Combustión con transportadores sólidos de oxígeno Fronteras de la

Combustión con transportadores
sólidos de oxígeno
Fronteras de la Energía
Juan Adánez
Instituto de Carboquimica (CSIC)
Benasque - 8 Julio 2009
Escenario intermedio (B2-550 ppm CO2)
Emissions (MtCO2 per year)
90,000
80,000
Aumento eficiencia
70,000
Renovables
60,000
Nuclear
50,000
Carbón a Gas
40,000
Captura y
almacenamiento
CO2
30,000
20,000
Emisiones a la
atmosfera
10,000
2005
2020
2035
2050
2065
2080
2095
1
Captura de CO2
IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage,
Storage, 2005
Captura de CO2
Procesos de post combustión
-La captura de CO2 se realiza en los humos, después de la
combustión en aire.
-Concentraciones de CO2 bajas (3-15 %).
Procesos de precombustión
El CO2 se captura de una mezcla rica en H2 a presiones medias
(15-40 bar) y concentraciones de 15-40 % CO2.
Combustión oxyfuel
- Combustión con mezclas O2/CO2
- Ciclos avanzados con membranas de difusión de oxígeno.
- Combustión con transportadores sólidos de oxígeno.
“Chemical Looping Combustion”
2
Oxyfuel combustion
- El coste principal de la captura de CO2 corresponde a su separación
de los humos de combustión.
- En los procesos oxyfuel, la combustión se lleva a cabo sin N2,
utilizando una mezcla de O2 y CO2 recirculado.
- Los humos de combustión están formados principalmente por CO2 y
H2O.
H2, energía
Gas natural
Carbón, biomasa
Turbina
Turbinade
degas
gas
Caldera
Caldera
H2O, CO2
CO2
Condensador
Condensador
O2
H2O
Recirculación CO2
Unidad
Unidad
Separación
Separación
aire
aire
Aire
N2
Combustión con transportadores sólidos de oxígeno
Chemical-Looping Combustion (CLC)
33 % CO2
66 % H2O
96 % N2
4 % O2
CO2
MeO
Reactor
oxidación
H2O
Reactor
reducción
Me
Aire
N2 + O2
Gas
combustible
Reducción
CH4 + 4 MeO
4 Me + CO2 + 2 H2O
∆Hr
Oxidación
2 O2 + 4 Me
4 MeO
∆Ho
Total
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O
∆Hc = ∆Hr + ∆Ho
3
Diagrama del proceso CLC
• Reactor de lecho
fluidizado:
NN2 ++OO2
2
2
MeO
- Tecnología probada
- Disponible
comercialmente
MeO
HH2OO
2
líquida
líquida
- Relativamente sencilla
Reactor
oxidación
- Costes moderados
Me
Reactor
reducción
CO
CO22
líquido
líquido
Gases no condensables y
CH4 sin reaccionar CH , CO, H
4
2
Aire
Desarrollo de la tecnología CLC
Diseño del reactor
Oxidación: lecho fluidizado
circulante
Reducción: lecho fluidizado
burbujeante o circulante
Combustible
Reactor
Reactor
oxidación
oxidación
Reactor
Reactor
reducción
reducción
CO2
Gas natural
Gas de síntesis (CO+H2)
Gas de refinería
Combustión directa de carbón
Transportadores de oxígeno
Oxygen carriers
H2O
H2 + CO
Gasificación
Carbón
H2O
Aire
Gas natural
O2
Aire
Oxidos metálicos Ni, Cu, Fe o Mn
4
Development of Different processes
Desarrollo
de procesos
CLC de combustibles gaseosos (gas natural, gas de refinería,
gas de síntesis)
H2
CLR (a)- reformado autotérmico
CLR (s)- integración de CLC con el reformado con vapor
H2
CLC de combustibles sólidos
Transportador de oxígeno
Un óxido metálico (Fe, Cu, Ni, Mn) que transporta oxígeno desde el
aire al combustible evitando el contacto directo entre aire y combustible.
