1

Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación

Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)

� Introducción: ¿para qué?

� Fundamentos� Procesos en desarrollo � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Referencia Con Captura

Captura

Emitido

CO

2em

isio

n

Coste por tonelada de CO2 evitada

Evitado

2

¿Cual es la mejor tecnología de captura?

La de menor coste de la tonelada de CO2 evitada ……

….y menor gasto energético

La Investigación y el Desarrollo (I+D) de procesos de capturadebe reducir costes y aumentar rendimientos

Central actualCO2

C-fósil

kwh

C. con capturaCO2

C-fósil

kwh

Esquema de procesos de separación

Captura CO 2

Gas con CO2

RegeneraciónSorbente

Sorbente+CO 2CO2

Sorbentefresco

Sorbentesorbentegastado

Energía

Gas con CO2/H2

H2

Aire Aire (liquid)

Electricidad

O2

N2

Membranas

Gas rico en CO2

sorción-regeneración

Destilación

presión

3

Nuevos sistemas de captura de CO2

C-Fuel

Chimenea

CO2� Separación de CO2 a alta temperatura (ciclos de carbonatación-calcinación)

� Membranas para mezclas CO2/H2, O2/N2, CO2/CH4, CO2/aire ...

� Ciclos de adsorción, por PSA (zeolitas, C-activos etc)

� Combustión con transportadores de O2(óxidos de Ni, Fe, Cu, Mn, Co…)

Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación

Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)

� Introducción: ¿para qué?

� Procesos en desarrollo

� Fundamentos� Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros

4

La idea

C + O2 = CO2

CaO + CO2 = CaCO3

Homo erectus 1 Maño

Egipcios 5000 años

1 Maño = 1 Millón de años

C + O2 + CaO = CaCO3

hace 10 años

Calcinador

CO2gases“sin” CO2

Carbonatador

Fuentede CO2

CaO

CaCO3

Calor (a alta T)

Cal

or (a

alta

T)

5

CaO como sorbente de CO2(patentes desde 1867 hasta nuestros dias)

El equilibrio de CO 2 sobre CaO

0,001

0,010

0,100

1,000

10,000

100,000

600 700 800 900 1000 1100

T (C)

P c

o2, e

q, a

tm

Carbonat

ació

n

Calcinación

6

Reactividad reacción CaO+CO2

Caliza la Blanca, 0.4-0.6 mm, Tcarb 650 º C, Tcal=950-960 ºC, 10% vol CO2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4time (min)

XC

aO

cycle 1

cycle 10

cycle 50

cycle 100

sufficiente reactivitidad paralechos fluidizados (t r>min)

Curvas de desactivacion para alto número de ciclos carbonatación-calcinación

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 100 200 300 400 500

cycle number

XCaO

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40

2 µm

7

� Uso de aditivos� Reactivacion con agua o vapor de agua� Sorbentes sintéticos� Calcinación ultra-rápida� ….otras

Mejoras posibles del sorbente

.... y si ninguna funciona, ¿qué?

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 100 200 300 400 500

cycle number

XCaO

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40

Hay que trabajar con altas purgas de sorbente para asegur aruna presencia mayoritaria de este tipo de partículas

Calciner

CO2

Carbonator

Flue gas

Flue gasw/o CO2

CaOCaCO3

CaCO3CaO

8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 100 200 300 400 500

cycle number

XCaO

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40

Hay que conformarse con esta baja capacidad de capturay diseñar el sistema con alto flujo de sorbente (entorn o a 10 Kg/m2s)

Hay que trabajar con altas purgas de sorbente para asegur aruna presencia mayoritaria de este tipo de partículas

Calciner

CO2

Carbonator

Flue gas

Flue gasw/o CO2

CaOCaCO3

CaCO3CaO

Calciner

CO2

Flue gas

Carbonator

Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación

Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)

� Introducción: ¿para qué?

