Optimización de la temperatura en el proceso de retención de SO2 durante la oxicombustión de carbón en lecho fluidizado burbujeante

Rufas Alvira, Aránzazu
Diego Poza, Luis Francisco de (dir.) ; García Labiano, Francisco Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2013

Resumen: De entre las diferentes tecnologías de captura de CO2, la oxicombustión en lecho fluidizado (LF), tanto burbujeante como circulante, se presenta como uno de los procesos más adecuados para la combustión de carbones, especialmente con altos contenidos en azufre y cenizas como es el caso de los carbones existentes en la zona de Teruel, ya que presentan la ventaja de poder alimentar sorbentes cálcicos (calizas o dolomitas) a la caldera para la retención ¿in situ¿ del SO2 generado en la combustión del carbón. El objetivo principal de este trabajo ha sido determinar la temperatura óptima de operación de los lechos fluidizados, operando en condiciones de oxicombustión, para maximizar la retención del SO2 generado en la combustión de diferentes carbones mediante la alimentación de sorbentes cálcicos. Para ello, se han analizado las propiedades de los materiales utilizados en el proceso (carbones y sorbentes cálcicos), se han analizado sus posibles mecanismos de reacción y se ha diseñado una instalación de LF burbujeante para su operación en continuo en condiciones de oxicombustión. Los carbones utilizados han sido un lignito con alto contenido en azufre de la zona de Teruel y una antracita de la zona del Bierzo (León). Los sorbentes cálcicos utilizados para la retención del SO2 han sido tres calizas y una dolomita. Para la caracterización de los sorbentes cálcicos se han utilizado dos instalaciones experimentales diferentes, una termobalanza y un lecho fijo. La termobalanza ha permitido conocer aspectos relevantes de la reacción de sulfatación sólido-gas a nivel de partícula y la capacidad de retención de SO2 de los sorbentes cálcicos a largos tiempos de reacción (>20h). El lecho fijo ha permitido conocer con más detalle los primeros minutos de la reacción de sulfatación y obtener las curvas de ruptura respecto de la retención de SO2. En ambas instalaciones se ha estudiado cómo afectan a la reacción de sulfatación la temperatura, las concentraciones de CO2 y SO2 y el tamaño de partícula del sorbente. A partir de los resultados obtenidos en termobalanza, se han determinado los parámetros cinéticos de la reacción de sulfatación de las calizas cuando ésta está controlada por la difusión de SO2 a través de la capa de producto. Finalmente, se ha llevado a cabo la experimentación en una planta piloto de lecho fluidizado burbujeante de 3 kWt con alimentación en continuo de carbón y sorbente para la retención del SO2 generado. En esta instalación se ha operado durante más de 400 horas y se ha analizado el efecto de la temperatura de trabajo, la proporción de O2/CO2 alimentado como comburente, el tipo de sorbente utilizado para la desulfuración, el tipo de carbón utilizado como combustible, la relación molar Ca/S, el tiempo de residencia de los sólidos en el lecho y la recirculación del SO2 de la corriente de salida, sobre el proceso de retención de SO2 durante la oxicombustión de carbones con alimentación de sorbentes cálcicos. El estudio realizado sobre el proceso de sulfatación de los sorbentes cálcicos ha dado resultados novedosos y ha permitido determinar que la temperatura óptima de operación de los lechos fluidizados operando en condiciones de oxicombustión, desde el punto de vista de la retención del SO2 generado en la combustión, es de 900-925 ºC.

Pal. clave: tecnología de la combustión ; captura de co2 ; oxicombustión en lecho fluidizado

Área de conocimiento: Ingeniería química

Departamento: Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente

Nota: Presentado: 18 12 2013

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, 2013