Análisis y optimización del proceso de filtración de gases a alta temperatura mediante nuevos materiales filtrantes

Resumen

El incremento de la eficiencia energética en las grandes instalaciones de producción de electricidad a partir de carbón es uno de los pasos necesarios para cumplir los objetivos de reducción de emisiones de CO2 propuestos de cara a frenar el cambio climático. En este sentido, se está trabajando intensamente en los últimos años en el desarrollo de las denominadas tecnologías avanzadas de combustión, entre las que destacan, en base a la disponibilidad de su implantación a corto o medio plazo, la Gasificación Integrada en Ciclo Combinado (GICC) y la Combustión en Lecho Fluido a Presión (CLFP). Entre los retos tecnológicos que se plantean a la hora de superar la fase de demostración a escala industrial de las citadas tecnologías, se encuentra el desa-rrollo de sistemas de filtración de gases a alta temperatura. Aunque se dispone de filtros cerámicos comerciales que han superado largos períodos de operación en plantas de demostración, esta tecnología no se considera aún madura. Por otro lado, los filtros cerámicos tienen un coste elevado, incrementado la inversión nece-saria para implantar las técnicas avanzadas de combustión respecto de la requerida por las convencionales y dificultando su integración en el mercado de la producción de energía eléctrica. En este trabajo, se presenta un prototipo de filtro cerámico fabricado en SiC biomórfico, un material barato y respetuoso con el medio ambiente que se enmarca en la línea de búsqueda de nuevos materiales de filtración que faciliten una operación a alta temperatura más eficiente, más segura y más económica en plantas GICC y CLFP. Para evaluar su funcionamiento, en primer lugar, se ha lleva-do a cabo la adaptación de la planta de filtración de gases a alta temperatura exis-tente en las instalaciones del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Sevilla. A continuación, se ha realizado un plan de pruebas en el que se han filtrado cenizas procedentes de una instalación real de combustión de carbón en condiciones variables, que ha permitido la caracterización de los elementos filtrantes para su uso. Los resultados han mostrado el potencial del material propuesto para su empleo en sistemas de filtración a alta temperatura en plantas de producción de energía eléctrica a partir de carbón. Igualmente, estos resultados han sido contrastados y comparados con el funcionamiento de filtros comerciales mediante la aplicación de un modelo semiempírico. Con el fin de completar la información proporcionada por los ensayos reali-zados en la planta piloto, se ha sometido a los prototipos a una serie de análisis antes y después de la ejecución de las pruebas. Estos han permitido una mejor interpretación de los resultados obtenidos en las mismas y la determinación de los requerimientos de mejora necesarios, especialmente, en el proceso de fabricación, con vistas a una posible comercialización de elementos filtrantes constituidos por SiC biomórfico en el campo de aplicación objeto de esta tesis. Adicionalmente, se ha realizado una descripción de la influencia de la etapa de filtración de gases a alta temperatura en el desarrollo de las tecnologías avan-zadas de combustión de carbón y, más concretamente, en la eficiencia energética de las distintas alternativas propuestas. Y, por otro lado, se ha procedido a la revi-sión del estado del arte de los sistemas de separación de partículas disponibles o en fase de desarrollo para su empleo en aplicaciones a alta temperatura en proce-sos de producción de energía eléctrica, haciendo especial énfasis en los filtros ce-rámicos.