Máxima captura de CO2 en centrales termoeléctricas en México

Máxima captura de CO

2

en

centrales termoeléctricas en

México

R. Hilda Chávez

Eva María de la Rosa

Javier J. Guadarrama

Instituto Nacional de

Investigaciones Nucleares

MEXICO

Evaluación de la eficacia del proceso de captación de CO2 mediante absorción química con monoetanolamina.

SEP-CONACyT-CB-82987 (2009-2012)

“Caso de Éxito”, Convocatorias CB 2006-2007. Nov. 2012

• _{El cambio climático es el problema ambiental de mayor}

trascendencia en el siglo XXI y uno de los mayores desafíos globales que enfrenta la humanidad.

• _{La evidencia científica indica que el cambio climático se}

perfila, con la pérdida de biodiversidad, y la degradación de ecosistemas y de sus servicios ambientales.

• _{Por su globalidad, requiere de un enfoque multilateral,}

pues ningún país, ni localidad estatal, ni municipal, puede hacerle frente aisladamente. Por su dimensión temporal, impone la necesidad de planear a largo plazo.

Antecedentes

n  La tecnología por absorción con

aminas se considera viable, a bajas presiones del flujo de gas, por su rápida velocidad de

reacción entre MEA-CO₂.

n  Los procesos de absorción con

MEA se asocian a altos costos de capital y de operación.

n  Las tecnologías CCS son un

instrumento para la captura y secuestro del CO₂.

n  Las diferencias entre la captura

de CO₂ en plantas de potencia, dependen entre tratamiento del combustible, su oxidación, la concentración del CO₂ , y la presión del gas.

GASES EFECTO INVERNADERO INDUSTRIALIZACIÓN

MUNDIAL LEGISLACIONES AMBIENTALES

Captura CO2

CO

Objectivos

n  El objetivo es estudiar la abcorción CO₂ absorption

usando un material construido en el ININ). Éste fue comparado con empaques comerciales.

n  El presente estudio proporciona una comprensión de

El método es la reacción química de neutralización entre un flujo de gas (ácido) con solución acuosa de amina (alcalina) para

formar una sal soluble, carbomatos. Esta reacción es reversible cuando se proporciona calor:

2H

O

CO

+2H

O

HCO

+H

O

MEAH

_+H

O

MEACOO

_+H

O

H

O

_+OH

H

O

_+HCO

H

O

_+CO

H

O

_+MEA

HCO

_+MEA

Metodologia

n  Se usaron diferentes empaques estructurados: ININ18,

Sulzer BX y Mellapak 250Y.

n  Se emplearon modelos hidrodinámicos y de

transferencia de masa.

n  Cromatógrafo de gases Varian 3760 con 2 detectores :

ionización de flama y conductividad térmica. Tres columnas para identificar los gases de combustión:

CH₄, C₆H₁₄, CO₂ y CO. Provisto con columna HP-5MS de 30 m y diámetro 0.25µm, temperatura de arrastre 35°C y 5 min de corrida. Las concentraciones fueron

determinadas en comparación con áreas de estándares de composición conocidas.

Características del empaque estructurado NIN18 y

materiales Sulzer Ltd, como contactores liquido-gas.

Type Stainless steel

Wire gauge 18 Porosity (ε) 0.9633 Geometric area a_p 418 m2_/m3 Diameter 0.252 m Height 0.19 m Corrugated angle 45º

Modelo hidrodinámico para empaques aleatorios y

estructurados por Stichlmair et al., 1989 y modelo

Sobre la base de la Unidad de transferencia de

masa, las alturas de transferencia de masa son:

G e G G OG

a

K

U

HTU

ρ

=

y

y

y

y

NTU

)

(

−

−

=

a

K

U

HTU

ρ

=

HTU

HTU

HTU

₌

₊

_λ

HTU

HTU

HTU

λ

1

+

=

U

U

m

=

λ

mU

U

mU

U

m

y

x

m

y

x

mU

U

NTU

−

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

+

−

−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

=

1

1

ln

NTU

HTU

Z

₌

*

Z

₌

HTU

*

NTU

U

Fs

₌

_ρ

Equipo experimental: MEA al 30% en peso en solución acuosa, a contracorriente con el flujo gas CO₂. Dimensiones columna de absorción 4. m alto y 0.3 m de diámetro.

Eficiencias de absorción CO2 y captura de CO2:

( )

100

.

.

x

x

x

Eff

Abs

₌

−

.

.

( )

100

x

x

x

Eff

Cap

₌

−

Medición % absorción CO₂ versus tiempo HTUOG m 0.317 HTUOL m 0.0273 KGae s-1 3.76 KGae s-1 0.2978 Resultados de transferencia de masa

Caída de presión versus velocidad gas _{Retención líquida versus F-factor} ININ18 structured packing material as liquid gas contactor

Altura por unidad de transferencia

ΔP/Z versus flujo de gas: Sulzer BX,

ININ18 y Mellapak 250Y ht versus flujo de gas: Sulzer BX, ININ18 y Mellapak 250Y

KGae versus flujo de gas: Sulzer BX,

Conclusiones

Se recomiendan los empaque Sulzer BX y ININ18 para la captura CO2. Fueron los más eficientes en la transferencia de masa porque presentaron los menores valores en altura por unidad de transferencia y más altos coeficientes de

transferencia de masa _kGae.

El empaque ININ18 presentó la mayor caída de presión, alcanzó más rápido la región de turbulencia a menores flujos líquido y gas: posee mayor porosidad y área geométrica que el Sulzer BX y Mellapak,.

Los resultados experimentales de captura CO₂ fueron reproducible y

semejantes a los reportados en la literatura. El incremento de kGae indica que el soluto se transfiere a la fase líquida, el valor más alto se localiza entre el 80 al 90% con relación a la inundación.

Este trabajo fue evaluado experimentalmente para la remoción del CO₂, con

MEA, y flujo CO₂ –aire, empleando un conjunto de equipos y condiciones de

Agradecimientos

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACyT), Proyecto: SEP-CONACyT-CB-82987. Grupo IDESA por la

donación de las aminas.