12/15/2009

238. Construcción de una Planta Piloto Gasificadora de Carbón

Autor: Jorge Elías
A. Proyecto: Construcción de una Planta Piloto Gasificadora de Carbón
B. Fundamentación: El carbón es el combustible fósil más abundante y más barato del mundo. Pero al quemarlo libera gases de invernadero, metales pesados tóxicos y sulfuro, que es la principal causa de la lluvia ácida. Las economías más importantes como EUA, China e India, están volviendo a la tecnología de gasificación del carbón para destrabar el valor de sus vastas reservas más limpiamente y para reducir su dependencia de las importaciones de energía que a menudo son más costosas. La tecnología de Shell ahora puede convertir virtualmente cualquier carbón – aún el de grado más bajo y sucio - en gas sintético, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se quema tan limpiamente como el gas natural. El gas sintético tiene valor de mercado directo porque se puede usar para producir una amplia gama de productos de alto valor como la electricidad, los fertilizantes y los combustibles de transporte y productos químicos.

Para crear gas sintético, el carbón pulverizado se mezcla con el oxígeno y el vapor a 1.400-1.600°C (2.552-2.912°F). La tecnología de Shell usa nitrógeno comprimido para transportar una densa corriente de carbón al gasificador – un método más eficiente que el lodo de carbón y agua usado por otras técnicas. Inicialmente el objetivo de la gasificación era producir un gas natural que pudiese transformarse en productos químicos (incluyendo combustibles líquidos). En los últimos tiempos, ha aumentado la disponibilidad del gas natural. La gasificación del carbón, se ha centrado en el suministro de un combustible gaseoso limpio y flexible para la alimentación de plantas industriales, aisladas de suministros de gas natural y para centrales generadoras de energía de ciclo combinado. Este gas sintetico es rico en metano y tiene las mismas características básicas y composición química que el gas natural. Después de tratamiento para eliminar bióxido de carbono es adecuado para servicio doméstico, como gas de bajo poder calorífico.
El exceso de producción de carbón que se extrae anualmente del yacimiento carbonífero de Río Turbio y no empleado en la nueva planta de Generación Termoeléctrica, podría ser destinado a la producción de gas, evitando la generación de residuos contaminantes, y evitar la exportación del remanente de este producto fósil.

C. Objetivos generales: La gasificación del carbón emite menos dióxido de carbono y contaminantes que la combustión convencional del carbón. Más aún, el CO2 de gasificación puede ser capturado más fácilmente que el de las chimeneas – potencialmente para almacenamiento subterráneo. Durante la gasificación, la alta temperatura derrite el residuo mineral en el carbón, que luego cae al fondo del gasificador como escoria. Más tarde ésta se puede usar como material para carreteras.
D. Lugar: Yacimiento de Río Turbio, Río Turbio, provincia de Santa Cruz.
E. Recursos necesarios:
-Aprobación del proyecto por el PEN
-Realización de un estudio de factibilidad
-Estudio del impacto ambiental
-Licitación internacional para la construcción de una planta para transformar el carbón en gas una vez que éste es extraído de la mina por el sistema de llave en mano, con financiación.

