Estudio de optimización de los ciclos de calcinación/carbonatación para la captura de CO2 en centrales térmicas de carbón destinadas a la generación eléctrica

Resumen

En esta tesis doctoral se pretende optimizar el uso de la tecnología de ciclos de calcinación-carbonatación con Calcita para la captura de CO2 en centrales térmicas de carbón. Se han estudiado tres tamaños de partícula diferentes: 0,5 mm, 0,1 mm y 0,045 mm. La calcinación tuvo un efecto mínimo sobre el tamaño de partícula de las muestras más pequeñas A1045 y A1M1 (<30 μm). Las isotermas de N2 y las de adsorción de CO2 a 0 ͦC mostraron un aumento muy significativo en la superficie de las muestras calcinadas y rehidratadas (A15CH, A1045CH y A1M1CH) respecto a las muestras calcinadas u originales. También, se observa el mismo valor del diámetro medio de poro (3,97 nm) en las muestras de menor tamaño promedio (A045CH y A1M1CH). Los resultados mostraron que la captura de CO2 para la muestra A1M1, con un tamaño de partícula promedio más pequeño (<30 micras), es la más efectiva. Para la muestra A1M1 calcinada y completamente rehidratada (Ca(OH)2), la adsorción química de CO2 para formar CaCO3 es prácticamente total en las condiciones experimentales (550 ͦC y flujo de CO2 de 20 ml/min). Al mismo tiempo que el Ca(OH)2 se descompuso en CaO (481 ͦC), la carbonatación con gas sólido resultó ser muy efectiva. El aumento de peso fue de 34.11%, muy cercano a la capacidad teórica de 35.11% y la capacidad de adsorción fue de 577.00 mg/g cerca del máximo teórico de 593.95 mg/g. El experimento se repitió 10 veces con la misma muestra A1M1 calcinada y rehidratada. No se observó una pérdida apreciable de la capacidad de adsorción, lo que demuestra que la sinterización es prácticamente insignificante. Con estos resultados se definió un diseño de implantación basado en ciclos de adsorción/desadsorción con calcita en una instalación térmica de carbón tipo. El diseño usó la granulometría de la muestra más efectiva e incorpora la hidratación previa al proceso de carbonatación. La carbonatación se produce por la elevación de la temperatura de 320 ͦC a 550 ͦC. Se realizaron tres simulaciones en el software ASPEN PLUS incorporando distintas opciones de calcinación buscando el menor consumo energético posible. La opción más eficiente es la que incorpora un reactor de oxidación parcial y reformado de CH4. Su eficiencia fue mejorada incorporando dos reactores más, uno de metanización produciendo CH4 (reduciendo el consumo de combustible) y otro de desplazamiento agua-gas que produce H2 y CO2.