dc.rights.license | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 - Atribución-NoComercial | es_MX |
dc.contributor | GUSTAVO URQUIZA BELTRAN | es_MX |
dc.contributor.author | MIRIAM NAVARRETE PROCOPIO | es_MX |
dc.contributor.other | director - Director | es_MX |
dc.coverage.spatial | MEX - México | es_MX |
dc.date | 2019-05-29 | |
dc.date.accessioned | 2019-06-03T10:18:03Z | |
dc.date.available | 2019-06-03T10:18:03Z | |
dc.identifier.uri | http://riaa.uaem.mx/handle/20.500.12055/779 | |
dc.description | Resumen
Se requieren investigar nuevas alternativas para reducir las emisiones de CO2
de los gases de combusti on en las centrales el ectricas, se necesitan nuevos trabajos
que solucionen la captura y secuestro geol ogico del CO2. El proceso m as atractivo
para mitigar este problema es el aprovechamiento del CO2 dentro de la planta
que lo produce.
El objetivo de este documento es el modelado, dise~no de proceso, optimizaci on
y simulaci on de un proceso de Captura y Aprovechamiento de CO2 (CACO2)
integrada a la Central el ectrica de Ciclo Combinado (CCC) de Tula Hidalgo, la
tecnolog a propuesta es un novedoso sistema de secuestro qu mico de CO2 para
la producci on de CH4. Los principales componentes del sistema son: la Columna
empacada de Absorci on (CA), el Recuperador de Calor (RC2), la Columna de
Desorci on y el Reactor de Lecho Empacado (RLE).
Se estudiaron 9 par ametros importantes del proceso resultado de los an alisis
de Grados de Libertad (GL) para cada unidad del proceso, incluida la concentraci
on de Monoetanolamina (MEA) (%MEA), el porcentaje de remoci on de CO2
en el absorbedor y desorbedor (%PRCA; %PRCD) , el porcentaje de soluci on absorbente
en exceso (%SE), la temperatura de la soluci on (T6), el porcentaje de
vapor en exceso (%SE), la temperatura inicial de reacci on (TR) y el porcentaje de
conversi on de CO2 en la reacci on de metanaci on.
Cada uno de estos par ametros fueron optimizados para lograr dos objetivos:
el caso 1 fue minimizar las dimensiones de las principales unidades del proceso:
la altura empacada en las columnas de absorci on y desorci on (ZCA,ZCD (m)) y la
cantidad de catalizador en el RLE (Wcat, (kg)), variable directamente relacionada
con el volumen del reactor, el caso 2 fue optimizar estos par ametros para minimizar
la cantidad de exerg a destruida en cada unidad del proceso (ExD,(MJ=kg
CO2)).
Las funciones objetivo para cada optimizaci on fueron aproximadas mediante
modelos de redes neuronales arti ciales de retropropagaci on con tres niveles, utilizando
tansig como funci on de transferencia entre las capas de entrada y oculta
y como entranamiento la funci on de Levenberg-Marquardt.
El modelo de la unidad de absorci on se valid o contra los resultados de las
pruebas de la planta piloto del laboratorio de captura del INEEL y se ver co
mediante un simulador comercial (ASPEN PLUS) teniendo en los resultados una
i
discrepancia m axima de 1:7 %.
Los valores de las variables de dise~no alcanzadas al simular las variables del
proceso con sus valores optimos fueron: Columna de absorci on con 4:89 m de
di ametro y 7:37 m de altura empacada, columna de desorci on con 4:69 m y 7:59 m
respectivamente, 87.30 kg de catalizador para el RLE correspondiente a un reactor
de 1:04 m de longitud y un area de transferencia de calor para el recuperador de
calor de 179:33 m2. Con estos par ametros optimos se logr o disminuir la exerg a
destruida global de 27.24 MJ=kgCO2 a 19.32 MJ=kgCO2 de las condiciones del
caso 1 al caso 2 respectivamente.
