Desarrollo de reactores de lecho fluidizado para la captura de CO2 con CaO

Abstract

Los niveles de emisión de CO2 han experimentado un gran incremento en los últimos años debido principalmente al empleo de combustibles fósiles para satisfacer el crecimiento de la demanda energética global. Esto ha provocado cambios en las tendencias del sistema climático, contribuyendo de este modo a lo que hoy se conoce como cambio climático. Es por ello que necesitamos disponer de opciones que permitan reducir las emisiones de CO2 hasta alcanzar niveles compatibles con cambios asumibles del sistema climático. Sin embargo, todas las previsiones apuntan indudablemente a un mayor consumo de combustibles fósiles en las próximas décadas, lo que supondría, en ausencia de otras medidas, un incremento sustancial en las concentraciones de CO2 en la atmósfera. Una de las alternativas que se plantea a corto y medio plazo consiste en desacoplar las emisiones de CO2 del empleo de combustibles fósiles por medio del desarrollo de los procesos de captura de CO2. El objetivo de estos procesos es separar el CO2 de las corrientes gaseosas generadas en grandes focos de emisión estacionarios para proceder a su confinamiento permanente. En este sentido, una de las tecnologías propuestas es la captura de CO2 mediante ciclos de carbonatación-calcinación, que constituye el objeto de estudio de la presente Tesis Doctoral. El trabajo realizado durante esta Tesis se ha centrado en el desarrollo de la tecnología de captura de CO2 a alta temperatura empleando CaO como sorbente en algunas de sus principales rutas de proceso con el objetivo de avanzar hacia su implantación a escala industrial. Para ello se han llevado a cabo estudios experimentales a escala de planta piloto, así como trabajos de modelado de los reactores involucrados en el sistema e implementación de mejoras en el proceso. En concreto, esta memoria se ha estructurado en las dos secciones que se indican a continuación. La primera sección comprende el trabajo experimental llevado a cabo en una planta piloto de captura de CO2 post-combustión que trata gases reales de combustión procedentes de una central térmica, así como las campañas experimentales realizadas en una planta piloto de combustión de biomasa y captura de CO2 in situ. En ambos casos se presentan los resultados obtenidos bajo diversas condiciones de operación, junto con el estudio de la influencia de variables de proceso clave y la validación de los modelos de reactor disponibles con los datos experimentales. La segunda sección de esta Tesis consta de un conjunto de trabajos dirigidos a profundizar en distintos aspectos de los sistemas de captura de CO2 mediante la tecnología de carbonatación-calcinación. En primer lugar se incluye un estudio hidrodinámico del sistema de reactores interconectados de lecho fluidizado circulante empleados en esta tecnología. También se ha realizado un análisis del efecto que tiene la presencia de inertes (azufre y cenizas) en el sistema en cuanto a su influencia en las características de la corriente de sólidos que circula entre reactores y la eficacia de captura de CO2. Finalmente, la última parte de esta Tesis se centra en el estudio de una novedosa estrategia de reactivación del sorbente: la recarbonatación. Para ello se ha realizado un estudio cinético de la reacción de recarbonatación bajo distintas condiciones de operación y se ha empleado la información obtenida para la modelización y diseño preliminar de un reactor de recarbonatación.