ES2555034T3

ES2555034T3 - Sistema y procedimiento para el almacenamiento de energía usando combustores de lecho fluidizado circulante

Info

Publication number: ES2555034T3
Application number: ES13382033.2T
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos ABANADES GARCÍA; Borja ARIAS ROZADA; Yolanda ÁLVAREZ CRIADO
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2015-12-28
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: WO2014118184A1; EP2762781B1; EP2762781A1

Abstract

Sistema para el almacenamiento de energía a gran escala en un sistema de generación de potencia eléctrica que comprende: i) un combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) con una primera tubería (1,18) para suministrar un combustible y una segunda tubería (2, 19) para suministrar un comburente a través de un distribuidor de gas, estando conectado el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) a ii) un primer ciclón (41, 53) para separar el gas de escape caliente (12, 22) resultante y la corriente de sólidos caliente circulante (11, 23) al combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52), iii) un primer dispositivo (44, 55) para dividir las corrientes de sólido descendentes por gravedad del primer ciclón (41, 53), dirigiendo los sólidos desde el primer ciclón (41, 53) a) hacia el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) a través de una tercera tubería (3, 21), b) hacia un silo de mayor temperatura (43, 58) que recibe los sólidos de mayor temperatura a través de una cuarta tubería (4,24), dirigiendo los sólidos del silo de mayor temperatura (43, 58) a un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42, 61), y c) hacia un silo de menor temperatura (47, 57) para almacenar los sólidos de menor temperatura de un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45, 56), estando conectado el silo de menor temperatura (47, 57) con el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45, 56) mediante una quinta tubería (5, 30) y estando conectado con el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) mediante una sexta tubería (6, 31), y iv) un primer dispositivo de control de sólido (48, 60) para controlar la alimentación de los sólidos de mayor temperatura desde el silo de mayor temperatura (43, 58), y v) un segundo dispositivo de control (49, 62) para controlar la alimentación de los sólidos de menor temperatura desde el silo de menor temperatura (47, 57) al combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52).

Description

DESCRIPCION

Sistema y procedimiento para el almacenamiento de energfa usando combustores de lecho fluidizado circulante 5 CAMPO DE LA INVENCION

Esta invencion se refiere a un sistema y a un procedimiento para el almacenamiento de energfa a gran escala en sistemas de generacion de potencia electrica usando combustores de lecho fluidizado circulante alimentados con aire o alimentados con oxfgeno. Este sistema puede interconectarse adicionalmente con otro reactor que captura 10 CO2 con CaO, potenciando asf la densidad de almacenamiento de energfa en el sistema al usar la entalpfa de la reaccion reversible de CO2 con CaO. El sistema y el procedimiento de esta invencion se caracterizan por una gran flexibilidad entre los periodos de maxima produccion de potencia electrica y los periodos complementarios de baja produccion de potencia electrica. A maxima produccion de potencia electrica, se establece una circulacion de solidos desde un silo de alta temperatura a un silo de baja temperatura a traves del sistema de la invencion. A minima 15 produccion de potencia electrica, se usa parte de la energfa termica liberada en el combustor de lecho fluidizado circulante para calentar solidos del silo de baja temperatura y almacenarlos en el silo de alta temperatura. En sistemas y procedimientos que capturan CO2 con CaO, parte de la energfa termica liberada durante los periodos de maxima produccion de potencia electrica procede de la carbonatacion de CaO y, en los periodos de baja produccion de potencia electrica, se usa parte de la energfa termica liberada durante la combustion para calcinar CaCO3 y 20 almacenar CaO.