A trav es de la reacci on de metanizaci on exot ermica (CO2 + 4H2 ! CH4 +
2H2O + Calor), se produce metano con un rendimiento de conversi on del 82:47%
a una temperatura inicial de 375:25oC, ahorrando en un 6.11% la compra de
combustible para el proceso de combusti on en la CCC por unidad de tren de
CACO2.
ii | es_MX |
dc.description | Abstract
It is necessary to investigate new alternatives to reduce the CO2 emissions
of the combustion gases in the power plants, new works are needed that solve
the capture and geological sequestration of CO2. The most attractive process to
mitigate this problem is the use of CO2 inside the plant that produces it.
The objective of this document is the modeling, process design, optimization
and simulation of a CO2 Capture and Use process (CACO2) integrated to the
Combined Cycle Power Plant (CCC) of Tula Hidalgo, the proposed technology is
a novel system of chemical sequestration of CO2 for the production of CH4. The
main components of the system are: the Packed Absorption Column (CA), the
Heat Recuperator (RC2), the Desorption Column and the Packed Bed Reactor
(RLE).
We studied 9 process parameters resulting from the Degrees of Freedom (GL)
analysis for each main unit, including the concentration of Monoethanolamine
(MEA) (%MEA), the percentage of CO2 removal in absorber and stripping
(%PRCA; %PRCD) , the percentage of excess absorbent solution (%SE), the solution
temperature (T6), the percentage of excess steam (%SE), the initial reaction
temperature (TR) and the percentage of CO2 conversion in the methanation reaction.
Each of these parameters were optimized to achieve two targets: case 1 was to
minimize the dimensions of the main units of the process: the height packed in the
absorption and desorption columns (ZCA,ZCD (m)) and the amount of catalyst
in the reactor RLE (Wcat, (kg)), it is related with the size reactor. case 2 was
to optimize the same parameters to minimize the amount of exergy destroyed in
each unit of the process (ExD,(MJ=kg CO2)).
The objective functions for each optimization were approximated by models of
arti cial neural networks of backpropagation with three levels, using tansig as a
transfer function between the input and hidden layers and Levenberg-Marquardt
was the training function.
The model of the absorption unit was validated with tests results of the pilot
plant of the INEEL capture laboratory and was veri ed by a commercial simulator
(ASPEN PLUS) having a maximum discrepancy of 1:7% in the results.
The values of the design variables achieved by simulating the process parameters
with their optimal values were: packed height and diameter in the absorption
iii
column of 7:37 m and 4:89 m respectively, 7:59 m and 4:69 m at the stripping,
87.30 kg of catalyst for the RLE which is equivalent of 1:04 m long in the reactor
and the last parameter calculated was the heat transfer area for the heat recovery,
which was 179:33 m2. With these optimal parameters it was possible to reduce
the overall destroyed exergy from 27.24 MJ=kgCO2 to 19.32 MJ=kgCO2 from
the conditions of case 1 to case 2 respectively.
The exothermic methanization reaction (CO2 + 4H2 ! CH4 + 2H2O +
Calor), methane is produced with a conversion e ciency of 82:47% at an initial
temperature of 375:25oC, saving in a 6.11 % the purchase of fuel for the combustion
process at CCC per unit of CACO2 train.
iv | es_MX |
dc.format | pdf - Adobe PDF | es_MX |
dc.language | spa - Español | es_MX |
dc.publisher | El autor | es_MX |
dc.rights | openAccess - Acceso Abierto | es_MX |
dc.subject | 7 - INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA | es_MX |
dc.subject.other | 33 - CIENCIAS TECNOLÓGICAS | es_MX |
dc.title | Evaluación exergética de una tecnología para la captura y aprovechamiento del CO2 en una central de ciclo combinado | es_MX |
dc.type | doctoralThesis - Tesis de doctorado | es_MX |
uaem.unidad | Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp) - Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp) | es_MX |
uaem.programa | Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas - Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas | es_MX |
dc.type.publication | acceptedVersion | es_MX |
dc.audience | researchers - Investigadores | es_MX |