Un material inerte (Al2O3, SiO2, TiO2, MgO, ZrO2, MgAl2O4, NiAl2O4,
bentonita, caolín,…).
Hay transportadores de oxígeno adecuados para cada uno de los
procesos.
Chemical-Looping Reforming (CLR)
Reformado autotérmico CLR(a) para la producción de gas de síntesis.
Diferencias entre CLR y CLC:
• Generación de syngas sin necesidad de O2
• Reacción principalprincipal- oxidación parcial
Reactor
ón:
reducci
Reactorde
dereducció
reducción:
MeO
MeO++CH
CH44
CH
CH4 ++HH2OO
4
2
Reactor
Reactor
Oxidación
Oxidación
Me
Me++CO
CO++22HH22
CO
+
3
CO + 3HH2
Reactor
Reactor
Reducción
Reducción
2
Reactor
ón:
oxidaci
Reactorde
deoxidació
oxidación:
Me
MeO
Me++½½OO22
MeO
CO+H2
• Necesidades inferiores de oxígeno en el
reactor de reducción que en CLC.
– Oxygen carriers con menor R0
– Inventarios de transportador de oxígeno
inferiores en el reactor.
• Reacción de reducción más endotérmica.
– Mayores caudales de circulación para mantener
la temperatura en el reactor de reducción.
Aire
CH4+H2O
H2O/CH4=0.3
5
Reformado autotérmico con transportadores-CLR(a)
N2 + O2
MeO
H2O
Syngas
CO + H2
Reactor
oxidación
Shift
Reactor
Me
H2
PSA
Reactor
reducciónreducciónreformado
H2O
steam
Air
CO2
CH4
Gas residual
con CO+CO2+ H2
Chemical-Looping Reforming (CLR)
Reacciones
H2/CO
Reformado NiO
NiO + CH4
Ni + CO + 2 H2
2
4 Ni + CO2 + H2O
----
Combustión
4 NiO + CH4
Reformado con vapor – catalizada por Ni
CH4 + H2O
CO + 3 H2
3
Descomposición de metano- catalizada por Ni
CH4
C + 2 H2
∞
Reacción de intercambio- Water gas shift
CO + H2O
CO2 + H2
-----
6
Mn
Fe
Co
MnO
Fe0.947O CoO
Mn3O4
Fe3O4
Mn2O3
Fe2O3
Ni
Cu
Cu2O
CuO
NiO
Transportadores
de oxígeno
Co3O4
Capacidad de transporte de
oxígeno
m − m red
R o = ox
m ox
Capacidad de transporte de oxígeno
0.3
MnO2
0.25
0.214
0.201
0.2
0.15
0.112
0.1
0.1
0.07
0.033
0.05
/C
u
/C
u
Cu
2O
/N
i
Cu
O
Ni
O
4
/C
4
/F
e3
O
Co
3O
/M
nO
3
4
Fe
2O
n3
O
M
oO
0
R0 es un indicador de la cantidad de
oxígeno que puede transportarse
entre ambos reactores.
Oxidos metálicos
Fe
Fe
Mn
Mn
Cu
Cu
Ni
Ni
4.8
0.4
3.1
15.4
68.1
US $/kg
$/kg
US $/kg
$/kg
US $/kg
$/kg
US $/kg
$/kg
US $/kg
$/kg
Co
Co
CO
CO22pureza
pureza
Capacidad
Capacidadtransporte
transporte
Reactividad
Reactividadcon
conCH
CH44
Punto
ón
fusi
Puntode
defusió
fusión
Coste
Coste
Toxicidad
Toxicidad
Coste del material
Cu
Fe
Mn
Ni
Co
Más barato
7
Desarrollo de transportadores de oxígeno
Ciclos de Reducción-Oxidación
1.0
Óxido metálico diluido en una
matriz inerte.
Conversión
CuO puro
0.8
Soporte
Soporteinerte:
inerte:
--Da
estabilidad
Da estabilidaden
enlas
lasreacciones
reaccionesredox
redoxcíclicas.
cíclicas.
