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Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación
Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)
� Introducción: ¿para qué?
� Fundamentos� Procesos en desarrollo � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Referencia Con Captura
Captura
Emitido
CO
2em
isio
n
Coste por tonelada de CO2 evitada
Evitado
2
¿Cual es la mejor tecnología de captura?
La de menor coste de la tonelada de CO2 evitada ……
….y menor gasto energético
La Investigación y el Desarrollo (I+D) de procesos de capturadebe reducir costes y aumentar rendimientos
Central actualCO2
C-fósil
kwh
C. con capturaCO2
C-fósil
kwh
Esquema de procesos de separación
Captura CO 2
Gas con CO2
RegeneraciónSorbente
Sorbente+CO 2CO2
Sorbentefresco
Sorbentesorbentegastado
Energía
Gas con CO2/H2
H2
Aire Aire (liquid)
Electricidad
O2
N2
Membranas
Gas rico en CO2
sorción-regeneración
Destilación
presión
3
Nuevos sistemas de captura de CO2
C-Fuel
Chimenea
CO2� Separación de CO2 a alta temperatura (ciclos de carbonatación-calcinación)
� Membranas para mezclas CO2/H2, O2/N2, CO2/CH4, CO2/aire ...
� Ciclos de adsorción, por PSA (zeolitas, C-activos etc)
� Combustión con transportadores de O2(óxidos de Ni, Fe, Cu, Mn, Co…)
Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación
Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)
� Introducción: ¿para qué?
� Procesos en desarrollo
� Fundamentos� Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros
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La idea
C + O2 = CO2
CaO + CO2 = CaCO3
Homo erectus 1 Maño
Egipcios 5000 años
1 Maño = 1 Millón de años
C + O2 + CaO = CaCO3
hace 10 años
Calcinador
CO2gases“sin” CO2
Carbonatador
Fuentede CO2
CaO
CaCO3
Calor (a alta T)
Cal
or (a
alta
T)
5
CaO como sorbente de CO2(patentes desde 1867 hasta nuestros dias)
El equilibrio de CO 2 sobre CaO
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
600 700 800 900 1000 1100
T (C)
P c
o2, e
q, a
tm
Carbonat
ació
n
Calcinación
6
Reactividad reacción CaO+CO2
Caliza la Blanca, 0.4-0.6 mm, Tcarb 650 º C, Tcal=950-960 ºC, 10% vol CO2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 2 4time (min)
XC
aO
cycle 1
cycle 10
cycle 50
cycle 100
sufficiente reactivitidad paralechos fluidizados (t r>min)
Curvas de desactivacion para alto número de ciclos carbonatación-calcinación
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 100 200 300 400 500
cycle number
XCaO
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 20 40
2 µm
7
� Uso de aditivos� Reactivacion con agua o vapor de agua� Sorbentes sintéticos� Calcinación ultra-rápida� ….otras
Mejoras posibles del sorbente
.... y si ninguna funciona, ¿qué?
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 100 200 300 400 500
cycle number
XCaO
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 20 40
Hay que trabajar con altas purgas de sorbente para asegur aruna presencia mayoritaria de este tipo de partículas
Calciner
CO2
Carbonator
Flue gas
Flue gasw/o CO2
CaOCaCO3
CaCO3CaO
8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 100 200 300 400 500
cycle number
XCaO
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 20 40
Hay que conformarse con esta baja capacidad de capturay diseñar el sistema con alto flujo de sorbente (entorn o a 10 Kg/m2s)
Hay que trabajar con altas purgas de sorbente para asegur aruna presencia mayoritaria de este tipo de partículas
Calciner
CO2
Carbonator
Flue gas
Flue gasw/o CO2
CaOCaCO3
CaCO3CaO
Calciner
CO2
Flue gas
Carbonator
Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación
Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)
� Introducción: ¿para qué?
