1
Francisco García PeñaDirector de Ingeniería e IDi
Puertollano, 6 de Junio de 2011
Día Mundial del Medio Ambiente
Resultados pruebas Planta Piloto de
Captura de CO2 y producción de H2
2
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Costes
5. Conclusiones
3
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Costes
5. Conclusiones
4
Compañía ELCOGAS, S.A.
Ubicación Central Térmica GICC Puertollano
Gas alimento Gas de carbón a 20-24 bar
Tamaño 14 MWt (2% del gas total producido en la planta GICC)
Tecnología de captura Precombustión. Captura > 90%. No está previsto almacenamiento
de CO2.
Presupuesto Construcción y Puesta en Marcha: 13,5 M€
Marco PSE, cofinanciado por el MICINN y JCCM
Inicio 2005
Puesta en servicio Octubre 2010
Planta Piloto de Captura de CO2 y Producción de H2. Hechos
Consejería de Educación, Ciencia y Cultura
1. Presentación del proyecto
5
Planta Piloto de Captura de CO2 y Producción de H2. Diagrama de bloques
CICLO COMBINADO
CARBÓN + COQUE
GASIFICACIÓN
Gas bruto SISTEMA
FILTRACIÓN
Gas limpioPURIFICACIÓN
Y DESULFURACIÓN
2% del flujo total (3,600 Nm3/h)
22.6 bar130ºC
60.5 %CO22.1% H2
Gas de cola1,3 bar
Vapor MPREACTOR SHIFT
CO2
SEPARACIÓN CO2 (Química, aMDEA)
183,000 Nm3/h
100 t/d
CO + H2O → CO2 + H2
H2 bruto (80% de pureza)
40%
Gas enriquecido en H2
37,5 % CO250,0 % H23,0 % CO
DEPURACIÓNHIDRÓGENO(UNIDAD PSA)
Compresor reciclo
H2 puro (2 t/d)
99,99% H2 a 15 bar
DULCE/ÁCIDO
+H2S
1. Presentación del proyecto
6
Vista 3D
Vista general actual
Planta Piloto de Captura de CO2 y Producción de H2. Construcción
1. Presentación del proyecto
77
Shifting unit (design data for sweet capture)
Coal gas
IP saturated steam to feed
N2 (start-up)
IP steam
Desulphuration
reactor Shifting rectors
General view of Shifting Unit
Flow
kg/hP
barT
ºCCO
%H2
%CO2
%H2O
%
Coal gas 3,677 19.8 126 60.45 21.95 2.66 0.29
Shifted gas to
separation unit 8,732 17.3 274 1.68 28.37 21.34 43.26
IP saturated
steam to feed 5,055 34.0 243 0.0 0.0 0.0 100
Pilot plant diagram process (I)
Pre-heater
SHIFTED GAS TO SEPARATION UNIT
88
Separation unit
(design data for sweet capture)
Flow
kg/hP
barT
ºCCO
%H2
%CO2
%H2O
%
Shifted gas to
absorber 5,318 15.9 45 2.9 49.7 37.3 0.7
Processcondensated 3,414 15.9 45 0.0 0.0 0.0 100
CO2 product 4,185 1.5 40 0 0.18 95.32 4.47
H2 to PSA 481.7 15.2 40 4.63 79.37 0.5 0.48
Rich H2 gas 1,190.1 15.6 40 4.63 79.37 0.5 0.48
LP Steam toreboiler 4,763 4.1 144 0.0 0.0 0.0 100
General view of
Separation Unit
Pilot plant diagram process (II)
YCO2 product
Rich H2 gas
LP steam
Y40 %
60 %
LP steam to reboiler
H2 to PSA
From shifting
unit
Cooling stage
Absorber
CO2
Stripper
CO2
separator
Syngas
separator
Cond. Separator
Process
Cond.
Shifted
gas
99
PSA unit (design data for sweet capture)
General view of PSA unit
FlowNm3/h
Pbar
TºC
CO%
H2
%CO2
%
H2 from separationunit 1,431 15.2 40 4.63 79.37 0.5
H2 product 795 14.7 43 0.0004 99.99 0.0001
Tail gas 636 1.3 35.9 10.42 53.58 1.13
Rich H2 gas (40 % flow)
Tail gas
H2 product
Adsorbers
H2 from
separation unit
Tail gas drum
Pilot plant diagram process (III)
10
Principales hitos de la planta piloto
Dic 2008
Ago 2009
May 2010
Ago 2010
13 Sept 2010
Oct 2010
Nov 2010
Feb 2011
Abril-Junio 2011
Permiso inicio construcción
Inicio montaje mecánico
Inicio puesta en marcha
Permiso de puesta en servicio concedido
1ª tonelada CO2 capturada
Fin puesta en marcha
Superada prueba continuada de 100 horas con gas dulce
Finalizada etapa de caracterización con gas dulce
2ª etapa pruebas caracterización con gas ácido
Planta Piloto de Captura de CO2 y Producción de H2. Principales hitos
1. Presentación del proyecto
12
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Costes
5. Conclusiones
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Principales dificultades/aprendizaje en fase de proyecto:
• Retraso en la financiación: MICINN y la JCCM.