� Procesos en desarrollo

� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros

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Proposed processes using CaO looping

Carbonation

Gas withCO2

Calcination

CaCO3CO2

Fresh CaCO3

CaOPurgeof CaO

Heat

Gas without

CO2

PrecombustionC + CaO + 2H2O = CaCO3+ 2 H2

� HyPrRing (Japan)

� SER of NG (USA, Norway)

� ZECA (USA, Canada)� AER and LEGS (Europe)

� Others

PostcombustionCaO + CO2 = CaCO3+ Heat

� C3-Capture (Europe)

� Endesa-Hunosa-CSIC (Spain)

� COORETEC (Germany)

In situC + CaO + O2 = CaCO3+ Heat

� CENIT CO2 (Spain)

(Module 3-Unión Fenosa et al)

� PERT (Canada)

Proyecto ISCC, VI PM, participamos desde el

CSIC

Proposed processes using CaO looping

Carbonation

Gas withCO2

Calcination

CaCO3CO2

Fresh CaCO3

CaOPurgeof CaO

Heat

Gas without

CO2

PrecombustionC + CaO + 2H2O = CaCO3+ 2 H2

� HyPrRing (Japan)

� SER of NG (USA, Norway)

� ZECA (USA, Canada)� AER and LEGS (Europe)

� Others

PostcombustionCaO + CO2 = CaCO3+ Heat

� C3-Capture (Europe)

� Endesa-Hunosa-CSIC (Spain)

� COORETEC (Germany)

In situC + CaO + O2 = CaCO3+ Heat

� CENIT CO2 (Spain)

(Module 3-Unión Fenosa et al)

� PERT (Canada)

Proyecto “CaOling” del VII PM, con Foster Wheeler, IC, Stuttgart, CANMET,

Lappaaranta U

Proyecto VI PM con Alstom, CEMEX,

Endesa…

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CARBONATORCARBONATOR CALCINERCALCINERCOMBUSTORCOMBUSTOR

Concentrated CO2

CoalCaCO3

(F0)CaO Purge

CaCO3

CaOFlue Gas(FCO2)

Flue gas“without” CO2

Coal Air

O2

Air

N2

ASU

Postcombustion CaO looping (A)

Postcombustion CaO looping (B)

Flue gas

CALCINERCALCINERCOMBUSTORCOMBUSTOR

Concentrated CO2

CaCO3

CaOHEATHEAT

Coal Air

CaO

11

Postcombustion CaO looping (C)

CALCINERCALCINER CARBONATADORCARBONATADORCOMBUSTORCOMBUSTOR

Concentrated CO2

CaCO3

(F0)CaO Purge

CaO

CaCO3(FCaO)

HEATHEAT

Flue Gas(FCO2)

Flue Gas“without”CO2

Coal Air

CaO

“In situ” CO2 capture and combustion(not included in this project)

Flue Gas“without” CO2

CALCINERCALCINERCOMBUSTOR

CARBONATOR

COMBUSTOR

CARBONATOR

Concentrated CO2

CaCO3

CaO (Purge)

Coal Air

CaO

CaCO3

Coal

O2

N2

ASU Air

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Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación

Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)

� Introducción: ¿para qué?

� Procesos en desarrollo

� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros

Miniplanta piloto captura de CO 2 en el INCAR

0

20

40

60

80

100

21:15 21:25 21:35 21:45 21:55 22:05 22:15 22:25 22:35 22:45

time (h:min)

Cap

ture

effi

cien

cy (

%)

Equilibrium ExperimentalEquilibrium Experimental

Stop loop-seal

Circulation measurement

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Captura de CO 2 por ciclos de carbonatación-calcinación

Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC)

� Introducción: ¿para qué?

� Procesos en desarrollo

� Fundamentos � Resultados experimentales� Conclusiones y planes futuros

El proyecto de la Pereda

� En 2008 ha funcionado con éxito una planta de laboratari o operada en continuo en el INCAR-CSIC. 0.03 MW

� En 2011 debemos haber construido y operado una planta pilo to de 1 MW� En 2013-14 puede ser necesaria la construcción de una pl anta de 20-30 MW� Entre el 2015-2020 debemos haber llegado a escala comerci al 1000 MW

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Carlos Abanades

Instituto Nacional del Carbón

abanades@incar.csic.esabanades@incar.csic.esabanades@incar.csic.esabanades@incar.csic.es

Oportunidades de becas y contratos

• El CSIC es uno de los pioneros en esta campo desde el año 20 00. (Tres patentes relacionadas, tres proyectos europeos eje cutados, las publicaciones más citadas en el área, seleccionados en IEA-GHGT9 para publicación e special….)

• Hoy es una línea emergente prioritaria dentro de la Plataf orma TecnológicaEuropea ETP-ZET.

• Se ha creado una red mundial de grupos activos en este tip o de procesos, dentro de la IEA-GHG (primera reunión en Sep 2009, en OVI EDO)

• Proyecto del VII PM (coordinado por Endesa, con Hunosa, CSIC y FWSA) ha sido seleccionado para negociación.