C02 emitido en los gases de combustión es reconocida como una medida de gran eficacia a corto plazo. Entre los procesos tecnológicos actualmente en investigación más viables para la captura del C02en poscombustión se encuentra el ciclo de calcinación-carbonatación. En esta tecnología se usa como material adsorbente básico una materia prima barata y disponible en gran cantidad como es el polvo de caliza (CaC03) . En el ciclo de calcinación-carbonatación, la corriente de gas proveniente de la combustión es usada para fluidizar un lecho de polvo de óxido de calcio (CaO) . En este reactor de lecho fluido tiene lugar el proceso de carbonatación. Durante la carbonatación, el C02 es adsorbido por las partículas del polvo de CaO, que se convierte así en polvo de CaC03. Este polvo es transportado a un segundo lecho fluido donde es calcinado sometiéndolo (a muy alta temperatura) a un flujo de aire con una elevada concentración de 0 2. La calcinación que tiene lugar en este segundo reactor de lecho fluido da lugar a la descomposición del CaC03 en CaO más C02. El C02 es así expulsado del lecho de calcinación prácticamente puro y listo para su posterior almacenamiento. Ambos reactores de lecho fluido, el de carbonatación y el de calcinación, se encuentran interconectados, de manera que el polvo de CaO regenerado en el lecho de calcinación es transportado al lecho de carbonatación para de nuevo usarlo como adsorbente de C02. El ciclo tiene así lugar de manera continua y paralela a la combustión. La viabilidad técnica del proceso de combustión de biomasa con captura simultánea de C02 mediante la carbonatación de polvo de CaO ha sido demostrada muy recientemente en una planta piloto de 30 kWt (Aba nades et al. 2008, Alonso et al. 201 O, http://www.cenitco2.es/ ) .
La extraordinaria capacidad de adsorción de C02 por partículas de óxidos metálicos es bien conocida desde hace varias décadas cuando este fenómeno era investigado con vistas a su aplicación en actividades extra-vehiculares (EVA) llevadas a cabo durante misiones espaciales (Colombo y Milis 1966, Colombo 1973) . Entonces, se empleaban partículas gruesas (pellets) en lechos fijos sometidos a un flujo de gas cargado de C02 a temperatura ambiente. En los últimos años, han sido desarrolladas membranas filtrantes de C02 basadas en el mismo fenómeno y formadas por estructuras fijas meso-porosas nanométricas (tamaño de poro entre 5 y 20 nanómetros) con una elevada capacidad de
adsorción de co2. incluso a temperatura ambiente, gracias a su extremadamente
alta superficie de contacto (Fan y Gupta 2006) . Otros materiales con gran
capacidad adsorbente de C02 son los hidróxidos metálicos (Colombo y Milis
1966) . En concreto es bien conocida la extraordinaria capacidad adsorbente del
5 Ca (OH) 2, que se utiliza en ciertas aplicaciones en las que el objetivo es detectar la
presencia de C02 en una mezcla de gases. Blamey et al. (Biamey et al. 201 O) han
demostrado que la hidratación del CaO, dando lugar a Ca (OH) 2, produce una
mejora significativa en la capacidad de adsorción del C02 durante los ciclos de
calcinación-carbonatación.
1O Uno de los problemas que presenta el ciclo de calcinación-carbonatación de cara
a su uso a escala industrial es la continua degradación que sufre el polvo
adsorbente debido a su sinterización durante el proceso de calcinación a
temperaturas alrededor de los 900°C. Ello causa un descenso progresivo en su
capacidad de adsorción. Por este motivo, se investiga en la síntesis de nuevos
15 materiales basados en los adsorbentes naturales (principalmente calcita y
dolomita) pero con una mayor estabilidad mecánica que alargue su vida útil en el
proceso de adsorción de C02 (Li et al. 2010) . Por ejemplo, Wang et al. (Wang et al.
