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PRODUCCIÓN DE H 2 DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A.

CURSOS DE VERANO 2007 XX EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Puertollano, 18 de Julio de 2007. PRODUCCIÓN DE H 2 DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. Francisco García Peña.

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PRODUCCIÓN DE H 2 DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A.

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  1. CURSOS DE VERANO 2007XX EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHAPuertollano, 18 de Julio de 2007 PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. Francisco García Peña

  2. PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO • PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES. • LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). • UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD. • ACTIVIDADES DE ELCOGAS, INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES.

  3. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO • PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES

  4. Reacciones de gasificación lecho arrastrado 1. Reacciones de pirólisis Constan de tres etapas: • secado combustible • calentamiento y desprendimiento de volátiles (CO, H2, CO2, H2O) lo que provoca un aumento de la porosidad, y • aproximadamente a 400ºC se piroliza (craqueo térmico), formando residuo rico en C fijo (char) y compuestos gaseosos

  5. Reacciones de gasificación lecho arrastrado (cont.) 2. Reacciones de combustión Tras la pirólisis, T muy alta y concentración O2 muy elevada • H2 + 1/2 O2 H2O • CO + 1/2 O2  CO2 • CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O (-Hº)>0exotérmicas • C6H6 +15/2 O2  6 CO2 + 3 H2O • C + 1/2 O2  CO • C + O2  CO2 Se consume la mayor parte de O2

  6. Reacciones de gasificación lecho arrastrado (cont.) 3. Reacciones de gasificación Se inician T del residuo carbonoso  700 ºC • C + CO2 2 CO (-Hº)<0 • C + H2O  CO + H2 (-Hº)<0 • C + 2 H2  CH4 (-Hº)>0 • CH4 + H2O  CO + 3 H2 (-Hº)<0 • CO + H2 O CO2 + H2 (-Hº)>0 Composición final del gas de carbón o gas sintético: CO, H2, CO2, CH4, compuestos de S (COS, H2S), de N (NH3, HCN) y sólidos arrastrados (cenizas).

  7. Composición singas según tecnología de gasificación Mejor tecnología de gasificación depende de los objetivos de la planta: Gasification technology (EPRI, 2007) Para H2, síntesis de NH3, metanol y líquidos F-T, el singas debe ser compuesto mayoritariamente por CO y H2 Para GICC sin captura de CO2, el metano es aceptable (mayor eficiencia y menor consumo de O2) Para GICC con captura de CO2, la presencia de metano reduce la captura de CO2

  8. Combustión vs. Gasificación

  9. PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES Compuesto Cenizas Ø + O +H O CO + H + impurezas 2 Char Carbonoso 2 2 Ø Cl- Ø CN- Ø SH2 Ø COS Ø N2 Ø .... H2 CO2 Paso 1:Obtención del gas de síntesis por gasificación Paso 2:“Shifting” o reacción gas-agua CO + H2O CO2 + H2 Paso 3:Separación de H2 y CO2 Ø

  10. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO • LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado)

  11. GASES A CHIMENEA TURBINA DE VAPOR 135 MWISO CALDERA RECUPERACIÓN CALOR VAPOR VAPOR AP VAPOR MP TORRE DE REFRIGERACIÓN CONDENSADOR CARBÓN COQUE PETRÓLEO CALIZA GASES DE COMBUSTIÓN CALIENTES GAS LIMPIO CALDERA AP PREPARACIÓN CARBÓN LAVADO CON AGUA GAS CRUDO SEPARAC. AZUFRE FILTRACIÓN CALDERA MP GASIFICADOR GAS DE COLA TURBINA DE GAS 200 MWISO GAS CLAUS GAS DE ENFRIAMIENTO AGUA A TRATAMIENTO ESCORIA CENIZA N2 O2 RECUPERACIÓN AZUFRE AIRE O2 AZUFRE N2 RESIDUAL PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE AIRE (ASU) AIRE COMPRIMIDO 2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).

