Captura de CO2 en centrales termoeléctricas mediante combustión de carbón y biomasa en condiciones de oxicombustión

Abstract

El carbón es y va a seguir siendo uno de los principales recursos energéticos para la generación de energía eléctrica. Sin embargo, en la combustión del carbón se libera CO2, que es un gas de efecto invernadero y el principal causante del cambio climático. Una alternativa para la reducción parcial de emisiones de CO2 consiste en sustituir parte del carbón utilizado en la combustión por biomasa, cuyas emisiones se consideran neutras. Sin embargo, para reducir de forma importante las emisiones de CO2 han de considerarse medidas adicionales, entre las que se encuentran las tecnologías de captura y almacenamiento de CO2, como la oxicombustión. Cuando el combustible se quema con O2 puro y humos recirculados, es decir, en ausencia de N2, se produce una corriente de alta concentración de CO2 que tras un proceso de purificación, puede ser transportado a su lugar de inyección y almacenamiento. La oxicombustión es una tecnología en fase de demostración, sin embargo, su viabilidad económica dependerá de las políticas medioambientales, así como de los avances técnicos que se logren. Se ha llevado a cabo el estudio del comportamiento en oxicombustión de un amplio rango de carbones y varias biomasas. La sustitución del N2 por CO2 y la mayor concentración de O2 en la atmosfera de oxicombustión, implica cambios severos en la combustión del carbón y la biomasa que deben ser estudiados para mantener la estabilidad y eficacia de combustión. Se han usado varios dispositivos experimentales: termobalanza, reactor de caída libre y reactor de flujo en arrastre; en estos dispositivos se ha estudiado la ignición y combustión bajo diversas condiciones de oxicombustión, así como en atmósfera de aire que se ha tomado como referencia. En el reactor de caída libre se estudió la combustión de partículas individuales de distintos carbones y biomasas. Los experimentos se realizaron en distintas atmósferas de oxicombustión así como aire. En este mismo dispositivo se llevaron a cabo mediciones con un pirómetro con el fin de obtener los perfiles de temperatura durante la combustión de las partículas de las distintas muestras de carbón y biomasa. Con el objeto de conseguir unas condiciones experimentales cercanas a las existentes en una caldera de carbón pulverizado, se empleó un reactor de flujo en arrastre. Se llevó a cabo la desvolatilización de varios carbones y biomasas a 1000 °C, en atmósferas de N2 y CO2, con el fin de analizar el efecto de la atmósfera de desvolatilización, tanto sobre la estructura morfológica del char formado, como sobre su posterior reactividad. El análisis del comportamiento reactivo de los chars se realizó en un analizador termogravimétrico, en el que se realizaron experimentos de reactividad isotérmica y experimentos de reactividad no isotérmica en atmósfera de oxicombustión. Se aplicaron distintos modelos cinéticos para predecir el comportamiento reactivo de dichos chars. Se analizó la reactividad de mezclas del char de carbón y biomasa con el fin de detectar posibles interacciones durante su combustión conjunta. Se realizaron experimentos de ignición de mezclas de carbón y biomasa bajo diferentes atmósferas de oxicombustión en el reactor de flujo en arrastre, simulando condiciones de recirculación seca de gases (O2/CO2, 21-35% O2) y recirculación húmeda de gases con concentraciones de vapor de 10 y 20%. A partir de los experimentos de ignición se determinó el efecto de la adición de biomasa, así como el de la atmósfera de oxicombustión sobre la temperatura de ignición. Se llevaron a cabo experimentos de cocombustión en condiciones de oxicombustión en termobalanza y en el reactor de flujo en arrastre. Los experimentos de combustión en el reactor de flujo en arrastre permitieron evaluar el efecto de la atmósfera de combustión sobre el grado de conversión alcanzado, así como sobre las emisiones de NO producidas durante la combustión de varios carbones y sus mezclas con biomasa, tanto en aire como en las atmosferas de oxicombustión.