Ingeniería, Tecnología y Consultoría. Tecnología de Gasificación de Biomasa

Transcripción

1 Ingeniería, Tecnología y Consultoría Tecnología de Gasificación de Biomasa

2 Datos del Ponente Ponente: Ocupación: Empresa: Dirección: Pedro Rodríguez Muñoz Director de la INERCO Ingeniería, Tecnología y Consultoría Parque Tecnológico de La Cartuja Thomas Alva Edison, Sevilla Teléfono: prodriguez@inerco.es

3 Fundada en 1984 Capital social privado e independiente

4 ACTIVIDADES DE INERCO Ingeniería y optimización de procesos Tecnologías energéticas Consultoría en Medio Ambiente, Prevención de Riesgos y Seguridad Industrial

5 Con un profundo conocimiento de la realidad industrial Químico, Petroquímico y Refino Electricidad y Gas Cemento y Siderúrgico

6 En España Tarragona Madrid Sevilla

7 En el mundo ESPAÑA Polonia Líbano México Venezuela Nicaragua Venezuela Colombia Ecuador Perú Brasil Marruecos Costa de Marfil Egipto Chile Argentina International

8 PRESENTACIÓN DIVISIÓN INGENIERÍA

9 SECTORES Refino de Petróleo Industria Química Industria Petroquímica Generación Eléctrica Combustibles Alternativos Energías Renovables Nuevos Procesos, Plantas Piloto y Escalado Industrial

10 SECTORES: ENERGÍAS RENOVABLES BIOMASA - Gasificación - Co-Combustión - Preparación y Alimentación de Combustibles SOLAR - Generación Solar Térmica BIOCOMBUSTIBLES - Bioetanol - Biodiesel EÓLICA - Parques Eólicos HIDROGENO - Generación y Almacenamiento a partir de Renovables

11 TIPOLOGÍA DE PROYECTOS Plantas de Proceso Plantas de Generación Eléctrica Servicios Auxiliares, OSBL s, BOP s Parques de Almacenamiento Estaciones de Carga y Descarga de CC.CC y FF.CC Instalaciones Específicas: PCI, Vapor, Condensado, Torres de Refrigeración, etc Ingeniería Específica de alguna especialidad

12 ALCANCE DE LOS SERVICIOS - Ejecución de Proyectos Llave en Mano ó EPCM s - Ingeniería Conceptual, Básica y de Detalle - Ingeniería de la Propiedad. Dirección de Proyectos - Ingeniería de Integración - Gestión de Autorizaciones Sustantivas (Permitting) - Anteproyectos: Centrales Térmicas y Refinerías de Petróleo - Ingeniería por especialidades - Ingeniería de Procesos - Ingeniería Mecánica - Ingeniería Eléctrica - Ingeniería de Instrumentación - Ingeniería de Obra Civil - Dirección y Supervisión de Obras - Ingeniería de Tuberías - Gestión de Compras

13 Revamping de la Planta H3 de Refinería La Rábida

14 Planta Desulfuración de Fuel Gas de ASESA (Tarragona)

15 Planta Llenado de Botellas de Butano. CEPSA GL (Cádiz)

16 AMPLIACIÓN CLH MALAGA

17 AMPLIACIÓN CLH BARCELONA

18 Planta de Fraccionamiento de Aire de MESSER. Tarragona

19 Almacenamiento de Ácido Sulfúrico Atlantic Copper

20 Combustibles Alternativos. Lafarge Sagunto

21 Planta de BioEtOH de BCL en Babilafuente (Salamanca)

22 Interconexión BD San Roque Refinería Gibraltar

23 REPOW PS10 SOLUCAR SOLAR

24 PROYECTO EUREKA 5 SOLUCAR SOLAR

25 Parque Eólico Casares

26 Biomasa y los Procesos Termoquímicos para su Aprovechamiento

27 QUÉ ES BIOMASA? BIOMASA: conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal o procedente de la transformación de la misma. De su uso se deriva: Balance neto de CO 2 nulo Emisiones de SO 2 bajas Combustible autóctono Revalorización residuo