  12. 2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). PRINCIPALES DATOS DE DISEÑO COMBUSTIBLE POTENCIA Y EMISIONES

  13. 2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado) COMPOSICIÓN DEL GAS DE SINTESIS GAS DE SÍNTESIS

  14. 2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado) TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE CARBÓN

  15. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA

  16. 2. La Tecnología GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado)Ventajas (1) • Alta eficiencia. Mayor que otras tecnologías de generación de energía a partir de carbón, y gran potencial de mejora: neta 42% 50% • Carbón (diversidad de cualidades) • Combustibles alternativos (pet-coke, RSU, biomasa, etc.) • Disponibilidad de combustible secundario en el ciclo combinado • Alimentación flexible Fiabilidad en el suministro de energía • Flexibilidad de producto Electricidad, H2, CO2, metanol, NH3, gasolinas, etc Menor riesgo: Producción acorde con mercados

  17. 2. La Tecnología GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).Ventajas (2) • Medioambiente: Menores emisiones de CO2 que otras plantas basadas en carbón. Mejor potencial para plantas de cero emisiones Bajas emisiones de gases ácidos (SO2, NOx) y partículas. Similar o mejor que los ciclos combinados con gas natural Menores residuos. La escoria, ceniza, azufre y sales son subproductos Menor consumo de agua que otras plantas basadas en carbón. No se producen dioxinas/furanos cuando se utilizan combustibles orgánicos Mejor método para eliminar emisiones de Hg

  18. 2. La Tecnología GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).Ventajas (3) • Economía: Combustible muy competitivo con gas natural. Coste variable del KWh con carbón es actualmente un tercio del producido con gas natural Menor coste de captura de CO2 (precombustión) Los residuos son productos comerciales. • Sostenibilidad: Reservas de carbón para más de 200 años y con mejor distribución Admite casi cualquier combustible con suficiente contenido en carbono

  19. Tecnología GICC. Desventajas (1) • Tecnología en estado de demostración • Las cuatro grandes plantas basadas en carbón (USA & EU) informan de disponibilidades GICC entre 60 and 75% (> 90 % si se considera el combustible auxiliar) • Principales causas de indisponibilidad relacionadas con la falta de madurez: • Diseño de sistemas auxiliares: Manejo de sólidos, corrosión en paradas, filtros cerámicos, materiales y procedimientos adecuados • Comportamiento de turbinas última generación con gas sintético y otros

  20. Tecnología GICC. Desventajas (2) • Principales causas de indisponibilidad relacionadas con la falta de madurez (cont.): • Excesiva integración entre unidades. Alta dependencia y retrasos en arranques • Procesos más complejos que otras plantas eléctricas de carbón. Se requiere aprendizaje. GICC existentes operados por compañías petroquímicas con residuos de refinerías informan de disponibilidades superiores a 92% (Complejidad de procesos similar a los de la industria química, varios trenes en paralelo, manejo de sólidos más fácil) • Alto coste de inversión • Los costes de inversión de plantas existentes entre 1,500 y 2,000 €/KW

  21. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO • UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD

  22. N2 UNIDAD DE SEPARACIÓN DE AIRE N2 RESIDUAL AIRE A PRESIÓN O2 GAS LIMPIO LIMPIEZA Y DESULFURACION CICLO COMBINADO GASIFICACIÓN GAS CRUDO SATURADOR GAS COMBUSTIBLE (CO, H2) CARBON / COQUE PETRÓLEO DEPURACIÓN H2 (UNIDAD PSA) H2 MEMBRANA • UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD ALTERNATIVA 1: Producción de H2 mediante separación con membranas + PSA Pilas de Combustible Automoción Otros usos

  23. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD ALTERNATIVA 2: Producción de H2 mediante reacción shift + PSA N2 UNIDAD DE SEPARACIÓN DE AIRE N2 RESIDUAL AIRE A PRESIÓN O2 GAS CRUDO GAS LIMPIO CICLO COMBINADO GASIFICACIÓN SATURADOR LIMPIEZA DESULFURACIÓN CO2 (+SH2) CARBON / COQUE PETRÓLEO GAS COMBUSTIBLE (RICO EN CO2, H2) DEPURACIÓN H2 (UNIDAD PSA) VAPOR H2 SEPARACIÓN CO2 (ABSORCION) REACCIÓN SHIFT CO + H2O  CO2 + H2 Pilas de Combustible Automoción Otros usos

  24. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD. MÉTODOS DE CAPTURA DE CO2

