Sistemas de captura de CO2 acoplados a sistemas de generación de energía eléctrica. Estado del arte.

PATRICIA L. MORES; NICOLÁS J. SCENNA; SERGIO F. MUSSATI

Buenos Aires

Jornada; PRIMERA REUNION DE TRABAJO DEL Programa INGENIERÍA DE PROCESOS Y DE PRODUCTOS (PIPP); 2010

Debido a la necesidad de satisfacer tanto la creciente demanda de energía como la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera, se están realizando enormes esfuerzos para mejorar la performance de los sistemas de captura y compresión de CO2 acoplados a los sistemas de generación de energía eléctrica. De las distintas tecnologías de captura de CO2 conocidas hasta el presente, la absorción química con aminas es el proceso más atractivo ya que es posible implementarlo en plantas de generación de electricidad ya existentes sin requerir importantes modificaciones. Sin embargo su principal desventaja es el costo operativo asociado (consumo de servicios auxiliares de calefacción). Básicamente este proceso consiste en la reacción química entre el CO2 presente en los gases de combustión y una solución de amina y la posterior recuperación del solvente mediante el aporte de una importante cantidad de energía calórica. Luego, el CO2 capturado en la torre de desorción es comprimido a niveles de presión apropiados para su disposición final (transporte y/o almacenamiento). De esta manera, los principales equipos asociados al proceso de captura son: torre de absorción, unidad regeneradora de amina y compresores. Las principales líneas de investigación asociadas a los procesos de captura consisten fundamentalmente en: a) seleccionar y desarrollar nuevos tipos de aminas, b) realizar trabajos experimentales en planta piloto para determinar parámetros cinéticos/termodinámicos del sistema reaccionante y c) modelar, simular y optimizar el proceso y/ o equipos individuales. Todas estas áreas están fuertemente interrelacionadas y los principales desafíos están puestos en incrementar la eficiencia de absorción y reducir el consumo de energía para la recuperación del solvente a un costo mínimo ([1]-[3], entre otros). En este sentido, hemos publicado recientemente un trabajo [4] en el que se presentó un modelo matemático detallado para el proceso de captura implementado en GAMS (General Algebraic Modelling System), que permite optimizar dicho proceso operando en forma desacoplada al ciclo de potencia. El estado del arte indica que existen varios trabajos que evalúan distintas alternativas de integración ([5]-[10]). Sin embargo, el análisis se limita únicamente en proponer modificaciones que surgen de la creatividad del ingeniero y luego analizar sus impactos en la eficiencia y economía total del proceso. Con esta modalidad de trabajo puede ocurrir que algunas alternativas económicas y factibles tecnológicamente no sean evaluadas ya que la búsqueda no se realiza en forma sistemática ni metodológica. Para superar este inconveniente, estamos desarrollando un modelo matemático para el sistema completo (generación de electricidad más proceso de captura). El objetivo específico es optimizar en forma simultánea no solo las condiciones de operación de la planta sino su configuración tanto para el ciclo de potencia como para el sistema de captura. Es importante destacar que ya contamos con el modelo matemático para el proceso de captura [4] y en la actualidad estamos finalizando el modelo correspondiente al ciclo de potencia. Este último modelo considera como máximo tres niveles de presión y la selección del tipo y cantidad de turbinas de vapor (decisiones discretas) se modelan utilizando variables binarias. Luego, la etapa final consistirá en el acople de ambos modelos lo que requerirá indudablemente incorporar nuevas restricciones relacionadas con las distintas alternativas de integración. Así, finalmente se optimizará en forma simultánea: 1) configuraciones de equipos, 2) integración entre ambos procesos y 3) condiciones de operación. Los resultados obtenidos serán comunicados en la próxima reunión.