28 PROCEDENCIA DE LA BIOMASA BIOMASA NATURAL RESIDUOS CULTIVOS Papel INDUSTRIALES AGROGANADEROS FORESTALES MADERA AGROALIMENTARIA LODOS AGRICOLAS GANADEROS Mueble Cáscaras Huesos Desechos Podas Paja Cascarilla Poda Entresaca HERBACEOS LEÑOSOS Cereales Cardo Pataca Sorgo Sauces Chopos SÓLIDOS URBANOS

29 POSIBILIDADES DE APROVECHAMIENTO BIOMASA APROV. DIRECTO APROV. INDIRECTO COMBUSTIÓN BIOMASA (Caldera, hornos, etc.) GASIFICACIÓN PIRÓLISIS DIGESTIÓN Energía Térmica Energía Eléctrica Otros Productos Químicos Combustibles Líquidos

30 Aporte de O2: PROCESOS TERMOQUÍMICOS Proceso Aporte de O2 (sobre teórico) Combustión > 100 % Gasificación % Pirolisis 0

31 Tecnología de Gasificación de Biomasa

32 GASIFICACIÓN DE BIOMASA GASIFICACIÓN: proceso termoquímico en el que un solido es transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones a alta temperatura y cantidad limitada de agente oxidante.

33 GASIFICACIÓN DE BIOMASA Fases: Fase de secado: Biomasa húmeda + Calor ->Biomasa seca + vapor de agua Fase de pirolisis (descomposición térmica): Biomasa seca+ Calor-> Char+CO+CO 2 +C 2 H 4 +Alquitrán Fase de oxidación (gasificación char): Char+O 2 +H 2 O(v)->CO 2 +Calor Char+CO 2 +Calor->2CO Char +H 2 O(v)+Calor->CO+H 2

34 GASIFICACIÓN DE BIOMASA Reacciones más importantes : Descomposición de la biomasa (1) Biomasa + calor => Char + Líquidos + Gases (endotérmica) Craqueo de los hidrocarburos (2) Líquidos + calor => Gases (endotérmica) Gasificación del char (3) C + H 2 O => CO + H 2 (endotérmica) (4) C + CO 2 => 2 CO (endotérmica) Reformado de hidrocarburos en fase gas (5) C n H m + nh 2 O => n CO + (n+ ) H 2 (endotérmica)

35 GASIFICACIÓN DE BIOMASA Reacciones más importantes : Oxidación del char e hidrocarburos (6) C + O 2 > CO 2 (endotérmica) (7) C n H m + (2n+ ) O 2 > n CO 2 + H 2 O (exotérmica) Reacción de intercambio (8) CO + H 2 O > CO 2 + H 2 (ligeramente exotérmica)

36 GASIFICACIÓN DE BIOMASA Agentes Oxidantes: El agente oxidante utilizado juega un papel relevante en la calidad del gas generado. Agente gasificante PCS (MJ/m 3 ) Composición del gas obtenido (% en volumen) H 2 CO CO 2 CH 4 N 2 C Uso Aire < Combustible Oxígeno Vapor de agua Combustible Gas de síntesis Combustible Gas de síntesis Gas natural

37 Tipos de Reactores: GASIFICACIÓN DE BIOMASA En función de agente gasificante Aire Oxígeno Vapor En función de aporte térmico Directos (Autotérmicos) Indirectos En función de Presión Atmosféricos Presurizados En función del diseño Lecho fijo Lecho Fluido Entrained Flow

38 Tipos de Reactores: GASIFICACIÓN DE BIOMASA Reactores extendidos comercialmente Lecho Fijo Downdraft (en contra corriente) Updraft (en iso corriente) Crossdraft (fluju cruzado) Lecho Fluidizado Bubbling Fluidized Bed (BFB) Circulating Fluidized Bed (CFB) Twin-bed

