Diapositiva 1

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LAS LIMITACIONES TECNICO-ECONOMICAS DE LAS
OPCIONES ENERGÉTICAS PARA EL SIGLO XXI EN EL
SECTOR ENERGÉTICO MEXICANO
FORO SOBRE GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES FÓSILES
Gerardo Hiriart Le Bert Instituto de Ingeniería
UNAM 24 de Noviembre 2006
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Comparación de Tecnologías
IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle)
Carbón pulverizado
oxígeno
Lecho fluidizado
Ciclo Combinado
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CONCLUSIONES

• En este memento el costo del kW instalado y del
  kWh generado con una IGCC es más alto que el de
  una de Carbón (su costo se abaratará con las
  mejoras tecnológicas a las USA, desulfurizadores,
  TG con Hidrógeno) y la confiabilidad no es
  todavía satisfactoria (Esta aumentará a medida
  que se avance en las mejoras de las plantas
  demostrativas).
• La poligeneración ( MW, vapor, N2, H2, CO2 y
  otros) está haciendo competitiva la IGCC en
  algunos nichos específicos. Su aplicación va en
  aumento
• El día que se apliquen impuestos al CO2, la IGCC
  será una alternativa competitiva ( y la mejor)
• La abundancia de carbón en Estados Unidos, China
  e India, harán que se siga invirtiendo en mejorar
  y abaratar las IGCC para que el carbón (sin
  contaminar) continúe siendo su principal fuente
  de Generación Eléctrica
• Es la mejor opción para quemar combustibles de
  mala calidad sin contaminar y con alta eficiencia

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(No Transcript)
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NUEVOS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS

• Reemplazar la Unidad Separadora de Aire (USA) por
  Membranas de Intercambio Iónico (Ahorro de 10 en
  la Inversión y 35 en operación)
• Turbina a Gas Operando con Hidrógeno
• Remoción de Azufre sin enfriar
• Uso de Celdas de combustible de Óxidos Sólidos e
  Hidrógeno
• Otros

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MEMBRANAS PARA SEPARAR EL AIRE
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(No Transcript)
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Aprovechamiento del hidrógeno
Limpiadores de gas
Carbón y agua
Hidrógeno para proceso o celdas de combustible
Proceso shift
1
2
3
Oxígeno
1
CO H2 H2O
Escoria
Turbina de gas que funcione con H2
CO2 H2
CO2 H2
turbina
compresor
Aire
aire
escape
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Cenizas
IGCC (Integrated Gacification Combined Cycle)
Carboeléctrica
escoria
cenizas
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
July 2006
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(No Transcript)
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INCREMENTO DEL COSTO AL CAPTURAR CO2
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Cogeneración con celdas de combustible de óxidos
sólidos

• Hidrógeno Inyectando agua en el
  gasificador se incrementa el H2 en el gas
• (Se puede producir NH3 para fertilizantes,
  H2 industrial ó H2 para Celdas de Combustible)

Las celdas de tipo óxidos sólidos trabajan a
alta presión y temperatura, generando
electricidad e incorporando la descarga caliente
al Ciclo Combinado
Celda de óxidos sólidos
H2
Electricidad
Aire
Calor
Carbón y agua
Limpiadores de Gas
1
2
3
Oxígeno
Escoria
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POSIBLES NUEVOS DESARROLLOS (Participación del
Instituto de Ingeniería)

• Posible reconversión de una planta de Ciclo
  Combinado a una de IGCC
• (por ejemplo Tula o Valladolid, para usar coque
  de petróleo)
• En lugar de separar el CO2 del H2 antes de la
  Turbogas, inyectarlos juntos a la TG
• Aprovechar la disponibilidad de Hidrógeno y
  Oxígeno para recalentar el vapor directamente
  dentro de la turbina inyectando H2 y O2

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Repotenciación de Ciclo Combinado a IGCC
Se puede utilizar la misma turbina de gas sólo
con hacerle pequeñas modificaciones a los
quemadores pero es necesario ampliar la
generación con vapor.
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POSIBLES NUEVOS DESARROLLOS (Participación del
Instituto de Ingeniería)

