Evaluación de una planta de gasificación integrada a un ciclo de descarbonatación de caliza para la producción simultánea de CO2, energía eléctrica, energía térmica y otros productos de alto valor agregado

Abstract

IIn this research, an evaluation of the gas production capacity with direct application for enhanced oil recovery (EOR) from CO2 capture and generation technologies is carried out. Four power plants based on coal gasification, combustion and oxy-fuel combustion integrated with post-combustion and pre-combustion CO2 capture methods are compared, through a thermodynamic evaluation. An integrated gasification combined cycle plant integrated with a Calcium Looping Process (CaL) is evaluated for the generation of electric power, CO2 and CaO as a clinker precursor. In this way, is used a two-phase model for the coal gasification in a bubbling fluidized bed and a particle model is proposed to simulate the operating conditions that govern the chemical reaction and phenomena of sintering and overlapping of grains in CaL. According to the results, it is possible to conclude that a CO2 capture system decreases the energy and exergy efficiency of the plant, since additional energy consumption is required for the regeneration of the sorbent and for the CO2 capture up to 90%. However, in CaL it is possible to carry out an energy integration to improve the overall performance of the plant and the exergoeconomic cost of the products of interest, especially CO2 (31 COP/kg). For its part, the particle model studied in the CaL process allows predict the material durability and its reuse during several cycles of CO2 capture.

En el presente estudio se realiza una evaluación de la capacidad de producción de gas con aplicación directa para recobro mejorado de petróleo (EOR) a partir de tecnologías de generación y captura de CO2. Mediante una evaluación termodinámica, se comparan cuatro plantas basadas en gasificación, combustión y oxicombustión de carbón, integradas con métodos de captura de CO2 pos-combustión y pre-combustión. También se evalúa una planta de gasificación de carbón integrada a un ciclo combinado de potencia y a un ciclo de carbonatación-calcinación de caliza (CaL) para la generación de potencia eléctrica, CO2 y CaO como precursor de clínker. Para ello, se emplea un modelo de dos fases para simular la gasificación de carbón en lecho fluidizado burbujeante y se propone un modelo de partícula para simular las condiciones de operación que gobiernan la reacción química y fenómenos de sinterización y traslape de granos en CaL. Se puede concluir que un sistema de captura de CO2 disminuye la eficiencia energética y exergética de la planta, dado que se requiere un consumo adicional de energía para la regeneración del sorbente y para alcanzar una captura de CO2 mayor al 90%. Sin embargo, en CaL es posible realizar una integración energética para mejorar el rendimiento global de la planta y el costo exergoeconómico de los productos de interés, especialmente del CO2 (31 COP/kg). Por su parte, el modelo de partícula estudiado en el proceso CaL permite predecir la durabilidad del material y su reutilización durante varios ciclos de captura de CO2.