Grado en Ciencias Ambientales
ANÁLISIS INTEGRADO ENERGÉTICO Y
AMBIENTAL DE SISTEMAS
Tema 4. Captura de CO2
BLOQUE I
1. Introducción
2. Procesos de postcombustión
3. Procesos de precombustión
4. Oxicombustión
5. Transporte de CO2
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Orientación Universidad
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Busca documentos
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Busca tu universidad
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Video Cursos
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Quiz
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pregúntale a la comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
¡Nuestros e-books salva-estudiantes!
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Estabilización CO2: Captura y Almacenamiento - Opciones Técnicas y Aplicaciones (CAC), Apuntes de Ciencias Ambientales
El objetivo de estabilizar las emisiones de co2 a través de sistemas de mitigación, incluyendo cac, y las previsiones de aumento sustancial de emisiones de co2 si no se adoptan medidas específicas. Se discuten las opciones tecnológicas para reducir las emisiones de co2, como la eficiencia energética, descarbonatación, secuestro de co2 y captura y almacenamiento. Se explora el interés en cac, su definición, proceso y aplicaciones, así como los métodos técnicos de almacenamiento de co2 y su captura. Se mencionan las ventajas y desafíos de cada método.
Tipo: Apuntes
2013/2014
1 / 38
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Documentos relacionados
Vista previa parcial del texto
¡Descarga Estabilización CO2: Captura y Almacenamiento - Opciones Técnicas y Aplicaciones (CAC) y más Apuntes en PDF de Ciencias Ambientales solo en Docsity!
Grado en Ciencias Ambientales
ANÁLISIS INTEGRADO ENERGÉTICO Y
AMBIENTAL DE SISTEMAS Tema 4. Captura de CO
BLOQUE I
1. Introducción2. Procesos de postcombustión3. Procesos de precombustión4. Oxicombustión5. Transporte de CO
2
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
1. Introducción
Preocupación internacional
Cambio Climático
creación de la ConvenciónMarco de las Naciones Unidassobre el Cambio Climático(CMCC). 1992
“estabilización de las concentraciones de gases de efecto invernadero en laatmósfera a un nivel que impida una interferencia antropógena peligrosa enel sistema climático”.
OBJETIVO^ Estabilización de las emisiones
sistemas de mitigación (incluido CAC)
limitación en las emisiones
PREVISIONES^ • La mayor parte de los escenarios del uso de energía mundial prevén un
aumento sustancial de las emisiones de CO
2
a lo
largo de este siglo si no se adoptan medidas específicas para mitigar el cambio climático.
- Según el escenario que se considere, a lo largo de este siglo habría que
evitar las emisiones acumulativas de cientos, o
incluso miles, de GTon de CO
2
para estabilizar su concentración entre 450 y 750 ppmv
.
- La mayoría de los resultados de los modelos indican que las opciones tecnológicas conocidas podrían permitir alcanzar muy diversos niveles de estabilización del CO
2
atmosférico
ninguna opción tecnológica podrá lograr por sí sola las
reducciones de emisiones necesarias
combinación de las mismas
. Su utilización requiere la introducción de cambios
socioeconómicos e institucionales conexos.
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
1. Introducción -^
QUEMA DE COMBUSTIBLES FÓSILES: tanto en grandes unidades de combustión (ej. generación de energíaeléctrica) como en fuentes menores distribuidas (ej. motores de los automóviles y quemadores utilizados enedificios residenciales y comerciales).
-^
Procesos industriales y extracción de recursos.
-^
Quema de bosques.
Origen de las emisiones de CO
2
(CAC)
Emisiones de CO
2
de grandes fuentes estacionarias a nivel mundial
-^
Aplicación a fuentes centralizadas de CO
2
de grandes dimensiones: centrales eléctricas que quemen combustibles fósiles,
grandes procesos industriales y producción de gas natural.
-^
Fuentes distribuidas (transporte, industria, construcción): descarbonatación de combustible
H
2
Aplicación de la CAC
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
1. Introducción Definición La captación y el almacenamiento de CO
2
(CAC) constituye
un proceso consistente en la separación
del CO
2
emitido por la industria y fuentes relacionadas con la energía, su transporte a un lugar
de almacenamiento y su aislamiento de la atmósfera a largo plazo. La
aplicación generalizada
de la CAC
depende de:
- madurez tecnológica • costos • el potencial global • difusión y transferencia de la tecnología a los países en desarrollo y su capacidad para aplicar
la tecnología, los aspectos normativos
- cuestiones ambientales • percepción pública
CAC
uso de tecnología para:
- separar y concentrar el CO
2
producido en las fuentes industriales y relacionadas con la energía
- transportarlo a un lugar de almacenamiento apropiado y,• almacenarlo aislándolo de la atmósfera durante un largo período de tiempo. Utilización de combustibles fósiles produciendo bajas emisiones de gases de efecto invernadero.Aplicación
de
CAC
biomasa
posible
eliminación
neta
del
CO
2
de
la
atmósfera
(emisiones
negativas) mediante la captación y el almacenamiento del CO
2
atmosférico absorbido por la biomasa.
