Diapositiva 1

1
CURSOS DE VERANO 2005XVIII EDICIÓN UNIVERSIDAD
DE CASTILLA LA MANCHAPuertollano, 14 de Julio de
2005
PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD
DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A.

Francisco García Peña
2
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA
OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

1. PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN
   DE COMBUSTIBLES.
2. LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en
   Ciclo Combinado).
3. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD.
4. ACTIVIDADES DE ELCOGAS, INICIATIVAS EUROPEAS Y
   NACIONALES.

3
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA
OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

1. PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN
   DE COMBUSTIBLES

4
1.Producción de H2 a partir de Gasificación de
combustibles.Reacciones proceso gasificación.(1)

• Pirolisis

Char (residuo carbonoso) Líquidos (alquitranes y
aceites) Gases (CO, H2, CO2, CH4,
SH2, NH3, N2, CnHm)
COMPUESTOS CARBONOSOS
CALOR
5
1.Producción de H2 a partir de Gasificación de
combustibles.Reacciones proceso gasificación.(2)

• Combustión

6
1.Producción de H2 a partir de Gasificación de
combustibles.Reacciones proceso gasificación.(3)

• Gasificación
• Global
• Compuesto Carbonoso O2 CO
  H2 N2 impurezas

7
1.Producción de H2 a partir de Gasificación de
combustibles. DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL
COMBUSTIBLE
O2 H2O
GAS BRUTO
GAS LIMPIO
LAVADO ACONDICIONAMIENTO
PREPARACIÓN COMBUSTIBLE
GASIFICACIÓN
FILTRACIÓN
ESCORIAS
CENIZAS VOLANTES
EFLUENTES (CN-,NH3, Cl,...)
CO2
ACONDICIONAMIENTO CO2
OTROS RESIDUOS
GAS DE COLA
SHIFT CO CO H2O CO2 H2
SEPARACIÓN CO2
PURIFICACIÓN H2
H2
H2O
8
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA
OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

1. LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en
   Ciclo Combinado)

9
2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en
Ciclo Combinado).
10
2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en
Ciclo Combinado). PRINCIPALES DATOS DE
DISEÑO
COMBUSTIBLE
POTENCIA Y EMISIONES
11
2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada
en Ciclo Combinado). COMPOSICIÓN DEL
COMBUSTIBLE Y DEL GAS DE SINTESIS
GAS CRUDO GAS CRUDO GAS CRUDO GAS LIMPIO GAS LIMPIO GAS LIMPIO
Composición Media real Diseño Composición Media real Diseño
CO () 59,26 61,25 CO () 59,30 60,51
H2 () 21,44 22,33 H2 () 21,95 22,08
CO2 () 2,84 3,70 CO2 () 2,41 3,87
N2 () 13,32 10,50 N2 () 14,76 12,5
Ar () 0,90 1,02 Ar () 1,18 1,03
H2S () 0,83 1,01 H2S (ppmv) 3 6
COS () 0,31 0,17 COS (ppmv) 9 6
HCN (ppmv) 23 38 HCN (ppmv) 3
GAS DE SÍNTESIS
12
2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en
Ciclo Combinado). TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN
ELÉCTRICA A PARTIR DE CARBÓN
Factor GICC Lecho fluido atmosférico PC subcrítica PC supercrítica
Eficiencia Neta ( PCI) 39,2 43,1 36,0 36,0 42
Emisión CO2 (kg/MWh) 712 783 852 852 774
Emisión SO2 (kg/MWh) 0,07 0,14 1,40 2,50 2,15
Emisión NOx (kg/MWh) 0,05 0,40 0,80 2,30 1,10
13
2. La Tecnología GICC (Gasificación Integrada en
Ciclo Combinado) Ventajas (1)

• Alta eficiencia. Mayor que otras tecnologías de
  generación de energía a partir de carbón, y gran
  potencial de mejora neta 42 ? 50

• Carbón (diversidad de cualidades)
• Combustibles alternativos (pet-coke, RSU,
  biomasa, etc.)
• Disponibilidad de combustible secundario en el
  ciclo combinado

• Alimentación flexible

Fiabilidad en el suministro de energía

• Flexibilidad de producto ? Electricidad, H2,
  CO2, metanol, NH3, gasolinas, etc

Menor riesgo Producción acorde con mercados
14
2. La Tecnología GICC (Gasificación Integrada en
Ciclo Combinado) Ventajas (2)