2008) demostraron que el silicato de dicalcio (Ca2Si04) sintetizado a 800°C a partir
de calcita y dióxido de silicio (Si02) posee mejores propiedades de adsorción de
20 C02 para su uso en ciclos continuados de calcinación-carbonatación en
comparación con la calcita natural. En la mayoría de estos estudios, la estrategia
seguida consiste en la creación de nuevos materiales a partir de reacciones
químicas que tienen lugar a altas temperaturas y en diversas condiciones entre el
material adsorbente natural y otros materiales inertes como Zr02, MgO, La203,
25 Al20 3, Ti02, Si02, etc. (Li et al. 201 0) . Li et al. (Li et la. 2009) encontraron no
obstante mejores resultados de adsorción y estabilidad cuando el nuevo
adsorbente era obtenido mediante una mezcla física en seco de polvo de CaO con
polvo de óxido de magnesio (MgO) nanoestructurado a temperatura ambiente en
comparación con los resultados de otros adsorbentes mixtos a nivel molecular
30 obtenidos mediante reacciones químicas. Este resultado sugiere que puede ser
beneficiosa la heterogeneidad a escala microscópica que tiene lugar en el
compuesto obtenido mediante una simple mezcla física de los componentes.
Puesto que el proceso de adsorción de C02 durante la carbonatación en el lecho 35 fluido tiene lugar a nivel superficial, un parámetro fundamental que limita su
efectividad en la práctica es el área específica de contacto real entre la corriente
de gas fluidizante cargado de eo2y la superficie de las partículas adsorbentes en
el lecho fluido. El uso de partículas muy finas (de tamaño primario del orden de
micras o menor) incrementaría en gran medida el área superficial de contacto
5 potencial entre el gas y el sólido durante la fluidización y por tanto la capacidad de
adsorción del material. No obstante, el carácter extremadamente cohesivo de los
polvos finos y ultrafinos dificulta en gran medida su fluidización uniforme.
Observaciones empíricas a escala de laboratorio demuestran que cuando polvos
cohesivos son sometidos a un flujo de gas en un lecho fluido, ocurre que, o bien
1O se forman canales y/o burbujas a través de los cuales el gas atraviesa en su
mayor parte el lecho de material, entrando así en contacto con una parte muy
reducida de éste, o bien el material asciende a lo largo del lecho como un bloque
sólido empujado por la corriente de gas sin que ésta consiga romperlo. Este tipo
de fluidización altamente heterogénea es conocida como Geldart e (Geldart 1973)
15 y es la mostrada, por ejemplo, por el polvo de calcita natural. La superficie de
contacto real entre las fases gaseosa y sólida en un lecho fluidizado de polvo del
tipo Geldart e es pues muy reducida en comparación con la superficie potencial de
contacto que ofrecería una fluidización homogénea. Un reto importante de cara a
mejorar la reducción de emisiones de eo2 mediante el uso de lechos fluidos de
20 polvos finos cohesivos es pues homogeneizar la fluidización de estos materiales
en los reactores de lecho fluido.
En la literatura científica existen descritas numerosas técnicas destinadas a la
homogeneización de la fluidización de polvos finos cohesivos, cuya eficacia ha
sido demostrada en mayor o menor medida cuando han sido aplicadas a los
25 polvos objeto de estudio en cada caso. Entre estas técnicas encontramos la
aplicación de vibraciones externas al lecho fluido, la agitación mediante útiles
mecánicos (hélices, turbinas, etc.) , la aplicación de pulsos acústicos, la
centrifugación del lecho fluido, la agitación mediante bolas magnéticas
emplazadas en el interior del lecho que son excitadas por un campo magnético
30 variable (Pfeffer et al. 2005) , la aplicación de campos eléctricos (Espín et al. 2009) ,
y la aplicación de micro-chorros de gas a muy alta velocidad (Quevedo et al.
201 0) . En general, estas técnicas consiguen homogeneizar la fluidización del
polvo cohesivo mediante la dispersión de grandes agregados de partículas que dificultan la fluidización homogénea del polvo.