  25. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO EN GICC: TECNOLOGÍAS 1. ADSORCIÓN: PROCESO PSA (Pressure Swing Adsorption) Adsorción de los componentes indeseados (moléculas de mayor tamaño: CO, CO2) a alta presión, y desorción a baja presión. Se obtiene corriente de hidrógeno puro y a elevada presión 2. PERMEACIÓN: POLÍMEROS / MEMBRANAS Permeación más veloz del hidrógeno a través de un polímero / membrana, separándose del CO. Cuanta mayor pureza, menor tasa de recuperación del H2 3. DESTILACIÓN CRIOGÉNICA Diferentes puntos de ebullición del H2 (-252,8ºC a 1 atm) y el CO (-191,5ºC a 1 atm), que se separa por cola • Condiciones de operación (P, contenido H2, recuperación) • Aplicación final del hidrógeno: Pureza requerida CRITERIOS DE SELECCIÓN Más restrictiva: PEMFC: CO < 10 ppm Menos restrictiva: combustión (motores, turbinas)

  26. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD POTENCIAL DE LA TECNOLOGÍA GICC EN LA ECONOMÍA DEL H2. COSTES DE PRODUCCIÓN • El carbón es un recurso abundante y económico para la producción de Hidrógeno en Centrales GICC • Mediante la tecnología de gasificación con captura de CO2, es posible producir Hidrógeno libre de emisiones contaminantes COMPARACIÓN DE COSTES DE PRODUCCIÓN DE H2 (€/GJ H2 , año 2020) Fuente: IEA 2003

  27. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO • PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES

  28. 4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES EL PROYECTO HYPOGEN En las presentaciones que realiza la Comisión sobre el proyecto lo presenta con el título: Gran instalación de generación de hidrógeno y electricidad a partir de combustibles fósiles con captura y secuestro de CO2. Enmarcado como Proyecto “Quickstart” en la Iniciativa Europea para Crecimiento.

  29. 4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES EL PROYECTO HYPOGEN Con los objetivos: • Explorar los límites del uso de hidrógeno como un medio de descarbonatar los combustibles fósiles actuales y por tanto su potencial como puente hacia la economía del hidrógeno • Un proyecto europeo de exposición, con desarrollo modular y por etapas • Un lecho de pruebas vivo donde innovaciones tecnológicas pueden ser introducidas adecuadamente • Estrecha coordinación y complemento con HYCOM para obtener grandes cantidades de hidrógeno “limpio” a niveles aceptables de costes para aplicaciones masivas

  30. 4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES EL PROYECTO HYPOGEN El Joint Research Centre y el European Science & Technology Observatory, de la CE, son encargados de realizar el estudio de prefactibilidad y presentan el siguiente programa indicativo Funding (Costs?) Phasing Scenario COM(2003)690 PHASE I 2005-07 300 M€ PHASE II 2007-12 800 M€ PHASE III 2012-15 200 M€ JRC ESTO Prefeasibility Study PROJECT DEFINITION TECHNICAL & FINANCIAL Project Phases PLANNING IMPLEMENTATION & COMMISSIONING of H2 COMMUNITIES OPERATION & VALIDATION Year

  31. 4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES OBJETIVOS DYNAMIS (1) • Proporcionar recomendaciones para el diseño de la planta europea de suministro de hidrógeno y energía con captura y almacenamiento de CO2 en términos de tamaño, localización, tecnología y colaboradores. • Proporcionar bases técnicas y económicas. • Marco legal y regulador • Posible evaluación para la coordinación con plantas/infraestructuras existentes.

  32. 4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES • Identificación de mecanismos de financiación, impactos medioambientales, aceptación pública, participantes industriales y fuente de fondos. • Evaluar los criterios de selección de emplazamiento de la planta y el almacenamiento, y realizar un mapa de emplazamientos favorables, fondos regionales/nacionales y de compromisos. • Facilitar el camino para las energías renovables mientras se asegura el suministro de energía. OBJETIVOS DYNAMIS (2)

  33. 4. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES Y los proyectos anunciados, o en curso, de generación de electricidad a escala comercial, a partir de combustibles fósiles con captura de CO2 son (en Abril 2007): Los únicos proyectos que se están planteando en el mundo para generación de electricidad en escala comercial (250-1200 MW), en el corto plazo (2008-2015) se basan en captura en PRECOMBUSTIÓN De ellos, la mayoría (19) son utilizando la tecnología de Gasificación de carbón o coque, y el resto (3) en Reformado de gas natural. En el Europeo (Hypogen) no se ha decidido si aplicarlo al gas natural o al carbón. En todos los casos: Integrado en Ciclo Combinado

  34. Proyecto Singular Estratégico (1) Título: TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE GENERACIÓN, CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2 • Aprobado por el Ministerio de Educación y Ciencia en octubre de 2005 • Objetivos: • Desarrollo de Tecnologías de Captura de CO2 que permitan uso sostenible del carbón en generación eléctrica. • Desarrollo de Tecnologías de Conversión que faciliten la captura del CO2. • Desarrollo de Capacidades de Almacenamiento Geológico Profundo del CO2 capturado.

