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A Novel Method for Pre-combustion CO2 Capture in Fluidized Bed

Herce Fuente, Carlos
Cumo, Maurizio (dir.) ; Cortés Gracia, Cristóbal (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2014

Abstract: La comunidad internacional está realizando enormes esfuerzos para mitigar los efectos de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en el cambio climático. Aproximadamente le 25% de las emisiones globales de GEI (fundamentalmente CO2) son generados por la combustión de combustibles fósiles en el sector eléctrico. La captura y almacenamiento de CO2 se ha propuesto como una alternativa para reducir las emisiones de GEI en centrales térmicas. Numerosas tecnologías para la captura de CO2 se han desarrollado en los últimos años, fundamentalmente en tres líneas tecnológicas: postcombustión, oxicombustión y precombustión. Esta tesis presenta un nuevo método para la captura de CO2 en precombustión, produciendo hidrógeno a partir de carbón, sin emisiones de GEI. El objetivo principal de este trabajo ha sido desarrollar un modelo completo, mediante herramientas de fluido dinámica computacional (CFD), del proceso de reformado de un gas de síntesis con alto contenido en metano combinado con la captura de CO2 mediante adsorción con sorbentes sólidos regenerables. Este proceso es conocido como reformado de metano mejorado por adsorción (o SE-SMR, su acrónimo en inglés). SE-SMR representa una novedosa y eficiente energéticamente ruta para la producción de hidrógeno con captura in situ de CO2. Este proceso ha sido estudiado en un lecho fluido burbujeante, usando sorbentes sólidos de óxido de calcio como captores de CO2. Dos sorbentes sólidos han sido estudiados en laboratorio: uno natural (Dolomita) y uno sintético (CaO- Ca12Al14O33). Además, varios tratamientos han sido desarrollados para mejorar la capacidad de captura de estos sorbentes. Un completo modelo CFD del proceso de SE-SMR ha sido desarrollado. Una aproximación Euleriana-Euleriana ha sido combinada con la Teoría Cinética de Flujos Granulares para simular la fluidodinámica del lecho fluido burbujeante. Los reacciones químicas de reformado y carbonatación han sido implementadas en el modelo CFD. Se ha incluido un modelo detallado de captura de CO2 para simular el comportamiento de los diferentes sorbentes sometidos a diferentes pretratamientos para mejorar su rendimiento. Asimismo, un modelo de arrastre de partículas ha sido desarrollado para reducir el coste computacional de las simulaciones a escala semi-industrial. Se ha llevado a cabo una extensa campaña de simulaciones para validar el modelo a escala de laboratorio y semi-industrial. Las simulaciones CFD han sido combinadas con un Diseño de Experimentos Robusto, con el objetivo predecir y evaluar la sensibilidad del proceso SE-SMR a diversos factores operativos.

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