• Tiempo de entrega de los equipo principales: 12 - 14 meses.
• Ingeniería de detalle: Condicionada por los suministradores.
• Construcción: Retrasada por los permisos de seguridad (planta ubicada en una
planta en funcionamiento).
• Puesta en marcha: Escasa disponibilidad de personal experimentado.
Proyecto PSE-CO2
PRESUPUESTO TOTAL PROYECTO PP CO2 H2 ACTUALIZADO AL AÑO (K€ del año presupuestado)
13.000 13.000 13.000
7.004
8.441 8.300 8.173
1.088
2.383
4.0104.875 5.156
521 531
542
693
833
877 877547 535
521
514
509
508 508
241 235
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
EQUIPOS SERVICIOS PERSONAL OTROS
Distribución delpresupuesto
anual de la planta piloto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
14
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Costes
5. Conclusiones
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Planta piloto captura CO2 y co-producción H2. Pruebas
� Realizadas pruebas con gas dulce (modo de operación de diseño de la instalación)
� Objeto: caracterización del comportamiento de cada unidad por separado
� Planteamiento: Partiendo de unas condiciones de referencia, modificar un parámetro de forma
controlada, volver a las condiciones de referencia, y repetir para otros parámetros
� 700 toneladas de CO2 capturado y 6 toneladas de H2 puro producido hasta la fecha
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
Dulce 1
Caracterización de la unidad de purificación de
H2 con gas dulce
Dulce 2
Caracterización de la unidad de separación de
CO2 e H2 (lavado de aminas) con gas dulce
Dulce 3
Caracterización de la unidad de reacción gas-agua con gas dulce
Inicio Prueba Dulce 2
16
El diseño de pruebas, la operación de la planta y la elaboración de informes está siendo realizada por nueve ingenieras químicas contratadas por la UCLM
Planta Piloto de Captura de CO2 y Producción de H2. Colaboración con UCLM
COLABORACICOLABORACIÓÓN CON UCLMN CON UCLM
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
17
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
Dulce 1
Caracterización de la unidad de purificación de H2 con gas dulce
Parámetros
[1]: presión del H2 puro o producto
[2]: presión del gas de cola
[3]: temperatura de entrada a la unidad
[4]: factor de operación
[5]: caudal de entrada a la unidad
Variables de operación
1): tiempo de ciclo
2): pureza del H2 producto
3): tasa de recuperación de H2
Parámetros
[1]: presión de H2 bruto
[2]: temperatura de desorción
[3]: temperatura de aspiración de bombas
[4]: temperatura de gas de entrada a la unidad de separación
[5]: caudal de entrada a la unidad de separación
[6]: caudal de circulación de las bombas
[7]: presión de desorción
[8] composición del gas de entrada a la unidad de separación
Variables de operación
1): eficacia absorción de la disolución de aminas
2): energía requerida en regeneración de la amina
Dulce 2
Caracterización de la unidad de separación de CO2 e H2 (lavado de
aminas) con gas dulce
Dulce 3
Caracterización de la unidad de reacción gas-agua con gas dulce
Parámetros
[1]: ratio vapor/gas alimentado a la reacción
[2]: presión de trabajo de la unidad
[3]: composición del gas de entrada a la unidad
[4]: temperatura de entrada al primer reactor
Variables de operación
1): temperatura en el lecho del primer reactor, y a la salida del mismo
2): conversión total alcanzada en los dos reactores
14
18
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
Arranque y control de la unidad:
Facilidad de operación por la integración en GICC. Disponibilidad red nitrógeno.
19
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
41
41,5
42
42,5
43
43,5
44
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
ratio vapor/gas
Co
mp
osi
ció
n C
O2 (
%)
95
95,2
95,4
95,6
95,8
96
96,2
96,4
96,6
96,8
97
97,2
XC
O t
ota
l (%
)
Composición CO2 XCO total (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
75 80 85 90 95 100 105 110
T desorción (ºC)
% F
ug
a C
O2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
% F
ug
a H
2
Fuga CO2 Fuga H2
Reacción gas-agua (shifting):
¡El grado de conversión es una
variable a considerar!