Otra técnica de asistencia a la fluidización de polvos finos cohesivos, de relevancia
para la invención aquí descrita, consiste en la adición de partículas de mayor
tamaño (de tamaño típico alrededor de 50-80 micras) en una proporción pequeña
(menor al10% típicamente) al lecho fluido (Zhou y Li 1999, Ajbar et al. 2005, Song
5 et al. 2009, Ajbar et al. 2011) . Recientemente esta técnica se ha empleado en la
asistencia a la fluidización de polvos nanoestructurados (de tamaño de partícula
primaria entre 1 y 100 nm) extremadamente cohesivos (Song et al. 2009, Ajbar et
al. 2011) . De manera análoga, en la industria xerográfica se usan partículas que
fluyen con facilidad (de tamaño de partícula superior a las 50 micras) al objeto de
1O transportar el tóner xerográfico, que es un polvo fino cohesivo de tamaño de
partícula en torno a 1 O micras. De este modo, las partículas gruesas, conocidas
como carriers, transportan, adheridas a su superficie, las partículas de tóner
(Quintanilla et al. 2006) .
En la presente invención se propone una variación de esta técnica al objeto de
15 mejorar la fluidizabilidad de un polvo fino cohesivo adsorbente de COz, en la que
este polvo es mezclado con un polvo nanoestructurado fluidizable. Como resultado
las partículas finas cohesivas recubren los aglomerados del polvo
nanoestructurado que sirven pues como medio transportador de las partículas
adsorbentes de COz. La técnica de mezclado de polvos nanoestructurados con
20 polvos finos cohesivos para mejorar la fluidizabilidad de éstos ha sido llevada a
cabo en el pasado (Valverde et al.1998, Yan et al. 2005) . El resultado perseguido
en dicha técnica es el recubrimiento uniforme de las partículas finas del polvo
cohesivo (de tamaño en torno a decenas de micras) por nanopartículas del polvo
nanoestructurado, mientras que en la presente invención son los aglomerados del
25 polvo nanoestructurado los que quedan recubiertos por las partículas del polvo
fino cohesivo adsorbente de COz.
Otra técnica de combustión avanzada investigada actualmente con el objeto de
reducir las emisiones de COz es la conocida como Chemical Looping Combustión
(CLC) . El desarrollo de técnica ya ha dado lugar a resultados prometedores a
30 escala piloto (Abad et al. 2007) . En esta técnica, la combustión tiene lugar en un
reactor de lecho fluido donde un polvo de partículas de óxido metálico (MxOy) es
fluidizado por una corriente de carburante gasificado. Las partículas de MxOy
aportan el oxígeno para la combustión del gas. Así pues, el carburante gaseoso se
oxida a COz y HzO en este reactor de reducción. Las partículas de óxido metálico 35 que han oxidado el combustible gaseoso y han quedado reducidas (Mx0y.1) son
5 1º transportadas a un segundo lecho fluidizado, el reactor de oxidación, donde son oxidadas al ser fluidizadas por una corriente de aire enriquecido en 02. Una vez regeneradas en el reactor de oxidación, las partículas de MxOy son de nuevo transportadas al reactor de reducción volviéndose a repetir el ciclo de manera continuada. De este modo, al no ponerse en contacto el combustible con nitrógeno del aire, como ocurre en la combustión tradicional, los gases a la salida del reactor de reducción son solamente C02 y vapor de agua. Esta mezcla es fácilmente separable por condensación del agua, quedando así el C02 listo para su almacenamiento. Obsérvese que esta técnica de combustión avanzada, al igual que la técnica de adsorción de co2 en el ciclo de carbonatación-calcinación, también se encuentra basada en la fluidización de polvos finos cohesivos de óxidos metálicos por lo que también sería de interés investigar en ella la aplicación de la presente invención al objeto de mejorar la fluidizabilidad de estos polvos.
15 Descripción de las figuras
Figura 1: Fotografía SEM (Scanning Electron Microscope) del polvo fino cohesivo de hidróxido de calcio adsorbente de co2 y usado en el procedimiento ilustrado como ejemplo de realización de la presente invención.
20 Figura 2: Fotografía SEM del polvo nanoestructurado Aerosil R974 (Evonik Industries) usado en el procedimiento ilustrado como ejemplo de realización de la presente invención.
