Captura de CO2 con CaO en reactor de lecho fluidizado circulante

Abstract

[EN] The CO emitted from fossil fuel use for energy production is the main cause of climate change. CO2 capture and storage from large stationary sources can be one of the main options for climate change mitigation in a short and medium term. This is the general framework for this PhD, which is mainly focused on the CO2 post-combustion capture process by carbonation and calcination.

During the investigation of this emerging capture process a basic analysis of the design characteristics and the cost structure of two CO2 capture processes has been carried out. One of these processes is based on capturing CO2 from flue gases by means of carbonation-calcination cycles, and the other one is aimed at the separation of a pure stream of CO2 resulting from calcination of CaCO3 in cement plants. An experimental pilot plant of two interconnected circulating fluidized beds has been used to test the carbonator reactor in these systems. Many tests of carbonation and calcination have been carried out in continuous mode to demonstrate the viability of CO2 capture with a bed of CaO. A carbonation reactor model based on simple fluid dynamic assumptions, which includes the behavior of CaO as a CO2 sorbent, has been developed. In addition, a more general model for calculating the maximum average conversion of solids reaching the carbonator has been accomplished. Finally, the experimental data obtained from pilot plant experiments have been validated with a carbonation reactor model and the trends of the experimental results are shown to agree with the expected trend predicted by the model.

[ES] El CO2 proveniente del uso de combustibles fósiles para la obtención de energía es el principal causante del cambio climático. La captura y el almacenamiento de CO2 de grandes fuentes estacionarias se plantea como una de las principales opciones de mitigación del cambio climático a corto y medio plazo. En este contexto se enmarca esta memoria de Tesis, en concreto dentro de la temática e captura de CO2 postcombustión mediante carbonatación‐calcinación. Durante la investigación se ha realizado un análisis básico de diseño y de estructura de costes de dos procesos de captura de CO2; uno de ellos mediante carbonatación‐calcinación, y el otro mediante la obtención de una corriente separada de CO2 que proviene de la calcinación de CaCO3 en cementeras.

Con la instalación de una planta piloto experimental compuesta por dos lechos fluidizados circulantes interconectados se han llevado a cabo ensayos de carbonatación y calcinación en continuo para demostrar el proceso de captura de CO2 con CaO. Se ha desarrollado un modelo del reactor de carbonatación basado en sencillas suposiciones fluidodinámicas, en el que se ha incluido el comportamiento del CaO como sorbente de CO2. Además se ha realizado un modelo más general para el cálculo de la conversión media máxima de los sólidos que llegan al carbonatador. Por último, se han validado los datos obtenidos de la experimentación en planta piloto con un modelo del carbonatador. Se ha encontrado que el comportamiento que presentan los datos experimentales concuerda con las tendencias predichas por el modelo.

Tesis leída en la Universidad de Oviedo. Julio 2010.