CURSOS DE VERANO 2005 XVIII EDICIÓN UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Puertollano, 14 de Julio de 2005 PRODUCCIÓN DE H2 DE GASIFICCIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO. ELCOGAS S.A. Francisco García Peña

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES. LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD. ACTIVIDADES DE ELCOGAS, INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES.

PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO PRODUCCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES

COMPUESTOS CARBONOSOS 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

1. Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles 1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles. Reacciones proceso gasificación.(2) Combustión:

Compuesto Carbonoso + O2 CO + H2 + N2 + impurezas 1.Producción de H2 a partir de Gasificación de combustibles. Reacciones proceso gasificación.(3) Gasificación: Global: Compuesto Carbonoso + O2 CO + H2 + N2 + impurezas

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

LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado) PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado)

2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). CALDERA AP GASIFICADOR CALDERA MP FILTRACIÓN LAVADO CON AGUA SEPARAC. AZUFRE RECUPERACIÓN CALDERA CALOR PREPARACIÓN CARBÓN COQUE PETRÓLEO CALIZA GAS CRUDO CLAUS GAS DE ENFRIAMIENTO CENIZA AGUA A TRATAMIENTO DE COLA AIRE O2 LIMPIO PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE AIRE (ASU) AIRE COMPRIMIDO N2 RESIDUAL N2 ESCORIA TURBINA DE GAS 200 MWISO GASES DE COMBUSTIÓN CALIENTES VAPOR MP AP TURBINA DE VAPOR 135 MWISO GASES A CHIMENEA TORRE DE REFRIGERACIÓN CONDENSADOR

COMBUSTIBLE POTENCIA Y EMISIONES 2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). PRINCIPALES DATOS DE DISEÑO COMBUSTIBLE POTENCIA Y EMISIONES

2.LA TECNOLOGÍA GICC (Gasificación Integrada en Ciclo Combinado). COMPOSICIÓN DEL COMBUSTIBLE Y DEL GAS DE SINTESIS GAS CRUDO GAS LIMPIO Composición Media real Diseño CO (%) 59,26 61,25 59,30 60,51 H2 (%) 21,44 22,33 21,95 22,08 CO2 (%) 2,84 3,70 2,41 3,87 N2 (%) 13,32 10,50 14,76 12,5 Ar (%) 0,90 1,02 1,18 1,03 H2S (%) 0,83 1,01 H2S (ppmv) 3 6 COS (%) 0,31 0,17 COS (ppmv) 9 HCN (ppmv) 23 38 – GAS DE SÍNTESIS

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 42 Emisión CO2 (kg/MWh) 712 – 783 852 774 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

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

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

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% (> 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

UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD

UTILIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA GICC EN COPRODUCCIÓN DE H2 Y ELECTRICIDAD ALTERNATIVA 1: Producción de H2 mediante separación con membranas + PSA GASIFICACIÓN LIMPIEZA Y DESULFURACION SATURADOR UNIDAD DE SEPARACIÓN DE AIRE GAS CRUDO LIMPIO CICLO COMBINADO CARBON / COQUE PETRÓLEO MEMBRANA DEPURACIÓN H2 (UNIDAD PSA) H2 N2 RESIDUAL N2 AIRE A PRESIÓN O2 GAS COMBUSTIBLE (CO, H2) Pilas de Combustible Automoción Otros usos

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

Coste de captura (€/ton CO2) 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 Membranas Tecnología en desarrollo Baja selectividad 40 - 54 Hidratos Tecnología prometedora No desarrollada (ni fase experimental)

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 < 10 ppm Menos restrictiva: combustión (motores, turbinas)

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

PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO DE GASIFICACIÓN. LA OPORTUNIDAD DE LA PLANTA DE PUERTOLLANO PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES

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

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 PHASE 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

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.

LIMPIEZA Y DESULFURACION SEPARACIÓN CO2 (ABSORCION) PARTICIPACIÓN DE ELCOGAS. INICIATIVAS EUROPEAS Y NACIONALES ESQUEMA DEL PROCESO GASIFICACIÓN LIMPIEZA Y DESULFURACION SATURADOR SEPARACIÓN AIRE GAS CRUDO LIMPIO CICLO COMBINADO CARBON / COQUE PET. REACTOR SHIFT SEPARACIÓN CO2 (ABSORCION) CO2 DEPURACIÓN H2 (PSA) H2 99,99 % VAPOR N2 RESIDUAL N2 AIRE A PRESIÓN O2 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