Combustión de combustibles gaseosos con captura de CO2 utilizando transportadores sólidos de oxígeno basados en níquel

Cabello Flores, Arturo
Abad Secades, Alberto (dir.) ; Gayán Sanz, Pilar (dir.)

Herguido Huerta, Francisco Javier (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2012
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Máster Universitario en Iniciación a la Investigación en Ingeniería Química y del Medio Ambiente

Resumen: La tecnología de Chemical - Looping Combustion es una de las tecnologías más prometedoras de captura de CO2 en el proceso de producción de energía a partir de combustibles gaseosos ya que la separación del CO2 generado es inherente al propio proceso y, por tanto, permite reducir en gran medida el coste asociado a la captura de dicho gas. Esta tecnología se fundamenta en la transferencia de O2 del aire al combustible por medio de un óxido metálico que actúa como transportador de oxígeno evitando el contacto directo entre el aire y el combustible. En este trabajo se ha estudiado el comportamiento de un transportador de oxígeno de níquel, preparado por el método de impregnación, con un bajo contenido de NiO (11% en peso) en una planta piloto de CLC utilizando diferentes gases (CH4, H2, CO, gas de síntesis, C2H6 y C3H8) como combustibles. Se han llevado a cabo 90h de operación en continuo a alta temperatura (900ºC) analizando tanto el efecto de la relación oxígeno/combustible, phi, como de la composición del gas combustible sobre la eficacia de combustión y la distribución de gases de producto. Además, se han caracterizado partículas frescas y usadas para investigar los posibles cambios sufridos por las mismas durante su operación en continuo en la planta piloto. Cuando se llevaron a cabo los ensayos de combustión de gas de síntesis se obtuvieron conversiones completas de gas trabajando con valores de phi ≥ 1.3. Al emplear hidrocarburos ligeros como gases de combustión, se alcanzaron eficacias superiores al 95% para valores de phi >1.6. Sin embargo, con respecto a los ensayos con metano, la eficacia de combustión máxima se alcanzaba en un estrecho rango de valores de phi muy cercanos a 1, entre 1.0 y 1.2. Además, un incremento en el valor de este parámetro implicaba un descenso de la eficacia de combustión. Este comportamiento es diferente a la mayoría de los transportadores de níquel estudiados hasta el momento y se puede atribuir a la baja actividad catalítica del transportador de oxígeno para las reacciones de reformado en el proceso de reducción. El inventario de sólidos necesario para alcanzar una eficacia de combustión de metano del 99% es inferior a 180 kg/MWth, el cual se corresponde con un inventario de níquel metálico de 17 kg/MWth aproximadamente. Estos valores son los más bajos encontrados en la bibliografía si se comparan con cualquier tipo de transportador de oxígeno de níquel desarrollado hasta la fecha. Este resultado tan destacado se debe tanto a alta reactividad del transportador, como a su bajo contenido en NiO. La utilización de CaAl2O4 como soporte evita la formación de la espinela NiAl2O4, la cual no es deseable debido a su baja reactividad. Finalmente, a partir del estudio de las propiedades físicas y químicas de las partículas frescas y usadas de este material se ha observado que la reactividad y la capacidad de transporte se mantienen constantes durante el tiempo de operación en la planta. Asimismo, no se observó cambios en la composición química de los sólidos, determinándose los mismos compuestos por XRD en las muestras frescas y usadas. No obstante, la resistencia a la atrición del transportador de oxígeno presenta un margen de mejora importante. Si esta propiedad fuese mejorada, este transportador podría convertirse en un firme candidato a ser utilizado en una planta de CLC a nivel industrial para llevar a cabo la combustión de una amplia variedad de combustibles gaseosos.

Palabra(s) clave (del autor): combustión ; gas natural ; captura de co2 ; chemical looping combustion ; transportador de oxígeno ; níquel

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master