39 REACTORES DE LECHO FIJO Downdraft: LECHO FIJO 'DOWN-DRAFT' LECHO FIJO DOWN-DRAFT - Construcción y operación relativamente sencilla. - Se requiere baja humedad en los combustibles. - Se produce un gas relativamente limpio. - Gases de salida a alta temperatura. - Posible fusión de cenizas y formación de escorias. - Baja capacidad específica (1). - Alto tiempo de residencia de los sólidos. - Elevada conversión de la biomasa. - Bajos niveles de partículas. - Potencial de escalado muy limitado con tamaño máximo pequeño. (1) Kg de sólido/ m3 de reactor.

40 REACTORES DE LECHO FIJO Updraft: LECHO FIJO 'UP-DRAFT' LECHO FIJO UP-DRAFT - Construcción simple y robusta. - Alta eficacia térmica. - Gas con alto contenido en alquitranes. - Baja temperatura del gas de salida. - El gas producido es apto para su combustión directa. - Facilidad de operación a bajo régimen. - Elevados tiempos de residencia del sólido. - Elevada conversión de la biomasa (1). - Altos niveles de partículas. - Fácil escalado hasta tamaños medios. (1) Referido al grado de conversión al carbono

41 REACTORES DE LECHO FIJO Crossdraft: LECHO FIJO CROSS-DRAFT LECHO FIJO CROSS-DRAFT' - Adecuado para carbón vegetal. - Problemas en materiales por altas temperaturas en oxidación. - El combustible sirve de aislamiento contra altas temperaturas. - Capacidad mínima de transformar al alquitrán. - Pueden funcionar a pequeña escala < 10 KW. - Gran sencillez del conjunto de depuración (ciclón + filtro).

42 Burbujeante: REACTORES DE LECHO FLUIDO LECHO FLUIDO BURBUJEANTE BUBBLING FLUIDIZED BED - Se permiten variaciones en la calidad de los combustibles. - Buen control de la temperatura y altas velocidades de reacción de sólido. - Buen contacto y mezcla de gas-sólido. - Moderado nivel de alquitranes en el gas producto. - Elevada conversión de la biomasa. - Temperatura salida reactor relativamente altas. - Limitaciones a operar a bajas cargas. - Alta capacidad especifica. - Posibilidad de operar a carga parcial. - Posible proceso catalítico en el lecho. - Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo. - Fácilmente escalable.

43 REACTORES DE LECHO FLUIDO Circulante: LECHO FLUIDO CIRCULANTE CIRCULATING FLUIDIZED BED - Mayor dificultad de operación que un lecho fijo. - Buen control de la temperatura y elevadas velocidades de reacción del sólido. - Buen contacto y mezcla de gas-sólido. - Gas de salida con niveles moderados de alquitranes. - Alta conversión. - Temperatura salida reactor relativamente altas. - Limitaciones a operar a bajas cargas. - Alta capacidad especifica. - Buen contacto gas sólido. - Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo. - Fácilmente escalable.

44 REACTORES DE LECHO FLUIDO Twin-bed: LECHO FLUIDO TWIN-BED LECHO FLUIDO TWIN-BED - Temperatura baja en el lecho: 580 ºC. - Las partículas finas son transferidas a la cámara de combustión del ciclón. - Temperatura alta en la cámara de combustión del ciclón: ºC. - Deposición de cenizas en las paredes de la cámara de combustión del ciclón. - Comerciales a gran escala. - Tecnología probada para RDF, residuos plásticos, lodos depuradora, etc. - Consigue destrucción completa de los contaminantes orgánicos. - Flexibilidad para cambiar la composición del combustible. - Económica y medioambiente atractivo para gran escala.