F. Características generales: El carbón, así como los materiales asociados con el mismo, contienen elementos que pueden ser liberados durante la combustión, gasificación o pirólisis, dando lugar a contaminantes potenciales de la atmósfera. El nivel de emisión de partículas y polvo en el gas de combustión procedente de todas las calderas y hornos que queman combustibles fósiles, está reglamentado en toda la comunidad. Se han desarrollado equipos, tales como ciclones, precipitadores electrostáticos, filtros húmedos y secos, destinados a atrapar partículas y polvo emitidos en la combustión de carbón y lignito y en plantas de gasificación, los cuales pueden adquirirse fácilmente y son perfectamente capaces de alcanzar los estándares establecidos.
Además, existe la necesidad de eliminar la ceniza acumulada sin perjudicar al medio ambiente. Ciertas cenizas, en especial las procedentes de centrales térmicas que queman combustibles pulverizados, se utilizan principalmente en aplicaciones de ingeniería civil tales como relleno para la construcción, sustitutivo del cemento en el hormigón o en elementos prefabricados. El uso de piedra caliza añadida a la cámara de combustión en calderas de lecho fluidizado con el fin de retener azufre incrementa el volumen de residuos sólidos a desechar, aunque la propiedad de autofraguado de esta ceniza constituye una ventaja.
Con frecuencia, el carbón y el petróleo contienen compuestos de azufre que, en la combustión, emiten dióxido de azufre a la atmósfera, el cual puede retornar a la superficie terrestre, generalmente en forma de lluvia, dando lugar a la lluvia ácida, la emisión de dióxido de azufre de centrales térmicas de carbón puede reducirse mediante el pretratamiento del carbón en el cual se puede eliminar sólo de un 5 a un 30% del azufre. El azufre restante está combinado en la estructura del carbón y no puede eliminarse por medio de procesos físicos tales como el lavado. Los procesos de desulfurización del gas tienen amplia aceptación en centrales térmicas de carbón pulverizado, aunque la inversión y los costes de operación de la planta adicional necesaria aumentan considerablemente el coste de producción de electricidad o calor. Por tanto, los esfuerzos se han concentrado en procesos en los cuales el azufre se elimina con la ceniza en el sistema de combustión u otro reactor.
Los óxidos de nitrógeno que se forman al quemar combustibles fósiles, junto con los de los hidrocarburos que proceden principalmente de tubos de escape de los vehículos, pueden propiciar la formación de ozono con la luz solar. Estos gases también contribuyen a la formación de lluvia ácida. Todos los procesos de combustión tienden a producir óxidos de nitrógeno debido a la reacción entre el nitrógeno presente en el aire y el oxígeno a las temperaturas que se alcanzan durante la combustión. En la combustión del carbón, aumenta la formación de óxidos de nitrógeno a causa de la oxidación de compuestos derivados del nitrógeno presentes en el carbón. La eliminación de óxidos de nitrógeno del gas de combustión es posible pero la mayoría de los métodos se basan en modificaciones de la combustión en la cámara de combustión.
Durante la combustión, todos los combustibles fósiles liberan dióxido de carbono, que es responsable de aproximadamente el 50% de cualquier efecto causado por los tan mencionados “gases de invernadero”, entre los que también se incluyen el metano, el óxido nitroso y los clorofluorocarbonos, fabricados por el hombre y cuyo efecto sobre el equilibrio de los gases en la atmósfera puede dar lugar a un aumento de las temperaturas, alteración de los regímenes.
En algunas ocasiones se pueden encontrar pequeñas cantidades de elementos tales como plomo, cadmio y arsénico, que pueden ser emanados a la atmósfera durante la combustión.

Además, existe un método de ciclo combinado de gas natural y carbón que consiste en alimentar a una caldera de carbón pulverizado con los gases de descarga de una turbina de gas natural. Aparte de aprovechar la potencia generada por la turbina de gas, utilizamos los gases de escape de la turbina de gas para introducirlos en la caldera de carbón y así, mejorar el rendimiento del conjunto. Es posible su explotación con gas natural, con carbón o con el uso combinado de ambos combustibles. La tecnología de gasificación de carbón está consiguiendo en los últimos años resultados muy positivos cuando se encuentra acoplada a un ciclo combinado, es decir, a sistemas que permiten el aprovechamiento de una turbina de vapor y una turbina de gas. Este sistema se conoce con el nombre de Ciclo Combinado con Gasificación de Carbón Integrada (IGCC), que constituye una tecnología de combustión limpia de carbón con una elevada eficiencia energética.
Las ventajas medioambientales de la generación de electricidad por IGCC en la generación de emisiones muy bajas de SO2 y de partículas, lo que hace posible consumir carbones de alto contenido en azufre y baja calidad.

La tecnología de Shell usa una capa protectora de caños llenos de vapor en el gasificador, que dura por toda la vida de la planta y evita que la escoria derretida dañe el interior de las paredes. En la mayoría de los procedimientos de la competencia, las paredes de ladrillo del gasificador son gradualmente carcomidas por la escoria caliente y se deben reemplazar rutinariamente, causando interrupciones en la operación de la planta que reducen su eficiencia. Una planta de 253 megavatios de potencia que usa el método de gasificación de carbón de Shell ha operado en Holanda desde 1993. La tecnología tiene licencia para más de veinte plantas de gasificación, la mayoría está en China.

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