25 Figura 3: Lecho de Aerosil R974 asentado en ausencia de flujo de gas (a) y fluidizado (b) usando un flujo de aire seco a una velocidad superficial de 2.7 cm/s. 30 Figura 4: Lecho de polvo fino cohesivo de Ca (OHh mezclado a mano con un 30% en peso de Aerosil R974 asentado en ausencia de flujo de gas (a) y fluidizado (b) usando un flujo de aire a una velocidad superficial de 3 cm/s. Figura 5: Fotografía SEM de aglomerados de la mezcla a mano de polvo de . Ca (OHh con Aerosil R974. La fotografía inferior ilustra como los aglomerados de Aerosil R974 quedan recubiertos por agregados de Ca (OH) 2.
Figura 6: Fotografías SEM de la mezcla de polvo de Ca (OH) 2 con Aerosil R974
usando la técnica MAIC (10% en peso de Aerosil R974) . La fotografía inferior
muestra un aglomerado de Aerosil recubierto de Ca (OH) 2
5 Figura 7: Fotografía SEM de la mezcla de polvo de Ca (OH) 2 (sometido a un
tratamiento previo de dispersión mediante la técnica MAIC) con Aerosil R974 (10%
en peso de Aerosil) . La fotografía inferior muestra un aglomerado de Aerosil R974
recubierto por partículas de Ca (OH) 2.
1 O Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es el de homogeneizar la fluidización de los
polvos finos cohesivos que actualmente se investigan como posibles candidatos
para ser usados en tecnologías de adsorción de C02 en poscombustión o bien
para ser usados en otras tecnologías avanzadas de combustión como la Chemical
15 Looping Combustion. El carácter extremadamente cohesivo de estos polvos
dificulta su fluidización homogénea. La formación de canales y burbujas de gas es
usual en la fluidización de estos polvos por lo que el contacto real entre las fases
sólida y gaseosa en fluidización se encuentra gravemente mermado. Esta
característica limita la capacidad de adsorción de C02 del material. A escala piloto
20 se usan actualmente polvos de calcita y dolomita. Existen numerosas
investigaciones realizadas a escala de laboratorio destinadas a incrementar la
estabilidad de estos polvos al ser sometidos a altas temperaturas con el objetivo
de que sus propiedades de adsorción no se vean degradadas conforme son
usados de manera continua en ciclos de calcinación-carbonatación en lechos
25 fluidos. Aunque los polvos compuestos resultantes de los procedimientos descritos
en estas investigaciones poseen en efecto mayor estabilidad, siguen siendo
polvos muy cohesivos caracterizados por un elevado grado de heterogeneidad en
fluidización. La novedad de la presente invención consiste en un procedimiento
destinado a mejorar la fluidizabilidad del material e incrementar así el área de
30 contacto efectiva entre el gas y las partículas del polvo adsorbente de C02 en
fluidización.
Por tanto, puede preverse que la aplicación de la presente invención daría lugar a
una mejora significativa de la capacidad de adsorción de estos polvos cohesivos
en tanto en cuanto se consiga homogeneizar el estado de fluidización. La solución 35 aportada por la presente invención consiste en la mezcla en condiciones
ambientales de presión y temperatura del polvo fino cohesivo adsorbente de co2
con un polvo nanoestructurado fluidizable. Dicha mezcla es tratada mediante un
método de agitación física, de manera que los aglomerados del polvo
nanoestructurado, muy porosos y fluidizables, quedan recubiertos por las
5 partículas del polvo fino cohesivo adsorbente de C02. Como técnica auxiliar, se
propone emplear un procedimiento previo de agitación del polvo cohesivo. Una
posible técnica consiste en el uso de partículas magnéticas que son mezcladas
con el polvo cohesivo adsorbente de C02 y excitadas por un campo magnético
variab:e. Posteriormente el polvo cohesivo es mezclado con los aglomerados del
1O polvo nanoestructurado fluidizable. De esta forma estos aglomerados quedan
recubiertos muy uniformemente por las partículas del polvo cohesivo adsorbente
de C02. El polvo resultante de la mezcla es fluidizable. Dicha fluidización da lugar
pues a un incremento notable del área de contacto superficial entre las fases
sólida (adsorbente de C02} y gaseosa puesto que la superficie exterior de los
15 aglomerados expuesta al flujo de gas se encuentra recubierta por las partículas
adsorbentes de C02. De este modo, se consigue aumentar el área efectiva de
contacto entre las partículas del polvo adsorbente y el flujo de gas por lo que se
espera que se vea incrementada la capacidad de adsorción del polvo fino
cohesivo adsorbente de co2 en estado puro.