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
La captura y almacenamiento de CO
2
supone un consumo de energía.
La
reducción neta de emisiones a la atmósfera
de:
- la fracción de CO
2
captado
la tecnología disponible permite captar el 85 – 95% del CO
2
emitido por
una planta
- la mayor producción de CO
2
resultante de la pérdida de eficiencia general de las centrales eléctricas o los
procesos industriales debido a la energía adicional (entre el 10 y el 40%) requerida para la captación ycompresión fundamentalmente
- el transporte y el almacenamiento
consume energía
- cualquier fuga producida durante el transporte• la fracción de CO
2
retenido en el lugar de almacenamiento a largo plazo
1. Introducción
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
Costes de la CAC Aplicación de la CAC
elevación de los costes de generación de electricidad
entre
y
US$/kWh,
en
función
del
combustible,
la
tecnología
específica,
la
ubicación y las circunstancias nacionales.La inclusión de los beneficios de la recuperación mejorada de petróleo reduciría los costos deproducción de electricidad adicionales ocasionados por la CAC entre 0,01 y 0,02 US$/kWh. El
incremento
de
los
precios
de
mercado
de
los
combustibles
utilizados
para
la
generación de energía, por lo general,
tendería a hacer aumentar el costo de la CAC
El
impacto cuantitativo del precio del petróleo en la CAC se desconoce
, ya que los
ingresos de la recuperación mejorada de petróleo serían más elevados con precios delpetróleo más altos. La
adaptación
de
centrales
eléctricas
existentes
a
sistemas
de
CAC
originará
mayores costes
y
menor eficiencia energética
que en centrales de nueva construcción.
Excepciones: plantas muy eficientes, reforma en profundidad de la central.
1. Introducción
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
Se trata de la separación de CO
2
de los gases de combustión de un proceso de combustión.
Aplicaciones
•^
Sistemas industriales: obtención de gas de síntesis para fertilizantes y alcoholes. Cementeras,altos hornos, fermentación en industria alimentaria.
-^
Centrales térmicas: combustión de carbón, fuel, GN o incluso biomasa.
Actualmente estas tecnologías no se pueden aplicar a la separación del CO
2
de la atmósfera.
Concentración más de 100 veces menor que en gases de combustión ( alrededor de 380 ppm)
captura mediante masas vegetales
2. Procesos de postcombustión
•^
Emisiones en una central térmica de carbón pulverizado: 550MW
10.000 Tm CO
/día 2
- Composición
GC: CO
2
(10-15%),H
O (8-10 %), N 2
(70-75%),O 2
(4-6 %), CO (100 ppm), SO 2
(<150 ppm), NOX
X
(<900 ppm).
- Bajas concentraciones de CO
2
en el gas de combustión (3% en GNCC a 15% en PC)
dilución
en N
- Bajas presiones de operación en la zona de combustión.• Elevados caudales volumétricos a tratar.•^
Se podría aplicar a gases de combustión procedentes de cualquier combustible. Pero cambia lalimpieza de gases previa que habría que realizar.
- Penalización en rendimiento de 12 puntos.• Puntos clave
mejora de eficiencia e integración.
GENERALIDADES
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
ABSORCIÓN QUÍMICA
Aprovechamiento de las reacciones reversibles que se producen al poner en contacto una disolución alcalinacon un gas ácido.
CAPTURA
DE CO
2
REGENERACIÓN
ABSORBENTE
GC + CO
2
GC
ABSORBENTE
CO
2
ABSORBENTE
PURGA
ABSORBENTEFRESCO
ENERGÍA
CO
2
- El gas con CO
2
se pone
en contacto con undisolvente alcalino capazde reaccionar con el CO
2
- El disolvente con CO
2
se
regenera mediante cambiosde T ó P y libera el CO
2
- El disolvente
regenerado se envíade nuevo al procesode captura de CO
2
- Para contrarrestar las
pérdidas de actividad deldisolvente, se introducesiempre nuevo disolvente
- Emisiones central térmica de 550MW
10.000 T CO
/día (Q 2
GC
=1,6 - 1,9MM Nm
3 /h)
• P
GC
= atmosférica; T
GC
= 120ºC
• T
ABSORCIÓN
= 50ºC
T
REGENERACIÓN
= 100-140ºC
- Elevado tamaño de los equipos de absorción de CO
2
• Q
max
torre abs.
300 Nm
3 /h
se necesitarían 6 líneas en paralelo
2. Procesos de postcombustión
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
Parámetros clave:
•Caudal de GC
determina tamaño y número de equipos para la absorción.