0.6
--Aumenta
Aumentalalasuperficie
superficiede
dereacción.
reacción.
--Aumenta
la
resistencia
a
la
Aumenta la resistencia a laatrición.
atrición.
0.4
0.2
0.0
0
100
200
300
400
Tiempo (min)
--Puede
Puedeactuar
actuarcomo
comoconductor
conductoriónico.
iónico.
--Disminuye
la
capacidad
de
transporte.
Disminuye la capacidad de transporte.
Capacidad de transp. oxígeno
R0 (%)
100
80
Fe
Fe22OO33 / /Fe
Fe33OO44
Mn
Mn33OO44/ /MnO
MnO
NiO
NiO / /Ni
Ni
CuO
CuO / /Cu
Cu
3.3
3.3
7.0
7.0
21.4
21.4
20.1
20.1
2.6
2.6
5.6
5.6
17.1
17.1
16.1
16.1
MeO (% peso)
60
40
20
2.0
2.0
4.2
4.2
12.8
12.8
12.0
12.0
1.3
1.3
2.8
2.8
8.5
8.5
8.0
8.0
0.6
0.6
1.4
1.4
4.3
4.3
4.0
4.0
10
0.3
0.3
0.7
0.7
2.1
2.1
2.0
2.0
Características
del
transportador
Development of Different
processes
Reactividad y capacidad de transporte de oxígeno altas.
Selectividad adecuada- CO2 and H2O para CLC y CLR (s)
o CO y H2 CLR (a).
Resistencia a la atrición y la fragmentación durante la operación LF
Durabilidad alta.
Manteniendo las propiedades químicas, estructurales y mecánicas
durante un número elevado de ciclos de reducción/oxidación.
Baja deposición de C para evitar el cortocircuito de C entre reactores, lo
que reduce la eficacia de captura de CO2.
Sin problemas de aglomeración durante la reacción en lecho fluidizado.
Sin problemas ambientales.
Inertes
- Al2O3
- NiAl2O4
- Bentonita
- Sepiolita
- MgAl2O4
- ZrO2
- SiO2
- TiO2
8
Development of Different
processes
Limitaciones
termodinámicas
10
Minimum concentration in FR exhaust [v-%]
CH4 puro, T = 850°C, composiciones de equilibrio:
1
CO + MeOx ↔ CO2 + MeO( x −1)
CO + H 2O ↔ CO2 + H 2
0.1
CO
H2
0.01
0.001
0.0001
0.00001
Cu/CuO
Fe3O4/Fe2O3 MnO/Mn3O4
Ni/NiO
Co/CoO
Database: Ihsan Barin 3rd Ed., 1995.
Entalpía de reacción
Reducción
CH4 + MeO
Me + CO2 + 2 H2O
∆Hr
Oxidación
2 O2 + Me
MeO
∆Ho
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O
∆Hc = ∆Hr + ∆Ho
CH4 + 2 O2
Mn3O4
MnO
200
Fe2 O3
Fe3 O4
Co3O4
CoO
NiO
Ni
CO + 1/2 O2
CuO
Cu
Mn3O4
MnO
Fe2 O3
Fe3 O4
Co3O4
CoO
NiO
Ni
H2 + 1/2 O2
CuO
Cu
Mn3O4
MnO
Fe2 O3
Fe3 O4
Co3O4
CoO
NiO
Ni
CuO
Cu
∆ Hr0 (kJ /mol gas)
0
-200
-400
-600
-800
-1000
∆Hr0 = - 802.3 kJ/mol
kJ/mol CH4
∆Hr0= - 283.0 kJ/mol
kJ/mol CO
∆Hr0 = - 241.8 kJ/mol
kJ/mol H2
Database: Ihsan Barin 3rd Ed., 1995
9
Air
Air
reactor
reactor
Fuel
Fuel
reactor
reactor
CO2
H2O
Gas conc. (% vol. base seca)
Efecto del S en CLC con transportadores de Ni
35
30
25
test 0: 870 ºC : 0 ppm
test 3: 870 ºC : 100 ppm
test 2: 870 ºC : 300 ppm
test 1: 870 ºC : 500 ppm
20
15
test 5: 870 ºC : 800-1000 ppm
10
test 6: 830 ºC : 300-800 ppm
5
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
Tiempo (min)
Aire
Gas combustible
La desactivación del transportador es
baja a concentraciones de H2S
inferiores a 100 ppm.