20
Por otra parte, existe una clase de polvos nanoestructurados que son fluidizables
de manera homogénea. La principal característica de estos polvos es que sus
nanopartículas forman aglomerados de decenas de micras con una porosidad muy
elevada. Cuando son sometidos a un flujo de gas, estos polvos nanoestructurados
25 sufren una expansión considerable cuando son fluidizados y se suprime
completamente la formación de canales y burbujas a nivel macroscópico. Un
ejemplo de este tipo de polvos nanoestructurados fluidizables es el Aerosil R974
(Evonik) . Los aglomerados de nanopartículas de este polvo son, además de muy
porosos, muy resistentes por lo que pueden ser considerados como partículas
30 efectivas de una densidad muy reducida.
El procedimiento propuesto consiste en mezclar en cantidades determinadas
(típicamente el porcentaje en peso del polvo nanoestructurado se puede encontrar
entre el 1O y el 20% sobre el peso del polvo adsorbente de C02} ambos tipos de polvo. De acuerdo con las observaciones realizadas mezclando polvo de hidróxido
35 de calcio (Ca (OH) 2) adsorbente de C02 y polvo nanoestructurado Aerosil R974,
se consigue una mejora ostensible en la calidad de fluidización con respecto a la
fluidizabilidad del Ca (OHh puro, que no es fluidizable. La mezcla se realiza de
forma física a temperatura y presión ambientales. Durante el mezclado de ambos
polvos, los aglomerados de nanopartículas del Aerosil R974 quedan recubiertos
5 por partículas del polvo cohesivo adsorbente de COz. Cuando la mezcla es
fluidizada se observa una expansión considerable. Las partículas adsorbentes de
COz quedan así expuestas al gas consiguiéndose así incrementar el área real de
contacto entre la superficie adsorbente de COz y el gas.
Como técnica de mezclado es suficiente, de cara a conseguir una mejora
1O satisfactoria de la fluidizabilidad, someter la mezcla realizada a mano a rotación en
un tambor durante algunos minutos. Es deseable no obstante que el grado de
uniformidad de la mezcla sea el mayor posible ya que de no dispersarse una
cantidad apreciable de agregados de Ca (OH) 2, éstos agregados densos se
segregaran de la mezcla, dificultando su fluidizabilidad debido a su elevada
15 densidad. Otro método empleado en la ejecución práctica de la presente invención
ha consistido en la agitación de la mezcla por partículas magnéticas que son
introducidas previamente en la mezcla y excitadas por un campo magnético
rotatorio creado por el estator de un motor eléctrico (Yan et al. 2005) . Este método
es conocido por MAIC por las siglas de su denominación en inglés (magnetic
20 assisted impaction coater) . Este procedimiento, sin embargo, da lugar a la ruptura
de aglomerados del polvo nanoestructurado fluidizable, de manera que es posible
que las partículas adsorbentes del polvo cohesivo queden recubiertas por una
capa de nanopartículas que reducirían la superficie efectiva adsorbente de COz.
Un procedimiento alternativo mediante el que se llega a conseguir una mejora muy
25 notable de la fluidizabilidad y un recubrimiento muy uniforme de los aglomerados
de Aerosil R974 sin romperlos consiste en dispersar previamente el polvo de
Ca (OH) 2 utilizando cualquier tratamiento de agitación de los ya disponibles en la
actualidad (Yan et al. 2005) . Por ejemplo, puede someterse el polvo puro de
Ca (OH) 2 al tratamiento MAIC. Este tratamiento contribuye a romper sus
30 agregados. Posteriormente, el polvo cohesivo adsorbente de COz es mezclado a
mano con el Aerosil R974. De esta forma, se consigue un recubrimiento muy
uniforme de los aglomerados de Aerosil R974 (sin romperlos) por partículas de
Ca (OH) 2.
