Simulación de una planta de gasificación integrada en ciclo combinado (IGCC) mediante Aspen Plus. Comparación entre configuraciones sin captura y con captura de CO2

Abstract

En el presente documento se realiza, en primer lugar, un repaso a la situación energética a nivel global, con el objetivo de justificar el posible uso de centrales térmicas para la obtención de energía eléctrica a partir de carbón. A continuación se analizan las propiedades de dicho combustible, estudiando cómo se estima que varíe su demanda mundial en los próximos años así como las reservas existentes de carbón y su producción. A través de este análisis se pone de manifiesto la necesidad de contar con instalaciones que nos permitan generar electricidad de manera eficiente y limpia a partir de combustibles como el carbón, ya que según las estimaciones este seguirá siendo el combustible mayoritario a nivel mundial para generar de electricidad durante los próximos años. Posteriormente se procede a la descripción de la tecnología utilizada, describiendo el esquema básico de una central de gasificación integrada en ciclo combinado (IGCC), así como las ventajas y desventajas del uso de esta tecnología. En este tipo de centrales el combustible es alimentado a un gasificador en el que se produce su combustión en defecto de oxígeno, produciendo un gas de síntesis rico en monóxido de carbono e hidrógeno. Este gas es sometido a continuación a una serie de unidades de limpieza que permiten remover buena parte de los contaminantes antes de su combustión final en el ciclo combinado. Una vez presentada de forma general la tecnología IGCC, se introduce el software utilizado para la simulación de la planta, Aspen Plus, el cual nos permite modelar los complejos procesos que se producen a lo largo de la misma, que involucran reacciones heterogéneas con sólidos de composición compleja o procesos de absorción/desorción, y se comentan los aspectos generales de la simulación La central es dividida en las siguientes secciones: · Gasificación de carbón y enfriamiento del gas de síntesis · Limpieza del gas · Generación de potencia: ciclo combinado · Unidad de separación de aire En cada sección se exponen brevemente sus fundamentos teóricos, con el objetivo de resaltar las principales variables que intervienen en el proceso y que serán necesarias tener en cuenta para su simulación. Se realiza también un análisis de las distintas tecnologías disponibles, discutiendo sus ventajas, desventajas y su aplicación, para posteriormente, proceder a la descripción y simulación de la tecnología seleccionada. En dichas simulaciones se muestra un esquema de las unidades y corrientes que intervienen en el proceso y se detallan sus variables de entrada, mostrando por último los resultados obtenidos. En los siguientes apartados se estima la eficiencia energética de la planta y se realiza una evaluación económica de la misma, utilizando un método basado en el cálculo del coste a través de distintas correlaciones disponibles para cada sección que la compone. Los datos obtenidos en la simulación son a continuación comparados con los datos reales de la instalación IGCC en funcionamiento, con el objetivo de realizar la validación del modelo empleado, calculando cuanto se desvían los resultados. La central IGCC simulada es modificada, añadiendo un sistema de captura de CO2, que permite la producción de electricidad mediante la combustión de H2, separando el CO2 para su almacenamiento. Esta modificación se realiza con tecnología actualmente disponible en el mercado. En el último apartado, las dos configuraciones desarrolladas son comparadas en términos técnicos y económicos, calculando sus eficiencias y el coste final de la producción de electricidad para cada esquema.