Oxicombustión

vattenfallLa emisión de gases a la atmósfera procedente de la combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón, puede originar importantes problemas medioambientales. EL SO2, formado por la oxidación del azufre contenido en el combustible, contribuye a la formación de la lluvia ácida y el CO2 ha sido reconocido como uno de los principales gases que contribuyen al efecto invernadero.

El proceso de captura y almacenamiento de CO2, emitido en grandes cantidades por las plantas de producción de energía, es considerado como una de las opciones a ser investigadas a medio plazo para la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera. En procesos de combustión convencionales, que utilizan aire para oxidar, el CO2 se encuentra diluido en N2. La captura de CO2 en estos procesos de combustión convencionales es un proceso costoso debido al gran volumen de gases generado y por tanto al gran volumen de gases que es necesario tratar. Debido a ello, se están investigando otras opciones entre las que se encuentra el proceso de oxicombustión. En este proceso el combustible se quema con oxígeno puro diluido con gas recirculado, produciendo una corriente de gases a la salida del combustor con concentraciones elevadas de CO2, de hasta el 95%, y reduciéndose apreciablemente el volumen de gases generados, lo que facilita notablemente la captura del CO2.

Hasta ahora el proceso de oxicombustión se está investigando principalmente para su aplicación en calderas de carbón pulverizado. Sin embargo, se piensa que los combustores de lecho fluidizado (LF), especialmente los circulantes, son muy apropiados para este sistema de combustión. Una de las principales ventajas de los LF es la posibilidad de producir la desulfuración de los gases de combustión en el propio combustor mediante la alimentación de sorbentes cálcicos. Aunque es bien conocido que la oxicombustión permite obtener corrientes gaseosas con un alto contenido en CO2, no se conoce todavía cómo el cambio en las condiciones de combustión, con respecto al proceso de combustión tradicional, afecta a las características generales de combustión como son la ignición o el burnout, y a la formación y posible reducción de contaminantes (NO, SO2, CO y aerosoles).

El proceso de retención de SO2 en LF ha sido muy estudiado, tanto a presión atmosférica como a elevadas presiones, usando aire para quemar. Ahora bien, la retención de SO2 por sorbentes cálcicos es un proceso que depende fuertemente de la temperatura del combustor y la presión parcial de CO2. En el proceso de oxicombustión la concentración de CO2 es muy elevada, y por tanto muy diferente a la de los procesos que utilizan aire, lo que hace que los procesos que ocurren en los sorbentes durante la retención del SO2 (calcinación y sulfatación) no estén claros. Así, la retención de SO2 por los sorbentes cálcicos se podría llevar a cabo por sulfatación directa, calcinación-sulfatación simultáneas o sulfatación de los sorbentes calcinados. Al tratarse de una tecnología de captura de CO2 relativamente reciente existen pocos estudios en la bibliografía sobre el proceso de sulfatación en lechos fluidizados circulantes en condiciones de oxicombustión.  En cuanto a la formacion de NOx, aunque el uso de oxígeno puro limitaría la formación de emisiones de NO térmico, podría por otro lado resultar en un aumento global de la emisión de NO debido a que favorecería la oxidación del nitrógeno del combustible. Asimismo, es aún desconocido el efecto que la propia recirculación de gases, y especialmente del NO generado, tendría sobre los niveles de emisión. Por esta razón, las emisiones de NOx pueden variar considerablemente con respecto a los de los procesos de combustión tradicionales.

El principal objetivo de esta línea de investigación es profundizar en el estudio de la influencia de las condiciones de operación de oxicombustión en la formación de emisiones contaminantes en procesos de combustión (SO2 y NOx) y en cómo éstas pueden ser minimizadas. Además, se abarca también el modelado matemático de un combustor de LF circulante de cara al diseño, optimización y escalado de estos combustores desde el punto de vista de la retención del SO2 generado en la combustión de carbones en condiciones de oxicombustión.

Planta piloto de lecho fluidizado de oxicombutión de 3 kWt para combustibles sólidos