Usando valores típicos de la densidad y tamaño de los aglomerados de Aerosil 35 R974 (tamaño de 30 micras y densidad de 40 kg/m3) y de la densidad del Ca (OH) 2
(en torno a 3500 kg/m3) se estima que con porcentaje de Aerosil del 15% en peso con respecto a la masa de Ca (OHh se conseguiría un recubrimiento uniforme y completo de los aglomerados de Aerosil R9734 por partículas de 1 micra de Ca (OH) 2. Obsérvese el valor tan pequeño de la densidad del aglomerado de Aerosil R974 que constituye la razón básica de su excelente fluidizabilidad. De acuerdo con el diagrama de regímenes de fluidización propuesto para polvos cohesivos en la literatura (Valverde y Castellanos 2007) estos aglomerados se fluidizan hasta llegar a la elutriación en el lecho fluido con una total supresión de burbujas tal y como se observa experimentalmente. Por otra parte, la densidad de un aglomerado de Aerosil R974 uniformemente recubierto de partículas de Ca (OHh puede estimarse en torno a 400 kg/m3. Para este valor de la densidad, se predice un tipo de fluidización caracterizado por un intervalo en el que el lecho llega a expandirse uniformemente en ausencia de burbujas macroscópicas hasta que el flujo de gas alcanza un valor crítico (Valverde y Castellanos 2007) . A partir de este valor crítico del flujo de gas comienzan a aparecer burbujas que detienen el proceso de expansión. Este tipo de comportamiento concuerda con nuestras observaciones empíricas de la fluidización de las mezclas realizadas en la ejecución práctica de la presente invención.
Modo de realización de la invención El procedimiento propuesto en la presente invención ha sido puesto en práctica en el caso concreto de un polvo cohesivo de Ca (OHh con capacidad adsorbente de C02. En la figura 1 se muestra una fotografía SEM de este polvo que ilustra un elevado grado de agregación de sus partículas primarias. Estos agregados son compactos y muy cohesivos y como consecuencia de ello el polvo no es fluidizable homogéneamente (pertenece a la categoría Geldart C, Geldart 1973) . Al ser sometido a un flujo de gas suficientemente alto, el material asciende a lo largo del lecho permaneciendo en estado sólido por lo que la sup~rficie de contacto con el gas no se ve prácticamente incrementada mediante la fluidización.
En la figura 2 se muestra una fotografía SEM del polvo nanoestructurado Aerosil R974 (suministrado por Evonik) que será usado en el ejemplo de realización de la presente invención. Este polvo está formado por partículas primarias de Si02 con un tamaño en torno a los 1 O nm. Estas partículas se agregan en estructuras fractales muy porosas. Los agregados formados, de un tamaño en torno a las decenas de micras, son por tanto muy ligeros. Ello facilita la fluidización
homogénea de este material tal y como se muestra en la figura 3. Durante la
fluidización de este polvo no son observables burbujas de tamaño macroscópico y
el material se expande de manera continua conforme el flujo de gas aumenta
hasta entrar en suspensión a flujos de gas elevados (Espin et al. 2009) . Como
5 consecuencia de ello, el área de la superficie de contacto entre el gas y las
partículas se ve ostensiblemente incrementada.
En la realización de la presente invención, ambos polvos fueron mezclados en
condiciones de temperatura y presión ambientales a mano y la mezcla fue
sometida rotación en un tambor rotante a 55 revoluciones por minuto durante 2
1O minutos. Se realizaron mezclas en diferente proporción de estos componentes
para así evaluar la influencia del porcentaje de Aerosil R974 en la fluidizabilidad de
la mezcla resultante. En la figura 4 mostramos la expansión de un lecho fluidizado
de Ca (OHh mezclado con Aerosil R974 (en una proporción del 30% en peso) .
