Cinética y Capacidad de Sulfatación de CaO en Lechos Fluidizados Circulantes para Captura de CO2

Abstract

[EN] Climate change mitigation will present a major challenge for mankind in the near future. The CO2 emitted from fossil fuel combustion is the principal source of greenhouse gases. CO2 capture and storage continues to be one of the most important options for mitigating climate change in the medium to long term scales. Among the emerging technologies for capturing CO2 from large-scale stationary sources, those based on CaO (Calcium Looping, CaO) in post-combustion processes have experienced rapid development in recent years. This is attributable to their enormous potential for reducing costs and energy penalties when compared to other more mature technologies. The possibility of avoiding the desulfuration stage by means of the simultaneous capture of CO2 and SO2 in the same reactor is another of their main advantages. Moreover, in processes of this kind, a synergy can be achieved if the CaO from the purge of the calciner is used as the source of the sorbent for desulfuration in the combustor. A kinetic study of the sulfation of CaO in operating conditions typical of CaL reactors has been carried out in this Thesis. For this purpose, a thermogravimetric device specially designed for conducting calcination/carbonation cycles was used. In addition, in an experimental pilot plant consisting of two fluidized circulating interconnected beds experiments on simultaneous sulfation, carbonation and calcination were performed in continuous mode. The results of these studies have been validated at larger scales by measuring in a thermogravimetric apparatus the sulfation rates and capacities of a sorbent obtained from a 1.7 MWt CO2 capture pilot plant located in La Pereda. The experimental data have been interpreted by means of a random pore model (RPM).

[ES] Uno de los principales retos a los que la humanidad se enfrentará en los próximos decenios es la mitigación del cambio climático. El principal causante es el CO2 procedente del uso de combustibles fósiles para la obtención de energía. La captura y el almacenamiento de CO2 sigue siendo una de las principales opciones de mitigación a corto y medio plazo. De entre las tecnologías emergentes de captura de CO2 de grandes fuentes estacionarias, los procesos basados en CaO (Calcium Looping, CaL) para post-combustión han tenido un desarrollo muy rápido en los últimos años. Esto es debido a su potencial para reducir costes y penalizaciones energéticas cuando se les compara con otras tecnologías de captura más maduras. Otra de sus ventajas consiste en la posibilidad de eliminar la etapa de desulfuración al poder capturar simultáneamente SO2 y CO2 en el mismo reactor. Además, en este tipo de procesos, existe una sinergia en el uso de la purga procedente del calcinador como agente desulfurante en el propio combustor. Durante la investigación descrita en esta Tesis, se ha realizado un estudio cinético de la sulfatación de CaO en las condiciones relevantes de operación de los reactores que conforman un CaL. Para este estudio se ha empleado una termobalanza especialmente diseñada para llevar a cabo los ciclos de calcinación/carbonatación. Además, haciendo uso de una planta piloto experimental para captura de CO2 se han llevado a cabo ensayos de sulfatación simultáneos a la carbonatación y calcinación en continuo, para estudiar la co-captura de SO2 y CO2. Los resultados de estos trabajos se han validado a escala mayor, midiendo en termobalanza las velocidades de reacción y capacidades de sulfatación de un sorbente procedente de una purga de la planta experimental para captura de CO2 de 1.7 MWt localizada en la Pereda. Finalmente, se han interpretado los datos experimentales obtenidos a escala de partícula mediante un modelo general de poro aleatorio (RPM, por sus siglas en inglés).