• Medioambiente

• Menores emisiones de CO2 que otras plantas
  basadas en carbón. Mejor potencial para plantas
  de cero emisiones
• Bajas emisiones de gases ácidos (SO2, NOx) y
  partículas. Similar o mejor que los ciclos
  combinados con gas natural
• Menores residuos. La escoria, ceniza, azufre y
  sales son subproductos
• Menor consumo de agua que otras plantas basadas
  en carbón. No se producen dioxinas/furanos cuando
  se utilizan combustibles orgánicos
• Mejor método para eliminar emisiones de Hg

• Economía

• Combustible muy competitivo con gas natural.
  Coste variable del KWh con carbón es actualmente
  un tercio del producido con gas natural
• Menor coste de captura de CO2 (precombustión)
• Los residuos son productos comerciales.

• Sostenibilidad

• Reservas de carbón para más de 200 años y con
  mejor distribución
• Admite casi cualquier combustible con suficiente
  contenido en carbono

15

• Tecnología GICC.
• Desventajas

• Tecnología en estado de demostración
• Las cuatro grandes plantas basadas en carbón
  (USA EU) informan de disponibilidades GICC
  entre 60 and 75 (gt 90 si se considera el
  combustible auxiliar)
• Principales causas de indisponibilidad
  relacionadas con la falta de madurez
• Diseño de sistemas auxiliares Manejo de
  sólidos, corrosión en paradas, filtros cerámicos,
  materiales y procedimientos adecuados
• Comportamiento de turbinas última generación con
  gas sintético y otros
• Excesiva integración entre unidades. Alta
  dependencia y retrasos en arranques
• Procesos más complejos que otras plantas
  eléctricas de carbón. Se requiere aprendizaje.
  GICC existentes operados por compañías
  petroquímicas con residuos de refinerías informan
  de disponibilidades superiores a 92 (
  Complejidad de procesos similar a los de la
  industria química, varios trenes en paralelo,
  manejo de sólidos más fácil)

• Alto coste de inversión
• Los costes de inversión de plantas existentes
  entre 1,500 y 2,000 /KW

16
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA
OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD

17

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD

ALTERNATIVA 1 Producción de H2 mediante
separación con membranas PSA
Pilas de Combustible Automoción Otros
usos
18

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD

ALTERNATIVA 2 Producción de H2 mediante
reacción shift PSA
N2
UNIDAD DE SEPARACIÓN DE AIRE
N2 RESIDUAL
AIRE A PRESIÓN
O2
GAS CRUDO
GAS LIMPIO
CICLO COMBINADO
GASIFICACIÓN
SATURADOR
LIMPIEZA
DESULFURACIÓN
CO2 (SH2)
CARBON / COQUE PETRÓLEO
GAS COMBUSTIBLE (RICO EN CO2, H2)
DEPURACIÓN H2 (UNIDAD PSA)
VAPOR
H2
SEPARACIÓN CO2 (ABSORCION)
REACCIÓN SHIFT CO H2O ? CO2 H2
Pilas de Combustible Automoción Otros
usos
19

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD. MÉTODOS DE CAPTURA DE CO2

Método Comentarios Coste de captura (/ton CO2)
Adsorción Baja capacidad y selectividad de adsorbentes Alto coste No disponible
Absorción Regeneración compleja Múltiples procesos probados comercialmente Alta selectividad y eficiencia 29 - 44
Criogenia Muy alto consumo energético No disponible
Membranas Tecnología en desarrollo Baja selectividad 40 - 54
Hidratos Tecnología prometedora No desarrollada (ni fase experimental) No disponible
20

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD

PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO EN GICC TECNOLOGÍAS
1. ADSORCIÓN PROCESO PSA (Pressure Swing
Adsorption)
Adsorción de los componentes indeseados
(moléculas de mayor tamaño CO, CO2) a alta
presión, y desorción a baja presión. Se obtiene
corriente de hidrógeno puro y a elevada presión
2. PERMEACIÓN POLÍMEROS / MEMBRANAS
Permeación más veloz del hidrógeno a través de
un polímero / membrana, separándose del CO.
Cuanta mayor pureza, menor tasa de recuperación
del H2
3. DESTILACIÓN CRIOGÉNICA
Diferentes puntos de ebullición del H2 (-252,8ºC
a 1 atm) y el CO (-191,5ºC a 1 atm), que se
separa por cola