Como puede observarse el polvo resultante es fluidizable. El lecho fluido alcanza
15 un volumen en su punto de expansión máxima en torno al doble del volumen de la
muestra sin fluidizar.
En la figura 5 se presenta una fotografía SEM de la mezcla de Ca (OHh con Aerosil
R974 en la que se muestra la afinidad de las partículas Ca (OHh por los
aglomerados de Aerosil R974. Esta fotografía da una idea del mecanismo por el
20 cual el Aerosil R974 mejora ostensiblemente la fluidizabilidad del Ca (OH) 2.
Durante el proceso de mezcla y agitación, los agregados de Aerosil R974
fluidizables quedan recubiertos por agregados más pequeños de Ca (OH) 2. El
resultado final es que las partículas de Ca (OHh adsorbentes de COz quedan
distribuidas sobre la superficie de los aglomerados de Aerosil R974 tal y como se
25 ilustra en la figura 5. Así pues estas partículas quedan expuestas al flujo de gas
cuando la mezcla es fluidizada. Dado que la fluidizabilidad de la mezcla mejora
notablemente, el contacto entre la fase sólida adsorbente de COz y el gas cargado
de COz se verá incrementado. Se espera pues que la mejora de la fluidizabilidad
del Ca (OHh mediante este mecanismo de lugar a una mejora de la capacidad de
30 adsorción del Ca (OH) z con respecto a su capacidad de adsorción en estado puro
no fluidizable del polvo adsorbente.
A continuación mostramos los resultados obtenidos mediante la técnica de
mezclado MAIC del polvo de Ca (OHh con Aerosil R974. Las partículas magnéticas usadas para agitar la mezcla han sido partículas de magnetita de
35 tamaño en torno a las 200 micras. Se usaron para realizar la mezcla 5 gramos de Ca (OH) 2, 5 gramos de partículas de magnetita y el 1 gramo de Aerosil R974. La intensidad del campo magnético generada por el estator del motor empleado es de 80 mT y su frecuencia de rotación de 20 Hz. El tiempo de agitación ha sido de 1 O minutos. En la figura 6 mostramos la fotografía SEM de una mezcla obtenida usando este procedimiento de mezclado. Obsérvese la mejor dispersión de las partículas micrométricas de Ca (OHh en comparación con la fotografía 5, donde se encuentran en su mayor parte agregadas. De acuerdo con el análisis EDX realizado sobre estas fotografías, este procedimiento da lugar a una mezcla muy uniforme de ambos componentes ya que se observan porcentajes de mezcla similares al macroscópico sobre escalas de tamaño del orden del milímetro. La fluidizabilidad de la mezcla sufre asimismo una mejora ostensible. No obstante, la agitación intensa a la que es sometida la mezcla en la técnica MAIC rompe muchos de los aglomerados de Aerosil. Aunque se observan aglomerados de Aerosil recubiertos uniformemente de partículas de Ca (OH) 2, éstos son aglomerados de tamaño reducido (en torno a las 10 micras o menores) y muy resistentes, conocidos en la literatura como sub-aglomerados (Valverde y Castellanos 2008) . Así, las partículas de Ca (OH) 2 pueden quedar recubiertas de una capa fina de nanopartículas de Aerosil R974 de manera análoga a como se muestra en la descripción de este procedimiento en Yan et al. 2005 para mejorar la fluidizabilidad de polvos finos cohesivos. En nuestro caso, este recubrimiento tendría efectos negativos puesto que supondría una reducción de la superficie efectiva de adsorción de C02. Un procedimiento alternativo usado ha consistido en romper los agregados del polvo de Ca (OH) 2 usando la técnica MAIC y posteriormente mezclar el polvo dispersado de Ca (OH) 2 con el polvo de Aerosil R974 a mano. La eficacia de este procedimiento queda demostrada en la Figura 7, donde observamos el polvo de Ca (OHh muy bien dispersado tras ser sometido al tratamiento previo descrito y los aglomerados de Aerosil añadidos a posteriori recubiertos prácticamente en toda su superficie por partículas de polvo de Ca (OH) 2 de un tamaño del orden de la micra.
