Limpieza de gases en caliente de compuestos de azufre

La gasificación de carbón en ciclo combinado (IGCC) es una tecnología para la generación de energía con un futuro muy prometedor en los próximos años. En estos sistemas, el gas generado en el gasificador, se limpia y es enviado a una turbina de gas donde se quema. Con los actuales sistemas de desulfuración en frío se produce una importante pérdida energética, ya que el gas se enfría por debajo de los 300ºC con la vía húmeda o por debajo de los 700ºC si se utilizan sorbentes regenerables. La desulfuración in situ por inyección directa de sorbentes cálcicos a altas temperaturas (800-1100°C) es una tecnología que mejora la eficacia térmica en la generación eléctrica de los procesos de IGCC.

Nuestro grupo de investigación se ha centrado en el análisis de la eficacia en la captura de azufre de diferentes sorbentes naturales basados en calcio (calizas, dolomitas e hidróxidos cálcicos) en condiciones de gasificación atmosférica o a presión y en estudiar las cinéticas de sulfuración de los sorbentes en condiciones calcinantes y no-calcinantes. Para mejorar este proceso de retención, se utilizaron también hidróxidos cálcicos modificados y nuevos sorbentes como los acetatos de calcio y magnesio. El estudio de los diferentes sorbentes de Ca para la eliminación de H2S se realizó en diferentes sistemas: termobalanza, lecho fluidizado, reactor de lecho móvil y reactor de caída libre.

La utilización de carbones con altos contenidos en azufre para combustión, como es el caso de los lignitos españoles, es problemática debido a las altas emisiones de SO2 que se producen. Estas emisiones pueden reducirse mediante la adición de un sorbente, como la caliza o la dolomita, en la caldera. Por ello en centrales térmicas ya existentes, que utilizan carbones de bajo contenido en azufre, los procesos de inyección de sorbentes en la zona superior de la caldera para el control de las emisiones de SO2 son la opción más económica. Cuando un sorbente cálcico es introducido en la caldera se descompone para dar un sólido poroso que reacciona con el SO2 y el O2 y formar CaSO4. La reacción de sulfatación del CaO es una reacción heterogénea muy estudiada debido a su importancia tecnológica relacionada con la limpieza de gases de combustión. Nuestro grupo de investigación tiene una larga experiencia sobre el uso de sorbentes cálcicos en calderas de carbón pulverizado. El proceso de sulfatación se estudió en un reactor de caída libre hasta temperaturas de 1250ºC, en condiciones similares a las existentes en la inyección de sorbentes en calderas de carbón pulverizado. Se analizaron las principales variables que afectan al proceso de sulfatación, como son la relación molar Ca/S, la concentración de SO2, la temperatura, el tamaño de partícula y el tiempo de contacto gas-sólido. La combustión de carbón en lecho fluidizado permite la retención de azufre en el propio reactor mediante la adición de un sorbente. La relación sorbente/carbón necesaria para alcanzar un retención de azfure determinada varía de forma importante dependiendo de las características del sorbente utilizado. Por tanto es necesario conocer el comportamiento del sorbente antes de su utilización en el combustor. En esta línea de investigación, nuestro grupo analizó el efecto de las principales variables que afectan a la retención de azufre, como condiciones de calcinación, tamaño del sorbente, temperatura o concentración de SO2, utilizando el análisis termogravimétrico y una instalación de lecho fluidizado. Además, se desarrollaron modelos matemáticos para la simulación y optimización de la retención de azufre tanto en lecho fludizado burbujeante como circulante.

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