• Condiciones de operación (P, contenido H2,
  recuperación)
• Aplicación final del hidrógeno Pureza requerida

CRITERIOS DE SELECCIÓN

• Más restrictiva PEMFC CO lt 10 ppm
• Menos restrictiva combustión (motores, turbinas)

21

1. UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN
   DE H2 Y ELECTRICIDAD

POTENCIAL DE LA TECNOLOGÍA GICC EN LA ECONOMÍA
DEL H2. COSTES DE PRODUCCIÓN

• El carbón es un recurso abundante y económico
  para la producción
• de Hidrógeno en Centrales GICC
• Mediante la tecnología de gasificación con
  captura de CO2, es posible
• producir Hidrógeno libre de emisiones
  contaminantes

COMPARACIÓN DE COSTES DE PRODUCCIÓN DE H2
(/GJ H2 , año 2020)
H2 de gas natural con captura de CO2 5,6 - 8,9
H2 de carbón - GICC con captura de CO2 6,5 8,9
H2 de biomasa (gasificación) 8,1 14,5
H2 de energía nuclear 12,1 16,2
H2 de energía eólica 13,7 18,6
H2 de energía termosolar 21,8 28,3
H2 de energía solar fotovoltaica 38,0 60,6
Fuente IEA 2003
22
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA
OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO

1. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y
   NACIONALES

23
4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS
Y NACIONALES
EL PROYECTO HYPOGEN

• En las presentaciones que realiza la Comisión
  sobre el proyecto lo presenta con el título
• Gran instalación de generación de hidrógeno y
  electricidad a partir de combustibles fósiles con
  captura y secuestro de CO2. Enmarcado como
  Proyecto Quickstart en la Iniciativa Europea
  para Crecimiento.
• Con los objetivos
• Explorar los límites del uso de hidrógeno como un
  medio de descarbonatar los combustibles fósiles
  actuales y por tanto su potencial como puente
  hacia la economía del hidrógeno
• Un proyecto europeo de exposición, con desarrollo
  modular y por etapas
• Un lecho de pruebas vivo donde innovaciones
  tecnológicas pueden ser introducidas
  adecuadamente
• Estrecha coordinación y complemento con HYCOM
  para obtener grandes cantidades de hidrógeno
  limpio a niveles aceptables de costes para
  aplicaciones masivas

24
4. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS
Y NACIONALES
EL PROYECTO HYPOGEN
El Joint Research Centre y el European Science
Technology Observatory, de la CE, son encargados
de realizar el estudio de prefactibilidad y
presentan el siguiente programa indicativo
Funding (Costs?) Phasing Scenario COM(2003)690 PHA
SE I 2005-07 300 M PHASE II 2007-12
800 M PHASE III 2012-15 200 M
JRC ESTO Prefeasibility Study
PROJECT
DEFINITION
TECHNICAL FINANCIAL
Project Phases
PLANNING
IMPLEMENTATION
COMMISSIONING of H2
COMMUNITIES
OPERATION
VALIDATION
Year
25

1. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y
   NACIONALES

PROYECTO PLANTA PILOTO

• Objetivo ? Utilización de un 2 del gas de
  síntesis limpio de la central para la producción
  de hidrógeno con captura de CO2

• Producción de 2.500 Nm3/h de hidrógeno para
  venta a red de hidrógeno o uso como combustible
  en turbina de gas y pilas de combustible para
  generación eléctrica
• Separación de 25.000 t/año de CO2 (eficiencia de
  captura superior al 85) para su uso o pruebas
  de almacenamiento geológico

• Bases de diseño
• Demostrar la factibilidad de captura de CO2 y
  producción de H2 en una planta GICC alimentada
  con combustibles fósiles y residuos.
• Obtener datos económicos suficientes para escalar
  resultados al tamaño de la planta de Puertollano.
• Obtener H2 de la pureza requerida para su uso en
  pilas de combustible.
• Separar más del 80 del carbono total del
  combustible como CO2 de forma que se pueda
  proceder a su almacenamiento geológico seguro.

26

1. PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y
   NACIONALES

ESQUEMA DEL PROCESO
183.000 Nm3/h
H2 BRUTO 6,5 CO2 77,4 H2 2,9 CO
GAS LIMPIO 19,4 bar 302 ºC 60,5 CO 22,1 H2
GAS RICO H2 39,0 CO2 50,5 H2 1,9 CO