DESCRIPCION DE LA TECNICA ANTERIOR

Segun los mejores datos cientificos disponibles, como los revisados por el Panel intergubernamental del cambio 25 climatico, el cambio climatico es una realidad ffsica y los signos de sus consecuencias negativas son cada vez mas evidentes en muchas partes del mundo. Son necesarias polfticas agresivas de mitigacion del cambio climatico para poder descarbonizar el sistema de energfa global y estabilizar el calentamiento global a menos de 2 °C. Todos los supuestos razonables que investigan las posibles rutas para descarbonizar el sistema de energfa con un coste mmimo predicen una penetracion sustancial de las energfas renovables y las tecnologfas de captura y 30 almacenamiento de CO2. El papel de estas opciones podna ser aun mas importante cuando se consideran las dificultades renovadas de implantar centrales nucleares en muchos pafses.

Las fuentes renovables hacen frente aun a grandes incertidumbres sobre el coste cuando se implantan con una muy alta participacion del sistema de energfa total, en particular cuando el producto energetico es la electricidad. Una de 35 las razones de su alto coste es que son intermitentes, y necesitan redes de transmision de electricidad, infraestructuras de almacenamiento de energfa y/o de apoyo complejas para adaptar sus curvas de suministro a las curvas de demanda. Aunque hay un gran esfuerzo mundial por desarrollar tecnologfas para almacenar electricidad a gran escala, no se ha generalizado una solucion economica a dfa de hoy. Por lo tanto, en pafses con una contribucion sustancial de las renovables a la mezcla de electricidad, se usa hoy en dfa la generacion de potencia 40 electrica por combustible fosil de apoyo para complementar los periodos de tiempo en que la energfa renovable no esta disponible. En estas condiciones, la energfa fosil tiene una menor prioridad de acceso al mercado de demanda variable de la electricidad y se esperan cambios muy rapidos y drasticos en la produccion de potencia electrica. Obviamente, este supuesto de factores de baja capacidad de centrales electricas por combustible fosil es mucho mas caro que la situacion optima en que equipos similares funcionan en modo operativo continuo o de carga base.

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El problema anterior se agravara cuando se considere el uso de combustibles fosiles para la generacion de potencia electrica con captura de CO2 y almacenamiento geologico permanente, CAC, que se reconoce ampliamente como la opcion de mitigacion principal del cambio climatico. Las centrales electricas con CAC son sistemas integrados complejos que requieren inherentemente un gran capital, en particular cuando son de generacion de potencia 50 electrica basada en el carbon. Por lo tanto, por razones economicas y tecnicas, las centrales electricas con CAC no pueden ser muy flexibles en su produccion de potencia electrica.

En este contexto, el almacenamiento de energfa en centrales electricas por combustible fosil, con y sin CAC, es una opcion tecnica atractiva, ya que permitina la variabilidad de la produccion de potencia electrica independientemente 55 del aporte de potencia termica. La idea de almacenamiento de energfa en centrales electricas por combustible fosil no es nueva. Es un ejemplo previo en el estado de la tecnica de almacenamiento de energfa a gran escala en centrales electricas de carbon el informe de Drost et al. "Thermal energy storage for coal-fired power generation", MK Drost, S Somasundaram et al., Fossil Fuel Plant Cycling Conf., Washington, diciembre de 1990, en que describen el concepto de que una central electrica alimentada con carbon calienta una sal fundida de 288 a 566 °C y almacena la

sal en un tanque de alta temperature durante los periodos de baja demanda de electricidad. Durante los periodos de pico de demanda, se extrae la sal caliente del tanque de alta temperature y se usa como fuente de calor para un generador de vapor que devuelve la sal fundida fna al tanque de baja temperature (a 288 °C). Esta tecnologfa no parece haber penetrado en el mercado, probablemente debido a que el coste asociado al sistema de 5 almacenamiento de energfa termica es mayor que el coste del equipo de la central electrica necesario para suministrar la misma potencia termica variable.