Reacciones del S en una planta CLC
Reactor reducción- Fuel reactor
3 Ni + 2 H2S → Ni3S2 + 2 H2
3 NiO + 2 H2S + H2 → Ni3S2 + 3 H2O
Air
Air
reactor
reactor
Fuel
Fuel
reactor
reactor
Reactor de oxidación- Air reactor
CO2
Ni3S2 + 7/2 O2 →3 NiO + 2 SO2
H2O
A temperaturas inferiores
NiO + SO2 + ½ O 2 → NiSO4
Aire
Gas combustible
En unidades CLC industriales con altas temperaturas en el riser, no
se formará sulfato de niquel y el S se desprenderá como SO2 en el
reactor de oxidación (AR).
10
Desarrollo de transportadores de oxígeno
Factores considerados
Capacidad de transporte, termodinámica, cinética.
Estabilidad mecánica, coste, aspectos ambientales.
Estabilidad química durante ciclos redox.
Materiales candidatos y caracteristicas:
Óxidos metálicos: NiO, Fe2O3, CuO y Mn3O4, ilmenita
Soportes: Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2
Métodos de preparación: extrusión, impregnación y spray-drying + sinterización
Métodos de caracterización.
Seleción preliminar por termogravimetría-TGA (reactividad, conversión, r. mecánica)
Caracterización detallada en TGA de materiales seleccionados.
Multiciclos en reactores de lecho fluidizado discontinuo.
Operación en una unidad CLC en continuo.
Transportadores de oxígeno de Ni para CLC
Oxygen
Oxygencarrier:
carrier: NiO
NiO(40%)
(40%)//NiAl
NiAl22OO44
Método de preparación: Spray-drying
Tcal:
dp
Densidad:
1450°C 6h
125-180 µm
3670 kg/m3
Oxygen
Oxygencarrier:
carrier: NiO
NiO(18%)
(18%)//ααAl
Al22OO33
Método de preparación : Impregnación
Tcal:
dp:
Densidad:
Porosidad
Resistencia
mecánica
950°C 1h
100-300 µm
2400 kg/m3
40.5
4.8 N
11
Transportadores de oxígeno de Ni para CLC
Método de preparación
Propiedades OC
Método:
Impregnación
Contenido NiO (wt%):
18
Soporte:
α- Alúmina
Densidad (kg/m3) :
2400
dp :
100 - 300 µm
Crushing strength:
4.8
Porosidad (%):
40.5
Ni
(a.u.)
T calcinación: 950 ºC
Distribution uniforme de
Ni en el interior de las
particulas
0
50
100
150
200
250
300
dp (µm )
Transportadores de oxígeno de Ni para CLC
NiO activo (%)
18
Porosidad (%)
Densidad (g/cc)
Strength (N)
40.5
2.4
4.8
Oxygen carrier
Distribución tamaños de poros
XRD polvo- fases cristalinas
α
Incremental intrusion (cc /g nm)
3.0e-3
α
2.5e-3
α
α
2.0e-3
A
B
A=
iAl2O4
1.5e-3
α
B=
iO
α=α
α-Al2O3
1.0e-3
A α
α
α
A
A
A
A
3
0.0
1
10
100
Pore diameter (nm)
10
20
30
α
αB
5.0e-4
40
50
60
70
80
1000
2-Theta - Scale
12
Desarrollo de transportadores de oxígeno
Reactividad- datos TGA
Reducción
Oxidación
Conversión
1.0
0.8
Elevadas reactividades de
oxidación y reducción.