45 De Arrastre: REACTORES DE LECHO FLUIDO ENTRAINED FLOW ARRASTRE DE FLUJO - Adecuado para la mayoría de los carbones. - Altas temperaturas: ºC. - Altas presiones: bar. - Mayor necesidad de oxígeno. - Menor cantidad de alquitranes. - Partículas de alimentación muy finas (< 100 μm). - La reacción tiene lugar en una nube de partículas muy fina. - Mayor rendimiento (alta T y P). - Menor eficiencia térmica (enfriar antes de depurar el syngas). - Utilizado para grandes capacidades > 100 MW. - Control de operación complejo.

46 CONDICIONES DE OPERACIÓN Downdraft Updraft BFB CFB Presión (bar) ,35 1-1,19 Temp. Operación reactor (ºC) Reactante O 2 o Aire O 2 o Aire O 2 o Aire Aire PCI (MJ/m 3 ) 4,5-5,0 5,0-6, ,5 Potencia <5 MWth <20 MWth MW MW Alquitranes (g/nm 3 ) 0,015-0, Contenido en polvo Bajo (bajas velocidades) Bajo (bajas velocidades) Muy bajo (tras paso por ciclón) Muy bajo (tras paso por ciclón) Nota: Handbook Biomasa Gasification.

47 TAMAÑOS ÓPTIMOS BFB or CFB BFB or CFB La elección del sistema de gasificación dependerá del uso final del gas producto.

48 APLICACIONES Producción de Energía Térmica Combustión gas pobre (Horno, calderas, secaderos, etc.) Producción de Energía Eléctrica Combustión gas pobre + MCIA, Turbina Vapor, CC Producción de Energía Térmica y Eléctrica Cogeneración

49 APLICACIONES La gasificación de biomasa tiene un extraordinario potencial de aplicación: Producción de electricidad: Una adecuada política de incentivos y primas Desarrollar y optimizar nuevas tecnologías de limpieza del gas Producción de calor: Desarrollar y optimizar equipos adaptados a cada necesidad

50 APLICACIONES GASIFICACIÓN VAPOR/OXÍGENO AIRE UHG LHG Síntesis Conversión Fuel-Cell Turbinas Motores Calderas Combustibles Líquidos Petroquímicos Amoniacos y Fertilizantes Electricidad Calor

51 LIMPIEZA DEL GAS Contaminante Alquitrán Partículas Álcalis /Amoniaco/Cloro Azufre (H 2 S, COS) Sistemas de eliminación Craqueo térmico Reformado catalítico (steam reforming) Lavadores (scrubbers) Ciclones Precipitadores electrostáticos Filtros de mangas Lavadores (scrubbers) Enfriamiento + Filtrado Lavadores (scrubbers) Lavadores (scrubbers)

52 CO-COMBUSTIÓN Directa: Dificultades en los sistemas de alimentación y en granulometría La humedad del combustible se incrementa El ensuciamiento en la caldera se puede acelerar. Es necesario ser cuidadoso si se alimenta biomasa con elevados contenidos en álcalis y/o cloro El contenido en inquemados en las cenizas puede crecer por encima de la especificación de los fabricantes de hormigón Se debe mantener la proporción de biomasa por debajo del 10% en peso (por debajo del 5% del aporte energético a la caldera)

53 Indirecta con Gasificación: CO-COMBUSTIÓN Disminuyen las emisiones de partículas, NO x y SO 2 Las dificultades asociadas al empleo de biomasa se trasladan al gasificador, más flexible que la caldera y que admite variaciones en las características de la biomasa Las cenizas de ambos procesos se obtienen de forma separada

54 GASIFICACIÓN COMO MTD Incluida en el BREF para Grandes Instalaciones de Combustión Posibilidades de comercialización de los derechos de CO2