Separación CO2-H2:
La temperatura de desorción es
optimizable
20
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
UNIDAD SHIFTING CONVERSIÓN / TEMPERATURA (DULCE)
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
300 350 400 450 500 550 600
Temperature(ºC)
CO (%)
Johnson Matthey Selection High temperature Fresh Potential (Johnson Matthey ) Potential (High temperature)
20/01/11 17:24-28:35
JM simulation (01/10/10)
Real values(SWEET3 test)
JM - Fresh catalyst
PRIMER REACTOR
SEGUNDO REACTOR
GENERADOR DE VAPOR
La conversión alcanzada es muy similar a la teórica, aunque la temperatura de salida del reactor es más alta
La alta conversión obtenida en el primer reactor (cerca del 95%) haráconsiderar la utilización de un solo reactor en el proceso de shifting.
La temperatura de entrada al segundo reactor es más alta de lo esperada
21
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
Comparativa energComparativa energéética disetica diseñño o vsvs real (1real (1asas PruebasPruebas--Dulce)Dulce)
0,79 MWh/tn CO20,88 MWh/tn CO2Ratio Vapor/CO2 producido7
2,852,88Ratio molar vapor/CO4
71,2 %
99,9 %
1,37
75,3 %
88,6 %
Diseño
69,9 %
96,9 %
1,42
73,1 %
88,0 %
Real
η térmico aminas6
C.G.E aminas
Aminas
5
Ratio vapor/gas3
η térmico shifting2
C.G.E shifting
Shifting
1
Parámetro operación
91,7 %
60,2 %
88,5 %
90,6 %
57,2 %
85,3 %
Tasa recuperación CO210
η térmico s+a9
C.G.E s+a
Global(shifting+aminas)
8
22
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Costes
5. Conclusiones
23
Comparación costes de captura de CO2
1) Escalado al 100% del gas de síntesis de la GICC Puertollano a partir de la planta piloto de 14MWt.
2) Coste de captura de plantas existentes = f (costes de inversión + costes fijos + costes variables de O&M)
3) Las primeras estimaciones de ELCOGAS ofrecen valores de 25-30 €/ t CO2
4) Comparación con otros estudios
emitida no COt
captura de planta laañadir de CosteCO€/t emitido, no CO Coste
2
22 =
Fuente: DOE/NETL CCS RD&D ROADMAP December 2010
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
30 forELCOGAS
retrofit
24
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
eficiencia planta GICC con captura de CO2, %
cost
es C
O2,
€/t
CO
2
3.000 h
3.500 h
4.000 h
4.500 h
5.000 h
5.500 h
6.000 h
6.500 h
7.000 h
7.500 h
Costes Captura CO2 (DULCE)
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
100 %Gas tratado
33 %Eficiencia neta de la planta con captura
40 €/MWhPrecio de la electricidad
0.92 Factor de carga media al año
6,500 hHoras de funcionamiento en modo GICC
0.75Factor de escala
0.5 %Margen del banco
3.0 %Euribor
25 Años de vida útil
Data Variables
100 %Gas tratado
33 %Eficiencia neta de la planta con captura
40 €/MWhPrecio de la electricidad
0.92 Factor de carga media al año
6,500 hHoras de funcionamiento en modo GICC
0.75Factor de escala
0.5 %Margen del banco
3.0 %Euribor
25 Años de vida útil
Data VariablesEstimación de costes en escalado a
1:1 añadiéndolo a GICC existente
25
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150€/MWh
€/K
g
60.000
Kg/y
720h
120.000 Kg/y
1440 h
180.000 Kg/y
2160 h
420.000 Kg/y
5040 h
90.000 Kg/y
1080 h
Mejor vender H2
Mejor vender electricidad
Mínimo precio de H2 por coste fijo de producción (personal externo y repuestos) dependiendo de las horas de producción anual.
Mínimo precio del H2 puro en función del precio de la electricidad
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
26
ÍNDICE
1. Presentación del proyecto
2. Lecciones aprendidas y presupuesto final
1. Pruebas r ealizadas
3. Pruebas realizadas hasta la fecha
4. Conclusiones
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4. Conclusiones
� Costes de inversión muy optimizados >> Menores costes de captura que otras opciones
� Pruebas realizadas con éxito. Fácil integración. Puntos de optimización claros
� Shifting: posibilidad de utilizar un único reactor (95 % conversión)
� Aminas: responde a lo esperado. Hay margen de optimización
� PSA: muy estable
� Pruebas gas ácido previstas: 6-10 Junio
A partir de junio 2011: Plataforma versatil para
Investigación, demostración e innovación