  35. Proyecto Singular Estratégico (2) Subproyectos: • Captura de CO2.– Tecnologías de pre-combustión (ELCOGAS) • Captura de CO2.- Tecnologías de post-combustión (ENDESA) • Captura de CO2.- Tecnologías de oxi-combustión (CIEMAT) • Almacenamiento geológico de CO2 (IGME) • Aceptabilidad y gobernanza en los procesos de almacenamiento de CO2 (CIEMAT)

  36. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (1) • Objetivo global: Validar a escala industrial, explorando también alternativas a escala de laboratorio, las tecnologías de la separación de CO2 en precombustión con producción de H2 en una planta de tecnología GICC. • Objetivos específicos: • Reducción de las emisiones de CO2 (gas de efecto invernadero) procedentes de grandes centrales eléctricas alimentadas por combustibles fósiles y demostración de la viabilidad de coproducción de H2 y electricidad. • Aumento de la competitividad de la industria española.

  37. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (2) *Datos actualizados en 2007

  38. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (3) Especificaciones (1): • La planta piloto deberá ser capaz de tratar entre 2000 y 5000 Nm3/h de gas de síntesis a 100% de capacidad • Más del 90% carbono total contenido en gas de síntesis debe ser separado en la planta piloto • Requerimientos de la corriente de CO2 resultante: • Concentración CO2 > 90%. • Los contaminantes contenidos no afectarán a la capacidad de almacenamiento de la corriente de CO2 en cualquiera de las opciones potenciales de confinamiento • Dos posibles destinos de la corriente de CO2, de tal manera que se pueda cambiar de una a otra sin parar la planta piloto: • Llevar el CO2 a las condiciones de almacenamiento necesarias para poder ser enviado mediante cisternas al punto de descargar para su confinamiento. • Inyección de nuevo en el punto más adecuado de la corriente de gas de síntesis de la GICC, para conseguir su aprovechamiento energético o ventearlo si dicho aprovechamiento no es posible.

  39. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (4) Especificaciones (2): • La calidad y las condiciones de la corriente de H2serán las adecuadas para ser usadas en cualquiera de las siguientes alternativas: • H2 comercial para uso en refinerías e industria química. • Recirculación a la planta GICC para mezcla con corriente de gas de síntesis en el punto más adecuado del proceso.

  40. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (5)

  41. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (6) ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN CARBÓN + COQUE Gas Limpio Gas Bruto CICLO SISTEMA FILTRACIÓN Y LAVADO DE GAS PURIFICACIÓN Y DESULFURACIÓN GASIFICACIÓN COMBINADO H2 BRUTO Gas de carbón 2% del flujo total 22.6 bar 137.6ºC 60.42 %CO 22.01% H2 77,4% H2 Gas enriquecido en H2 6,5% CO2 50,5% H2 CO2 (SH2) 2,9% CO 39,0% CO2 1,9% CO REACTOR SHIFT (HT+LT) SEPARACIÓN CO2 Y AZUFRE (COLUMNA ABSORCIÓN) Vapor MP Gas Combustible DEPURACIÓN HIDRÓGENO (UNIDAD PSA) CO+H O CO +H à 2 2 2 800 Nm3/h H 2 99,99%

  42. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (7) Localización Ciclo Combinado Separación de Aire Gasificación Planta piloto para captura de CO2 y producción de H2

  43. PSE – Sub-proyecto 1: Captura de CO2 en pre-combustión (8) Localización

  44. CURSOS DE VERANO 2007XX EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHAPuertollano, 18 de Julio de 2007 PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. Francisco García Peña

  45. PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES Compuesto Cenizas Ø + O +H O CO + H + impurezas 2 Char Carbonoso 2 2 Ø Cl- Ø CN- Ø SH2 Ø COS Ø N2 Ø .... H2 CO2 Paso 1:Obtención del gas de síntesis por gasificación Paso 2:“Shifting” o reacción gas-agua CO + H2O CO2 + H2 Paso 3:Separación de H2 y CO2 Ø

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