90% de conversión durante la
reducción en menos de 1 minuto.
0.6
0.4
0.2
0.0
0
1
2
3
4 0.0
0.5
Tiempo (min)
1.0
Desarrollo de transportadores de oxígeno
Purge
Reduction
50
Distribución
de gases
40
H2O
30
CO2
20
10
H2
CH4
0
0
30
60
90
120
150
CO
180
210
240
270
300
0.050
time (s)
Velocidades de atrición
Weight loss (%)/cycle
Concentration (vol %, dry basis)
60
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
0
20
40
60
80
100
Cycle number
Elevada selectividad a CO2 y H2O en la combustión de metano.
Sin problemas de aglomeración o defluidización.
Velocidades de atrición bajas y estables de 0.01%/ciclo.
13
Combustión CLC en contínuo
EnergeticEfficiency
Efficiency
Energetic
100
100
Concentration(%
(%vol.
vol.dry
drybasis)
basis)
Concentration
Efecto de la relación oxygen carrier a combustible.
equilibrium
equilibrium
95
95
90
90
85
85
80
80
75
75
0
800 ºC
800 ºC
850 ºC
850 ºC
880 ºC
880 ºC
1
0
2
1
3
2
4
3
4
8
6
4
2
0
8
H2
H2
CO
CO
CH4
CH4
6
4
2
0
0
0
1
1
2
3
3
4
4
φφ
φφ
E=
2
n ng ,i ∆H c ,ng − ( nCH 4,o ∆H c ,CH 4 + nCO ,o ∆H c ,CO + n H 2,o ∆H c ,H 2 )
n ng ,i ∆H c ,ng
100
Transportadores de oxígeno de Ni para CLR(a)
Oxygen
Oxygencarrier:
carrier: NiO
NiO(21%)
(21%)//γγAl
Al22OO33
Método preparación : Impregnación
950°C 1h
100-300 µm
1700 kg/m3
50.7
2.6 N
Ni21 γ-Al2O3
100
Reduction
80
N2 Ox
CO2
CO
H2
CH4
X carrier
60
100
80
60
40
40
20
20
0
0
Carrier conversion
Concentration (vol%, dry basis)
Tcal:
dp:
Densidad:
Porosidad:
Resistencia
mecánica
Tª = 950 ºC
H2O/CH4= 0.7
0
200 400 600 800 1000 1200 1400
Time (s)
14
CLR(a)-Efecto del caudal de circulación
NiO21 γ-Al2O3
T=900ºC, H2O/CH4= 0.3
80
P = 1 bar
70
H2
60
50
40
30
CO
H2O
20
CO2
10
CH4
0
1.0
2.0
3.0
4.0
P = 3 bars
70
Concentration (vol%)
Concentration (vol%)
80
60
H2
50
40
H2O
30
CO
20
CO2
10
0
1.0
5.0
2.0
4.0
5.0
NiO/CH4
NiO/CH4
80
80
P = 5 bars
70
Concentration (vol%)
Concentration (vol%)
CH4
3.0
H2
60
50
40
H2O
30
CO2
20
10
CO
CH4
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
P = 10 bars
70
H2
60
50
40
H2O
30
20
10 CH
4
0
1.0
CO
CO2
2.0
NiO/CH4
3.0
4.0
5.0
NiO/CH4
Reformado autotérmico CLR(a)
Efecto del caudal de circulación de transportador
80
1 bar
lines= datos equilibrio
CH4= 50%
Concentración (vol%)
70
60
H2
1 bar
50
40
3 bars
10 bars
30
5 bars
H2O
CO
10 bars
20
10
CO2
CH4
0
1.0
1.5
2.0
2.5
NiOreacted/CH4
NiO21 g-Al2O3
T=900ºC, H2O/CH4= 0.3
15
Combustión CLC con carbón
CO2
N2 + O2
H2O
Oxid.
Oxid.
Carbón
Reactor
Reactorreducción
reducción
O2
Aire
Aire
CO2 + H2O
N2
Combustión CLC con carbón
La reacción entre el carbón y el transportador de oxígeno se realiza
realiza a
través de una etapa intermedia de gasificación del carbón.
Procesos en el reactor de reducción
Gasificación de carbón:
C + H2O
CO + H2
Reacción con el transportador:
MexOy + H2
MexOy-1 + H2O
MexOy + CO
MexOy-1 + CO
Comb. sólido
Humedad
Comb.
gaseoso
CO2
H2O
Volatiles
CO2
MeO
H2O
CO
Efectos en diseño del reactor de reducción:
La gasificación del carbón es la etapa
Carbón
H2
MeO
controlante
H2O
Contaminación del transportador
CH4
Necesidad de separar las cenizas
Necesidad de un “carbon stripper”
H2O
CH4
16
Diseño de proceso
ChemicalChemical-looping Combustion
Propiedades de transportador
FO2(1(1-∆XO2)
Capacidad
Capacidad
transporte
transportede
de
oxígeno
oxígeno
F1 =F0
FR
Ciclón
Reactor
Oxidación
FR-F1
Reactor
de cierre
Reactor
reducción
FR
Reactividad
Reactividad
Datos diseñ
diseño
FCO2+FH2O
Caudal
Caudalde
de
circulación
circulación
de
desólidos
sólidos
F0
Inventario
Inventariode
de
sólidos
sólidos
Carrier
Loop
seal
Dependen de:
Ff
- Tipo de transportador
- Contenido en óxido metálico
- Reactividad
- Gas utilizado
Gas
combustible
FN2+FO2
Aire
Caudal de circulación de sólidos
Inventario de só
sólidos debe ser lo suficientemente alto como para
alcanzar la combustió
combustión completa del gas.
Hay que minimizar el inventario de sólidos:
- Disminuye el tamaño del reactor y los costes.
- Disminuye la potencia consumida en la fluidización.
- Menores costes del transportador de oxígeno.
Depende de la reactividad
g O/g sample
- Capacidad de transporte
- Reactividad (ciclos redox)
- reducción
- oxidación
Cu40Si_950_reduction
0.1
X=1
0.075
cycles 25, 50, 75, 100
0.05
0.025
0
0
0.5
1
1.5
2
Time (min)
2.5
3
17
Caudal de circulación de sólidos
El caudal de circulación de sólidos entre reactores debe ser
suficientemente alto como para transportar el oxígeno necesario para
la combustión y el calor de reacción necesario para mantener la
temperatura en el reactor de reducción.
Reducción
endotérmica
(CH
ooFe
2O3):):el
Reducción
endotérmica
(CH44con
conNiO
NiO
el
CO + 1/2
O2
H
2 + 1/2
2 3
.FeO2O
calor
necesario
para
la
reducción
lo
transportan
los
calor Fenecesario
para
la reducción
lo transportan
los
m
Mn O
O
Co O
NiO
CuO
Mn O
Fe O
Co O
NiO
CuO
solidos.
MnO
Fe O
CoO
Ni
Cu
MnO
Fe O
CoO
Ni
Cu
solidos.
CH4 + 2 O2
Mn3O4
MnO
200
Fe2 O3
Fe3 O4
Co3O4
CoO
NiO
Ni
CuO
Cu
3
4
2
3
3
4
3
4
3
4
2
3
3
4
3
4
100
T
-200
MeO content (wt %)
∆ Hr0 (kJ /mol gas)
0
-400
-600
-800
80
< 700 ºC
60
850
40
900
+ circulación
20
-1000
NiO+CH4
∆Hr0 = - 802.3 kJ/mol
kJ/mol CH4
0 CO
∆Hr0= - 283.0 kJ/mol
kJ/mol
0.0
Optimization del proceso
10000
100
100
10
10
1
0.0
0.2
0.4
0.6
∆ XS
0.8
1
1.0
TAR=950 ºC
∆Hr0 = - 241.8 kJ/mol
kJ/mol H2
0.4
0.6
∆Xs
0.8
1.0
Valores bajos de ∆X necesitan
caudales de circulación altos
con inventarios de sólidos
elevados en los reactores.