Es una practica comun en las centrales electricas ajustar los cambios de carga lo mas bajo que el equipo de combustion permita para la produccion de maxima potencia electrica. Sin embargo, la eficacia energetica de la 10 central se reduce drasticamente por debajo de cierto nivel de carga y las emisiones fugitivas de la central empeoran durante estos periodos transitorios, ya que la combustion se lleva a cabo fuera de las condiciones de diseno optimas. Si la demanda de electricidad esta por debajo de este umbral, es necesaria una parada de la central seguida de un arranque en caliente, un arranque en templado o un arranque en fno, dependiendo de la duracion del periodo de apagado de la central (de unas pocas horas a varios dfas o semanas). Por lo tanto, en el mercado de la 15 generacion de potencia electrica actual, hay una penalizacion energetica y economica sustancial cuando el equipo de generacion de potencia electrica se fuerza a funcionar con cambios de carga y periodos de apagado. Sin embargo, esta penalizacion economica parece ser menor que la penalizacion economica asociada a la inversion en un sistema de almacenamiento de energfa a gran escala en la central electrica.

20 En los nuevos sistemas de generacion de potencia electrica que incorporan CAC, el coste del capital asociado al equipo de potencia termica es mucho mayor que en los sistemas equivalentes sin CAC. Por lo tanto, resulta obvio que existe una ventana economica mas amplia para el diseno de sistemas de almacenamiento de energfa a gran escala en centrales electricas que incorporan CAC. Esto ya se ha reconocido en el estado de la tecnica, y todas las opciones tecnologicas importantes para captura de CO2 en centrales electricas (sistemas postcombustion, sistemas 25 de oxicombustion o sistemas precombustion) estan investigando opciones de proceso que permitan una gran flexibilidad y cambios de carga drasticos (vease, por ejemplo: John Davison, "The need for flexibility in power plants with CCS", IEA Greenhouse Gas R&D Programme. Workshop on Operating Flexibility of Power Plants with CCS, Londres, 11-12 de noviembre de 2009). Sin embargo, no esta aun disponible una solucion tecnica economica y generalmente aceptada para el almacenamiento de energfa a gran escala en las diferentes centrales electricas por 30 energfa fosil con o sin sistema de captura de CO2.

Un tipo particular de central electrica a gran escala hace uso de combustores de lecho fluidizado circulante, CLFC. Estos dispositivos estan ampliamente implantados en el sector de la produccion de energfa del carbon y otras industrias a gran escala. Habitualmente queman en sus camaras de combustor carbon, biomasa u otro combustible 35 solido con aire. Son conocidos por trabajar a velocidades superficiales relativamente altas, que permiten un transporte eficaz de solidos circulantes a traves del combustor y un mezclado muy intenso de solidos que les proporciona altas caractensticas de transferencia termica. Se instalan habitualmente uno o varios ciclones a la salida de estos combustores para separar el gas de escape de combustion de los solidos circulantes. Los solidos procedentes del ciclon se recirculan en gran medida al combustor. El calor liberado en la combustion puede 40 recuperarse parcialmente dentro de la camara de combustion (por ejemplo, transfiriendo calor a las tubenas de agua que son parte de una caldera de un ciclo de vapor). Es tambien parte del estado de la tecnica hacer funcionar el combustor en condiciones adiabaticas y extraer el calor en exceso del combustor usando los solidos circulantes como portadores de calor. En este caso, se dispone habitualmente un intercambiador de calor de lecho fluidizado externo en la ruta de vuelta de los solidos circulantes, para transferir parte de su calor a un panel de tubos que es 45 parte del ciclo de vapor y devolver los solidos enfriados a la camara de combustion. Los solidos circulantes son tipicamente ceniza fina y materiales ricos en Ca usados tfpicamente con fines de captura de azufre. El equipo para manejar y controlar los flujos solidos (sellos de lazo y otras valvulas de solidos, equipo para desviar flujos descendentes de solido, etc.) es tambien parte del estado de la tecnica de esta y otras industrias a gran escala (concretamente generacion de potencia electrica, cemento, tostacion de minerales, etc.) que estan familiarizadas 50 con el manejo de corrientes de flujo de solidos a altas temperaturas.

