Corrosión por depósitos inorgánicos en oxi-co-combustión de carbón y biomasa

Val Sanz, Erika de
Mayoral Gastón, Carmen (dir.)

Gimeno Tolosa, María Pilar (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2014
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Tecnologías del Medio Ambiente

Ingeniero Químico

Resumen: Las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (G. E. I.), como el CO2 o el vapor de agua, están provocando un agravamiento importante del calentamiento global del planeta. Por ello, las tecnologías de control de las emisiones de CO2 mediante su captura y almacenamiento han despertado un gran interés investigador. Entre ellas, la oxicombustión es una de las alternativas más prometedoras, encontrándose en fase de demostración. Sin embargo el proceso presenta una serie de incertidumbres de tipo operacional cuando se pretende aplicar a entornos y combustibles diferentes, como es la co-combustión de carbón con biomasa con posterior captura, única opción para obtener emisiones negativas (BIO-CCS). Este proyecto se encuentra enmarcado en el ámbito del Plan Nacional de Investigación Científica; en concreto corresponde al proyecto OXICEN, que se centra en caracterizar los procesos de ensuciamiento por deposición de cenizas y corrosión de los tubos en condiciones de oxicombustión de lecho fluido. El objetivo principal es, por tanto, el estudio de las interacciones entre los componentes de la materia mineral del carbón y la biomasa en condiciones de oxicombustión, además de determinar la incidencia de la corrosión de estas sales sobre las superficies metálicas de los sobrecalentadores en una instalación. Con ello, se trata de caracterizar de forma precisa los fenómenos por un lado, y de comparar esa caracterización con las condiciones que pueden llegar a producirse en una instalación real. A lo largo del presente proyecto se han aplicado diferentes tratamientos de oxidación (oxidación convencional y oxidación activa por ataque con KCl) sobre cinco aceros y dos aleaciones, fijando unas condiciones de operación próximas a las de una instalación de oxicombustión. Tanto el grado de oxidación como la composición de las capas oxidadas han sido estudiados utilizando diversas técnicas de caracterización como difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de rayos X (EDX). Con objeto de simular el ataque de los depósitos alcalinos corrosivos sobre las superficies oxidadas se ha estudiado la reacción del pirosulfato potásico (K2S2O7) con los óxidos metálicos comunes en la zona de los sobrecalentadores (Fe2O3, Cr2O3, NiO), mediante una serie de experimentos en termogravimetría simultaneada con calorimetría diferencial (TGA-DSC) de pellets preparados con sus mezclas, y caracterización posterior por XRD y SEM-EDX. Por último, se simuló el riesgo químico por corrosión en los entornos reales para los metales que mostraron mejor comportamiento en los tratamientos anteriores. Como conclusiones más importantes, se ha comprobado que la atmósfera de combustión de CO2+O2 no conlleva una influencia significativa sobre las capas de óxido generadas comparándola con combustión convencional (Ar+O2). Sin embargo, la presencia de K2S2O7, que se genera en el caso de oxicombustión de carbón con biomasa, sí que supone un riesgo químico de corrosión en caliente de tipo ácido, que puede llegar a comprometer la resistencia de materiales altamente aleados. A partir de los resultados obtenidos, se propone la aleación I800 como la más resistente a los riesgos químicos por ensuciamiento o fouling en las condiciones estudiadas de simulación de co-combustión de antracita con biomasa de residuo de maíz en oxicombustión en lecho fluidizado con recirculación de CO2.

Palabra(s) clave (del autor): oxicombustión ; carbón ; biomasa ; co2 ; corrosión ; cenizas

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera