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PRODUCCIÓN DE H 2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. PowerPoint PPT Presentation


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CURSOS DE VERANO 2005 XVIII EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Puertollano, 14 de Julio de 2005. PRODUCCIÓN DE H 2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. Francisco García Peña.

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

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Presentation Transcript


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CURSOS DE VERANO 2005XVIII EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHAPuertollano, 14 de Julio de 2005

PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO.

ELCOGAS S.A.

Francisco García Peña


Producci n de hidr geno de gasificaci n la oportunidad de la planta de puertollano l.jpg

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. 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.


Producci n de hidr geno de gasificaci n la oportunidad de la planta de puertollano3 l.jpg

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

  • PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES


1 producci n de h2 a partir de gasificaci n de combustibles reacciones proceso gasificaci n 1 l.jpg

1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles.Reacciones proceso gasificación.(1)

Pirolisis:

Char (residuo carbonoso) Líquidos (alquitranes y aceites) Gases (CO, H2, CO2, CH4, SH2, NH3, N2, CnHm)

COMPUESTOS CARBONOSOS

+ CALOR


1 producci n de h2 a partir de gasificaci n de combustibles reacciones proceso gasificaci n 2 l.jpg

1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles.Reacciones proceso gasificación.(2)

  • Combustión:


1 producci n de h 2 a partir de gasificaci n de combustibles reacciones proceso gasificaci n 3 l.jpg

1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles.Reacciones proceso gasificación.(3)

  • Gasificación:

    Global:

    Compuesto Carbonoso + O2 CO + H2 + N2 + impurezas


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1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles.

DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL

COMBUSTIBLE

O2 H2O

GAS BRUTO

GAS LIMPIO

LAVADO ACONDICIONAMIENTO

PREPARACIÓN

COMBUSTIBLE

GASIFICACIÓN

FILTRACIÓN

ESCORIAS

CENIZAS VOLANTES

EFLUENTES (CN-,NH3, Cl,...)

CO2

ACONDICIONAMIENTO CO2

OTROS RESIDUOS

GAS DE COLA

SHIFT CO

CO + H2O CO2+ H2

SEPARACIÓN CO2

PURIFICACIÓN H2

H2

H2O


Producci n de hidr geno de gasificaci n la oportunidad de la planta de puertollano8 l.jpg

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

  • LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado)


2 la tecnolog a gicc gasificaci n integrada en ciclo combinado l.jpg

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).


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2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).

PRINCIPALES DATOS DE DISEÑO

COMBUSTIBLE

POTENCIA

Y EMISIONES


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2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).

COMPOSICIÓN DEL COMBUSTIBLE Y DEL GAS DE SINTESIS

GAS DE SÍNTESIS


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2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado).

TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE CARBÓN


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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


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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

  • 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


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  • Tecnología GICC.

    Desventajas

  • 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

      • 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


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PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

  • UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD


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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


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  • 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


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


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  • 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)


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  • 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


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PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

  • PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES


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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.

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


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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


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  • PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES

PROYECTO PLANTA PILOTO

  • Objetivo Utilización de un 2% del gas de síntesis limpio de la central para la producción de hidrógeno con captura de CO2:

Producción de 2.500 Nm3/hde hidrógeno para venta a red de hidrógeno o uso como combustible en turbina de gas y pilas de combustible para generación eléctrica

Separación de 25.000 t/añode CO2 (eficiencia de captura superior al 85%) para su uso o pruebas de almacenamiento geológico

  • Bases de diseño:

    • Demostrar la factibilidad de captura de CO2 y producción de H2 en una planta GICC alimentada con combustibles fósiles y residuos.

    • Obtener datos económicos suficientes para escalar resultados al tamaño de la planta de Puertollano.

    • Obtener H2 de la pureza requerida para su uso en pilas de combustible.

    • Separar más del 80% del carbono total del combustible como CO2 de forma que se pueda proceder a su almacenamiento geológico seguro.


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N2

N2 RESIDUAL

SEPARACIÓN AIRE

AIRE A PRESIÓN

O2

LIMPIEZA Y DESULFURACION

CICLO COMBINADO

GASIFICACIÓN

GAS

CRUDO

GAS

LIMPIO

SATURADOR

CARBON / COQUE PET.

CO2

VAPOR

REACTOR

SHIFT

SEPARACIÓN CO2 (ABSORCION)

DEPURACIÓN H2 (PSA)

H2

99,99 %

  • PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES

ESQUEMA DEL PROCESO

183.000 Nm3/h

H2 BRUTO

6,5 % CO2

77,4 % H2

2,9 % CO

GAS LIMPIO

19,4 bar

302 ºC

60,5 % CO

22,1 % H2

GAS RICO H2

39,0 % CO2

50,5 % H2

1,9 % CO


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