Las centrales electricas de combustor de lecho fluidizado circulante que usan O2 como comburente, en lugar de aire, son tambien conocidas en el estado de la tecnica. Sin embargo, esta es una tecnologfa aun en etapa de desarrollo, como se refiere por ejemplo en la solicitud de patente US20090293782 (A1).

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Es tambien conocido un sistema de captura de CO2 postcombustion por ciclo de carbonatacion-calcinacion, en que se pone en contacto en primer lugar el gas de escape de una central electrica con CaO para absorber CO2 y formar CaCO3 en un reactor carbonatador, que emite un gas de escape con un contenido reducido de CO2. Se calcina la corriente de solidos que contienen CaCO3 en un combustor de CLF alimentado con oxfgeno a una temperatura

alrededor de o superior a 900 °C en atmosfera de CO2 concentrado. Se ha descrito el concepto basico por T. Shimizu, et al. "A twin bed reactor for removal of CO2 from combustion processes", Trans. I. Chem. E, 77A, 1999 y ha experimentado un rapido desarrollo en los ultimos anos hasta la escala de MW (vease, por ejemplo, Sanchez- Biezma et al., "Testing postcombustion CO2 capture with CaO in a 1.7 MWt pilot facility", Energy Procedia 2013). El 5 almacenamiento de energfa en estos sistemas de captura de CO2 a gran escala para la generacion de potencia electrica no se ha considerado nunca en el estado de la tecnica. Sn embargo, hay antecedentes fundamentales en el estado de la tecnica (p.ej. R. Barker, "The reversibility of the reaction CaCO3 = CaO + CO2", J. Appl. Chem. Biotechnol. 23 (1973) 733-742) sobre el uso de la reaccion reversible CaO/CaCO3 para almacenar energfa de reactores nucleares. Se han propuestos esquemas mas nuevos para el almacenamiento de energfa solar usando la 10 reaccion de carbonatacion-calcinacion reversible del bucle qmmico CaO/CaCO3 (S.E.B. Edwards, V. Materic. "Calcium looping in solar power generation plants", volumen 86, numero 9, septiembre de 2012, paginas 2494-2503).

Son tambien conocidos silos que permiten el almacenamiento de solidos en polvo fino a baja temperatura y a alta temperatura y equipos para manejar y controlar las corrientes de solido que entran o salen del silo.

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Son de particular interes para esta invencion los intercambiadores de calor de lecho fluidizado que extraen calor desde solidos circulantes a alta temperatura a un fluido de trabajo (por ejemplo, mezcla de agua/vapor de un ciclo de vapor para la generacion de potencia electrica). Esta clase de intercambiadores de calor forman parte de las centrales electricas CLFC. Estos intercambiadores de calor de lecho fluidizado pueden disponerse en serie para una 20 transferencia del flujo de calor a contracorriente mas eficaz desde los solidos al fluido de trabajo. Es un ejemplo reciente de dicha disposicion una serie de lechos fluidizados de arena para intercambiar calor eficazmente desde arena circulante a alta temperatura a un ciclo de vapor (K. Schwaiger, M. Haider et al., “sandTES - A novel Thermal Energy Storage System based on Sand”, 21st international conference on Fluidized Bed Combustion, Napoles, 2012).

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Por ultimo, pero no menos importante, el documento WO 98/28570 da a conocer un sistema que comprende: un combustor de lecho fluidizado circulante con una primer tubena para suministrar un combustible y una segunda tubena para suministrar un comburente a traves de un distribuidor de gas, estando conectado el combustor de lecho fluidizado circulante con un primer ciclon para separar el gas de escape caliente resultante y la corriente de solidos 30 calientes circulante al combustor de lecho fluidizado circulante, en el que el sistema comprende adicionalmente un primer dispositivo para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer ciclon y para dirigir los solidos del primer ciclon hacia el combustor de lecho fluidizado circulante a traves de una tercera tubena y hacia un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado.