•Comercial para procesos industriales. Casi-comercial para la escala necesaria en generacióneléctrica.•Concentración de CO
2
en GC
presiones parciales bajas (3-15 kPa), los procesos con aminas
son los idóneos.•Recuperación del CO
2
se pueden alcanzar recuperaciones del 80-95%.
•Requerimientos energéticos
energía para el regenerador y para la inpulsión de líquidos y
gases.•Consumos de disolvente
0,2-1,6 kg/T CO
•Interacción del absorbente con otros compuestos de los gases de combustión: Oxígeno, SO
SO
, NOx, Cenizas volantes. 3
•Pureza y P del CO
2
recuperado: 99,9% (vol.); 50 kPa-g
Absorbente:
disoluciones acuosas de aminas
Monoetanolamina (MEA)Dietanolamina (DEA)Trietanolamina (TEA)Metildietanolamina (MDEA)
2. Procesos de postcombustión ABSORCIÓN QUÍMICA
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
OTROS PROCESOS DE ABSORCIÓN
- Investigación en nuevos disolventes
reducción del gasto energético en regeneración
- Nuevos procesos• Aumento de concentración de MEA• Eliminación de O
2
del disolvente para reducir oxidación de MEA (ej. reducción mediante
lechos catalíticos).
SEPARACIÓN CRIOGÉNICA
- Condensación de CO
2
de gases poco (o menos condensables) a bajas temperaturas y
altas presiones.
- Los gases de combustión se secan, se comprimen (10 atm) y se destilan para
recuperar el CO
- Rentable si se utiliza a gran escala. Para mezclas en las que las concentraciones de
CO
2
sea elevada.
- Separación de CO
2
de gas natural y de gas de síntesis.
- Purificación de gases procedentes de oxicombustión. 2. Procesos de postcombustión
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
CARBONATACIÓN-DESCARBONATACIÓN
650 – 700 ºC
CARBONATACIÓN
>900 ºC
CALCINACIÓN
Gas conCO
2
Gas sinCO
2
MeO
MeCO
3
Absorbente
gastado
CO
2
Absorbente fresco^ O
2
Calor
CO
2
+ MeO
MeCO
3
MeCO
+ Calor 3
CO
2
+ MeO
Me: Li, Ca, otros alcalinos.
2. Procesos de postcombustión
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
Ventajas
- Bajas penalizaciones de rendimiento debido a la captura de CO
2
(separación a alta T).
- Captura simultánea de óxidos de azufre y CO
2
- El alto flujo de absorbente (barato) compensa baja actividad.- No se generan residuos problemáticos- Sinergia con la industria del cemento (en el caso de necesitar altas purgas de adsorbente).- Flexible respecto al tipo de combustible (biomasa).
Inconvenientes
- Baja actividad.- En la calc. y carbonat. se requieren T altas y control eficaz de las mismas.- Calcinación: control de T para evitar descomp. de CaSO
4
cont. del CO
- Presencia CaSO
4
cantidad extra de sólidos inertes que se recirculan en el sistema.
- Degradación de CaO en el ciclo
corriente fresca de CaCO
3
CARBONATACIÓN-DESCARBONATACIÓN
2. Procesos de postcombustión
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Se utilizan sólidos con elevada superficie específica (gran desarrollo de la porosidad).Deben tener elevada selectividad por el CO
2
zeolitas, carbones activos, alúmina.
Tienen que poder regenerarse
procesos cíclicos:
Adsorción con vaivén de presión (PSA)Adsorción con vaivén de temperatura (TSA)
ADSORCIÓN
2. Procesos de postcombustión
AIEA. T
ema 5. Captura de CO
2
- Los procesos de adsorción de gases son utilizados industrialmente en la purificación de
corrientes de gases (eliminación de COV, olores, separación de óxidos de azufre en gasesde combustión y la separación de CO
2
del gas natural).
- Los adsorbentes deben tener elevada capacidad de adsorción (> 90 mg/g) y alta
selectividad hacia CO
- Se han investigado numerosos tipos de materiales adsorbentes tales como carbones
activos, arcillas pilareadas, óxidos metálicos, zeolitas, etc. Los materiales del tipo zeolitas ocarbones activos son capaces de adsorber físicamente una importante cantidad de CO
2
a
- Deberían trabajar a temperatura ambiente• Capacidad disminuye rápidamente al
T
- La selectividad frente al CO
2
suele reducirse en presencia de agua u otros gases tales como
N
, CH 2
, etc. 4
Aún no está considerado como una tecnología atractiva para la separación de CO
2
de una
corriente gaseosa a gran escala debido principalmente a que la capacidad y la selectividadhacia el CO
2
que presentan los adsorbentes actuales son bajas
ADSORCIÓN
2. Procesos de postcombustión