� Procesos en desarrollo
� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros
9
Proposed processes using CaO looping
Carbonation
Gas withCO2
Calcination
CaCO3CO2
Fresh CaCO3
CaOPurgeof CaO
Heat
Gas without
CO2
PrecombustionC + CaO + 2H2O = CaCO3+ 2 H2
� HyPrRing (Japan)
� SER of NG (USA, Norway)
� ZECA (USA, Canada)� AER and LEGS (Europe)
� Others
PostcombustionCaO + CO2 = CaCO3+ Heat
� C3-Capture (Europe)
� Endesa-Hunosa-CSIC (Spain)
� COORETEC (Germany)
In situC + CaO + O2 = CaCO3+ Heat
� CENIT CO2 (Spain)
(Module 3-Unión Fenosa et al)
� PERT (Canada)
Proyecto ISCC, VI PM, participamos desde el
CSIC
Proposed processes using CaO looping
Carbonation
Gas withCO2
Calcination
CaCO3CO2
Fresh CaCO3
CaOPurgeof CaO
Heat
Gas without
CO2
PrecombustionC + CaO + 2H2O = CaCO3+ 2 H2
� HyPrRing (Japan)
� SER of NG (USA, Norway)
� ZECA (USA, Canada)� AER and LEGS (Europe)
� Others
PostcombustionCaO + CO2 = CaCO3+ Heat
� C3-Capture (Europe)
� Endesa-Hunosa-CSIC (Spain)
� COORETEC (Germany)
In situC + CaO + O2 = CaCO3+ Heat
� CENIT CO2 (Spain)
(Module 3-Unión Fenosa et al)
� PERT (Canada)
Proyecto “CaOling” del VII PM, con Foster Wheeler, IC, Stuttgart, CANMET,
Lappaaranta U
Proyecto VI PM con Alstom, CEMEX,
Endesa…
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CARBONATORCARBONATOR CALCINERCALCINERCOMBUSTORCOMBUSTOR
Concentrated CO2
CoalCaCO3
(F0)CaO Purge
CaCO3
CaOFlue Gas(FCO2)
Flue gas“without” CO2
Coal Air
O2
Air
N2
ASU
Postcombustion CaO looping (A)
Postcombustion CaO looping (B)
Flue gas
CALCINERCALCINERCOMBUSTORCOMBUSTOR
Concentrated CO2
CaCO3
CaOHEATHEAT
Coal Air
CaO
11
Postcombustion CaO looping (C)
CALCINERCALCINER CARBONATADORCARBONATADORCOMBUSTORCOMBUSTOR
Concentrated CO2
CaCO3
(F0)CaO Purge
CaO
CaCO3(FCaO)
HEATHEAT
Flue Gas(FCO2)
Flue Gas“without”CO2
Coal Air
CaO
“In situ” CO2 capture and combustion(not included in this project)
Flue Gas“without” CO2
CALCINERCALCINERCOMBUSTOR
CARBONATOR
COMBUSTOR
CARBONATOR
Concentrated CO2
CaCO3
CaO (Purge)
Coal Air
CaO
CaCO3
Coal
O2
N2
ASU Air
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Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación
Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)
� Introducción: ¿para qué?
� Procesos en desarrollo
� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros
Miniplanta piloto captura de CO 2 en el INCAR
0
20
40
60
80
100
21:15 21:25 21:35 21:45 21:55 22:05 22:15 22:25 22:35 22:45
time (h:min)
Cap
ture
effi
cien
cy (
%)
Equilibrium ExperimentalEquilibrium Experimental
Stop loop-seal
Circulation measurement
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Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación
Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)
� Introducción: ¿para qué?
� Procesos en desarrollo
� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros
El proyecto de la Pereda
� En 2008 ha funcionado con éxito una planta de laboratari o operada en continuo en el INCAR-CSIC. 0.03 MW
� En 2011 debemos haber construido y operado una planta pilo to de 1 MW� En 2013-14 puede ser necesaria la construcción de una pl anta de 20-30 MW� Entre el 2015-2020 debemos haber llegado a escala comerci al 1000 MW
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Carlos Abanades
Instituto Nacional del Carbón
[email protected]@[email protected]@incar.csic.es
Oportunidades de becas y contratos
• El CSIC es uno de los pioneros en esta campo desde el año 20 00. (Tres patentes relacionadas, tres proyectos europeos eje cutados, las publicaciones más citadas en el área, seleccionados en IEA-GHGT9 para publicación e special….)
• Hoy es una línea emergente prioritaria dentro de la Plataf orma TecnológicaEuropea ETP-ZET.
• Se ha creado una red mundial de grupos activos en este tip o de procesos, dentro de la IEA-GHG (primera reunión en Sep 2009, en OVI EDO)
• Proyecto del VII PM (coordinado por Endesa, con Hunosa, CSIC y FWSA) ha sido seleccionado para negociación.