55 ESTADO DE DESARROLLO Europa: Gasificación para aprovechamiento térmico y eléctrico avanzada Existen grandes instalaciones de co-combustión Primeros pasos en la síntesis de combustibles líquidos Proyectos de I+D para producción de hidrogeno España: No desarrollada comercialmente para aprovechamiento eléctrico Proyectos de I+D para producción de hidrogeno Centro de I+D para integración en Oxigasificación y captura de CO2 Centros de Investigación para síntesis de combustibles

56 Tecnología de Gasificación de Biomasa de INERCO en Lecho Fluido Burbujeante

57 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Antecedentes: Amplia experiencia de DIQMA en proyectos de I+D de gasificación Planta piloto de 150 kw de gasificación en lecho fluido burbujeante Gran colaboración entre INERCO y DIQMA en proyectos I+D Proyecto parcialmente subvencionado por Organismos públicos y Entidades privadas: - Agencia IDEA (Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa) - Corporación Tecnológica de Andalucía - Agencia Andaluza de la Energía (Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa)

58 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Colaboradores: DIQMA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla Asistencia técnica diseño conceptual y planificación pruebas Análisis de resultados Medida de contaminantes ABORGASE Localización planta demostración Apoyo en construcción y apoyo en operación. Colaboración en proyecto FORSU

59 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Planta de Demostración: Tipo reactor de gasificación Potencia térmica Aprovechamiento energético Agente oxidante Lecho Fluido Burbujeante 3 MWth Térmico Aire Presión/Temperatura de operación 0,3 barg / 800 ºC Capacidad de tratamiento de Biomasa 15 t/día Superficie ocupada 90 m 2 Rendimiento térmico (sobre gas frío) 98% (75%)

60 Planta de Gasificación de Biomasa. INERCO

61 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Biomasas Probadas: Pellets de madera Hueso /orujillo Pellets de colza FORSU Lodos de depuradora LHV > 14,50 MJ/Kg Tamaño < 20 mm Contenido humedad < 10 % Contenido cenizas < 3%

62 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Calidad del Gas: Buena calidad del gas CO 2 (%v/v) CO (%v/v) CH 4 (%v/v) 2-4 H 2 (%v/v) 4-12 LHV(MJ/Nm 3 ) 4,2-5,5

63 TEMPERATURA (ºC) III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Estabilidad del Proceso: La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos instantes la operación a régimen 1000 EVOLUCION TEMPERATURA ANTORCHA EN OPERACION :48 21:36 2:24 7:12 12:00 16:48 21:36 2:24 7:12 HORA

64 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Resultados Obtenidos: Calidad del gas muy buena La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos instantes la operación a régimen Rendimiento de la planta en torno a 98% (75% sobre gas frío) Más de horas acumuladas en primeros Test-Run Gran estabilidad de la planta ESTADO ACTUAL: Fase Avanzada de Desarrollo de un sistema de limpieza del gas para el uso en motores para producción de Energía Eléctrica

65 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Proyecto DOTGe: PROYECTO: Demostración y Optimización de la Tecnología de gasificación de biomasa para generación de energía eléctrica. OBJETIVOS: Optimizar y demostrar el proceso completo desde un punto de vista técnico, económico y ambiental. Optimización del sistema de alimentación de biomasas heterogéneas y de baja densidad. Evaluación de la Oxigasificación (Gasificación con mezclas de O2 CO2) para diferentes aplicaciones.

66 TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO Proyecto DOTGe: OBJETIVOS: Evaluación de la co-combustion indirecta de biomasa Evaluación de la Gasificación con O 2 y vapor. PARTNERS: CIUDEN, CIEMAT E INERCO Proyecto parcialmente subvencionado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (Plan E y FEDER).

67 Sede central Parque Tecnológico de la Cartuja C/ Tomás Alba Edison, 2. Edificio INERCO Sevilla (España) Tel.: Fax: Tarragona Avenida de Roma, 7 2ª planta Tarragona (España) Tel.: Fax: Madrid C/ Jorge Juan, 50. Bajo Izq Madrid (España) Tel.: info@inerco.es