Valores altos de ∆X
necesitan caudales de
circulación de sólidos bajos
1000
1000
0.2
Gs (kg OC/ m2 s MW)
Mínimum solid inventory (kg OC/MW)
FR
700
750
CO800
Oxygen carrier
Fe45AlFe45Al-FG
Cu10AlCu10Al-I
Ni40AlNi40Al-FG
18
Instalaciones de Combustión CLC
ICB- CSIC
500
10
W
kW
Chalmers Univ. Technol.
300
10
W
kW
Tech. Univ. Vienna
120
kW
Tech. Univ. Darmstadt
(en construcción)
1
MW
Instalación de combustión con transportadores sólidos de oxígeno CLC
10 kW Unit
Instituto de Carboquímica
ICB-CSIC
Gracias por su atención
19
Caudal de circulación de sólidos
El caudal de circulación de sólidos entre reactores debe ser
suficientemente alto como para transportar el oxígeno necesario para
la combustión yy el
el calor
calr de
de reacción
reacción necesario
necesario para
para mantener
mantener la
temperatura en el reactor de reducción.
•
1
m = MO
Ro ,OC
2d 1
∆H co ∆X s
Referencia:
- 1 MW t
- Xgas completa
kg MeO
S MW
.
0.25
0.25
16
m
CH4
Syngas
Tipo de transportador
Tipo de Gas
m (kg MeO/ s MW)
X0.20
0,AR
0.20
12
0.15
0.15
Fe2O3/Fe3O4
R
Roo0.10
8
% MeO
kJ/mol
molf/s
molO/s
CH4
- 802
1.25
5
CO
- 283
3.53
3.53
H2
- 242
4.14
4.14
C
L
C
•
0.10
Reactor
oxidación
Reactor
reducción
0.05
0.05
4
∆X
CuO/Cu
∆Xs
N
Ni iO
O /N
/ i
C Ni
Co oO
O /C
/ o
Cu Co
Cu O
O /C
C /C u
Cu u2 u
O
M 2O /C
M n3 /C u
n3 O u
4
Fe O4/ /M
Fe 2O M nO
2O 3 nO
/F
W 3/F e
W O3 e3 3O4
O /W O
3/ O 4
W 2
O .7
2. 2
72 2
2
s
0.00
0.00 NiO/Ni
0
0.0
0.2
0.4
0.6
∆ Xs
0.8
1.0
X0,FR
CLC a presión
Syngas de
gasificación de
carbón
MeO
Natural gas
a presión
CO2 a
compresión
OX
Condensador
Turbina
CO2/vapor
RED
HRSG
Me
N2+O2
humos
1 bar
H2O
Aire
Generador
Turbina
vapor
20
Combustión
Combustiónaa presión
presión
La combustión a presión aumenta la eficiencia térmica
1.0
1.0
0.6
0.4
H2
0.2
CO
O2
CH4
0.0
0
10
20
0.6
0.4
H2
CO
0.2
CH4
0.0
30
Cu10Al
0.8
(-rg) (mol gas /kgOC s)
Expected
1.0
Ni40Al
(-rg) (mol gas /kgOC s)
(-rg) (mol gas /kgOC s)
Fe45Al
0.8
0
Pressure (atm)
O2
10
20
0.8
0.6
0.4
CH4
0.0
30
H2
O2
0.2
0
Pressure (atm)
CO
10
20
30
Pressure (atm)
Totalcon
solids
inventory
∆X=0.3)
El aumento de reactividad
la presión
total (es
menor de la esperada.
esperada.
Inventario
FR+AR
P = 1 atm
P = 10 atm
CH4
Fe45Al
H2
CO
CH4
1244
----
51
53
70
52
45
---
Ni40Al
H2
34
43
CO
CH4
39
57
133
---
Cu10Al
H2
86
52
CO
104
82
Cmedia,FR= 20 %
Cmedia, AR=11%
21