Combustión de gases con separación inherente de CO2 mediante transportadores de oxígeno basados en NiO

Resumen

La combustión utilizando transportadores de oxígeno (Chemical Looping Combustion, CLC) se ha convertido en una alternativa muy interesante frente a otras tecnologías de captura porque combina la etapa de combustión y la separación de CO2 en una sola etapa y produce una corriente de CO2 lista para su compresión y almacenamiento sin necesidad de ninguna etapa de separación o consumos adicionales de energía. El proceso CLC se basa en la transferencia de oxígeno del aire al combustible por medio de un transportador de oxígeno en forma de óxido metálico. Para ello se utilizan dos reactores de lecho fluidizado interconectados. El óxido metálico se reduce a metal por medio del gas combustible (CH4, CO + H2), produciendo CO2 y vapor de agua (reactor de reducción), que al condensarse permite obtener CO2 prácticamente puro, pudiendo después comprimirlo y almacenarlo. El transportador de oxígeno, metal, se regenera de nuevo a óxido metálico con aire en el reactor de oxidación, dando una corriente concentrada en N2 sin CO2. La cantidad total de calor generada en los dos reactores del proceso CLC es la misma que en un combustor tradicional. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un transportador de oxígeno de base níquel para el proceso CLC soportado en Al2O3 con un bajo contenido de óxido metálico para la combustión de combustibles gaseosos. Con un transportador de oxígeno preparado por impregnación sobre a-Al2O3 y un contenido de NiO del 18%, se consiguieron elevadas eficacias de combustión cercanas al límite termodinámico trabajando en una planta CLC de 500 Wt con circulación de sólidos con CH4 y gas de síntesis (CO+H2) como combustibles. Se estudió la influencia de las principales variables de operación (temperatura del reactor de reducción, relación oxígeno transportado-combustible y composición del combustible) en la reactividad, la deposición de carbono, la aglomeración y la eficacia de combustión. También se consiguió convertir hidrocarburos ligeros, C2-C3, en esta unidad sin que se produjese deposición de carbono o aglomeración de las partículas. La presencia de H2S en el combustible reducía la reactividad del transportador de oxígeno debido a la formación de Ni3S2. Sin embargo, esta pérdida de reactividad era poco importante cuando la concentración de H2S era menor de 100 ppm. Los parámetros cinéticos para la reducción con CH4, CO e H2 y la oxidación con O2 se obtuvieron a partir de experimentos en termobalanza y fueron posteriormente utilizados para el diseño simplificado de un sistema CLC.