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Title

Simulación del proceso de captura de CO2 mediante los ciclos de carbonatación/calcinación de CaO integrado en plantas de producción de energía

AuthorsMartínez Berges, Isabel
AdvisorMurillo Villuendas, Ramón; Grasa Adiego, Gemma; Abanades García, Juan Carlos
KeywordsCO2 capture
Ca-looping
Combustion
Reforming
Hydrogen
Energy efficiency
Captura de CO2
Carbonatación/calcinación
Combustión
Reformado
Hidrógeno
Eficiencia energética
Issue Date20-Mar-2014
PublisherCSIC - Instituto de Carboquímica (ICB)
Abstract[EN]Ca-looping process is a promising technology for CO2 capture suitable for both post-combustion and pre-combustion applications. This CO2 capture technology involves the separation of CO2 using the reversible carbonation reaction of CaO and CO2 and the calcination of the CaCO3 formed to regenerate the sorbent. One of the main advantages of this technology is that most of the energy introduced for sorbent regeneration can be recovered from the process at sufficient high temperature as to power a new steam cycle, generating additional power and drastically reducing the overall energy penalty and the CO2 capture cost. Therefore, CO2 capture processes based on the Ca-looping concept represent a potential energy efficient alternative to the commercially available ones, such as amine absorption systems in post-combustion or adsorption units in pre-combustion routes. To evaluate this potential, the main objective of this Thesis has been to analyse different energy conversion systems (where the end product is electricity, heat and/or hydrogen) including a Ca-looping process for CO2 capture, and to find out those operating conditions that optimise plant performance from an efficiency and CO2 emissions standpoints. In general terms, it has been studied the application of the Ca-looping process as a post-combustion technology in coal-based power plants for electricity production and as a pre-combustion CO2 capture route in natural gas reforming processes for hydrogen and/or electricity production. From the work included in this Thesis it is demonstrated that Ca-looping systems integrated in either post-combustion or pre-combustion routes allow for an efficient recovery of the energy introduced in the regeneration of the Ca-based sorbent as high-temperature energy streams. It is also shown that the efficiency penalty resulting from the use of the Ca-looping process for CO2 capture is noticeably lower than the efficiency penalty associated to commercially available CO2 separation technologies when focused on electricity or hydrogen production from coal or natural gas. Therefore, results from this work confirm the potential of the Ca-looping process as a CO2 capture technology both for power or hydrogen production processes.
[ES]La tecnología de captura de CO2 basada en los ciclos de carbonatación/calcinación de CaO cuenta con un gran potencial de aplicación como tecnología emergente de captura de CO2 tanto en configuraciones de proceso en post-combustión aplicado a un gas de combustión, como en configuraciones en pre-combustión para generación de un gas rico en hidrógeno. La principal ventaja de este proceso se basa en que prácticamente toda la energía introducida en el calcinador para regenerar el CaO se recupera en la etapa de carbonatación y en forma de corrientes gaseosas y sólidas a alta temperatura. Debido a esta eficiente recuperación de energía, esta tecnología representa una de las opciones de captura de CO2 con mayor potencial de integración energética y de reducción de la penalización energética con respecto del proceso sin captura de CO2. Con el fin de evaluar este potencial, el principal objetivo de esta Tesis ha sido analizar diversos procesos de conversión de energía (a electricidad, calor y/o hidrógeno) que integran un sistema de captura de CO2 basado en la reacción de carbonatación del CaO con el CO2, para conseguir una integración entre ambos sistemas que, bajo unas condiciones de operación razonables, reduzca al mínimo la penalización energética derivada de la captura de CO2. Concretamente, se han estudiado las configuraciones de este proceso como tecnología de captura de CO2 en post-combustión en centrales térmicas (CT) de carbón para producción de electricidad, y como tecnología de captura de CO2 en pre-combustión en procesos de producción de hidrógeno y/o electricidad mediante reformado de gas natural con vapor. A partir de las investigaciones llevadas a cabo en esta Tesis Doctoral se demuestra que las tecnologías de captura de CO2 basadas en los ciclos de carbonatación/calcinación de CaO permiten recuperar de una manera eficiente la energía introducida en la regeneración del sorbente en forma de focos de energía a alta temperatura, consiguiendo así altas conversiones de energía. Se ha demostrado que la disminución de rendimiento o penalización energética obtenida al emplear estos procesos de carbonatación/calcinación como sistemas de captura de CO2 es notablemente inferior a la publicada para métodos comerciales de absorción o de oxi-combustión para la producción de electricidad o hidrógeno a partir de carbón y gas natural. Los resultados obtenidos en este trabajo confirman el gran potencial del proceso de carbonatación/calcinación como tecnología de captura de CO2 aplicada a procesos de producción de electricidad y de hidrógeno.
DescriptionMemoria presentada en el marco del Programa de Doctorado de Energías Renovables y Eficiencia Energética, cuyo órgano responsable es el Instituto Mixto CIRCE, para optar al grado de Doctor por la Universidad de Zaragoza.-- 195 páginas, con gráficas en color, tabla de contenidos,lista de publicaciones
URIhttp://hdl.handle.net/10261/94859
Appears in Collections:(ICB) Tesis
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