• Posible reconversión de una planta de Ciclo
  Combinado a una de IGCC
• (por ejemplo Tula o Valladolid, para usar coque
  de petróleo)
• En lugar de separar el CO2 del H2 antes de la
  Turbogas, inyectarlos juntos a la TG
• Aprovechar la disponibilidad de Hidrógeno y
  Oxígeno para recalentar el vapor directamente
  dentro de la turbina inyectando H2 y O2

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Aprovechamiento del hidrógeno
Proceso shift
Escoria
CO2 H2
CO2 H2
O2
H2O
turbina
compresor
escape
CO2
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POSIBLES NUEVOS DESARROLLOS (Participación del
Instituto de Ingeniería)

• Posible reconversión de una planta de Ciclo
  Combinado a una de IGCC
• (por ejemplo Tula o Valladolid, para usar coque
  de petróleo)
• En lugar de separar el CO2 del H2 antes de la
  Turbogas, inyectarlos juntos a la TG
• Aprovechar la disponibilidad de Hidrógeno y
  Oxígeno para recalentar el vapor directamente
  dentro de la turbina inyectando H2 y O2

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Ciclo Rankine tradicional
Inyección de H2 y O2 directo a la turbina de
vapor para sobrecalentar el vapor
2H2 O2 ? 2H2O Libera 34,720 kcal/kg de H2

• Incremento notable de la eficiencia del ciclo al
  inyectar H2 y O2 antes de cada rueda.
• Se evitan tuberías de recalentamiento de vapor
• Será económico cuando se abarate el costo del
  oxígeno y del hidrógeno

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COSTO DE UNA IGCC vs CARBÓN
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COMAPRACIÓN DE COSTO NIVELADO DE GENERACIÓN
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
July 2006
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
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Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
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Environmental Footprints and Costs of Coal-Based
Integrated Gasification Combined Cycle and
Pulverized Coal Technologies EPA-430/R-06/006
July 2006
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Case 1
Case 2
Case 3
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Cuándo es rentable el CCGI?
1100 /kW 1300 /kW 1500 /kW
1100 /kW 1300 /kW 1500 /kW
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BALANCE DE MASA Y ENERGÍA DE UNA IGCC HIPOTÉTICA
Agua
O2
1000 MWe
H2 8.4 t/h Se puede aumentar con más
combustible

• Central de Ciclo Combinado
• Con Gasificador Integrado
• Unidad Separadora de Aire
• Lavado de Gases
• Reactor Shift

Combustible
216 t/h
N2 835 t/h
CO2 184 t/h
Residuos de Petróleo Coque Carbón con alto S
Vapor
Azufre
Escoria
La eventual Reconversión de la Refinería de
Tula produciría 120 t/h de coque
Cantarell consume 1700 t/h de N2
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RECOMENDACIONES

• Se continúe estudiando y observando de cerca el
  comportamiento de las plantas demostrativas
  actuales y estudiando avances tecnológicos.
• Se considere en los estudios de viabilidad
  técnico económica de las nuevas Refinerías de
  Pemex el estudio preliminar de la opción de
  multigeneración y se hagan los balances y
  estimaciones económicas de aprovechamiento del H2
  para sus proceso y del N2 y CO2 para recuperación
  secundaria
• Se estudie a nivel de factibilidad la
  reconversión de algunas Unidades de CFE de CC
  con gas natural a IGCC con coque o residuos
  pesados. (Ej. Tula, Valladolid, etc.)
• Se apoye investigación en los centros que
  corresponda para encontrar los nichos apropiados
  para el uso de IGCC y otras específicas

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TEMAS DE INVESTIGACIÓN(posible participación del
INSTITUTO DE INGENIERÍA DE LA UNAM)

• Operación de las Turbinas a Gas con CO2 e H2. Su
  separación aguas abajo de la turbina y su
  transporte a pozos petroleros
• Incremento de la eficiencia de la componente
  vapor del Ciclo Combinado, recalentando el vapor
  con inyección directa de O2 y H2
• Gasificación de diferentes combustibles

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Producción de Hidrógeno en proceso Shift y luego
separación del CO2 del H2