35 A pesar de la disponibilidad comercial y la tecnica anterior existente de sistemas y componentes espedficos de almacenamiento de energfa revisados en los parrafos anteriores, no hay hoy en dfa ningun sistema para almacenar eficaz y economicamente grandes cantidades de energfa termica y qmmica en una gran central electrica de combustible solido, con o sin CAC. En particular, no estan disponibles soluciones tecnicas para explotar el potencial de almacenamiento de energfa de solidos a muy alta temperatura que abandonan un combustor de lecho fluidizado 40 circulante, un combustor de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno o un sistema de ciclo de carbonatacion-calcinacion, usando solidos a alta temperatura procedentes de combustores de lecho fluidizado circulante. El sistema de esta invencion proporciona una solucion para este desaffo y los procedimientos descritos en esta invencion permiten nuevos sistemas de generacion de potencia electrica basada en carbon con o sin captura de CO2 que incorporan medios altamente eficaces de almacenamiento de energfa a gran escala, haciendolos mucho 45 mas economicos y competitivos en los mercados de la electricidad cuando se fuerzan a funcionar con niveles muy altos de flexibilidad y cambios de carga.

SUMARIO DE LA INVENCION

50 Esta invencion hace referencia a un sistema y a un procedimiento para el almacenamiento de energfa a gran escala en sistemas de generacion de potencia electrica que usan combustores de lecho fluidizado circulante alimentados con aire o alimentados con oxfgeno, consiguiendo configuraciones de sistema de central electrica novedosas con una alta flexibilidad para funcionar a diferentes niveles de produccion de potencia termica. El sistema y el procedimiento de esta invencion explotan los beneficios termodinamicos inherentes de un almacenamiento de 55 energfa eficaz asociado a las caractensticas de temperatura muy alta de los solidos circulantes en sistemas de combustion de lecho fluidizado circulante, CLFC. Ademas, el sistema de esta invencion hace referencia a sistemas de captura de CO2 que usan un bucle qmmico de CaO/CaCO3 para capturar CO2 de los gases de escape que usa tambien reactores de lecho fluidizado circulante a alta temperatura. El uso de la reaccion reversible de CaO con CO2 para dar CaCO3, que tiene una muy alta entalpfa de reaccion (-168 kJ/mol en condiciones normales), permite una

flexibilidad adicional en la produccion de potencia electrica del sistema presentado en esta invencion.

El sistema pretende la combustion de un combustible en un combustor de lecho fluidizado circulante, preferiblemente a temperaturas tipicas de aproximadamente 800-950 °C (para permitir la captura in situ de SO2 en el 5 combustor), mientras que incorpora un almacenamiento de energfa termica a gran escala que comprende:

(i) un combustor de lecho fluidizado circulante con una primera tubena para suministrar un combustible y una segunda tubena para suministrar un comburente a traves de un distribuidor de gas, estando conectado el combustor de lecho fluidizado circulante con

10

(ii) un primer ciclon para separar el gas de escape caliente resultante y la corriente de solidos caliente circulante al combustor de lecho fluidizado circulante,

en el que el sistema comprende adicionalmente;

15

(iii) un primer dispositivo para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer ciclon, dirigiendo los solidos del primer ciclon

a) hacia el combustor de lecho fluidizado circulante a traves de una tercera tubena,

20

b) hacia un silo de mayor temperatura que recibe los solidos de mayor temperatura a traves de una cuarta tubena, dirigiendo los solidos del silo de mayor temperatura a un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado, y

c) hacia un silo de menor temperatura para almacenar los solidos de menor temperatura de un segundo 25 intercambiador de calor de lecho fluidizado, estando conectado el silo de menor temperatura con el segundo

intercambiador de calor de lecho fluidizado mediante una quinta tubena y estando conectado con el combustor de lecho fluidizado circulante mediante una sexta tubena, y

(iv) un primer dispositivo de control de solido para controlar la alimentacion de los solidos de mayor temperatura del 30 silo de mayor temperatura;

(v) un segundo dispositivo de control para controlar la alimentacion de los solidos de menor temperatura del silo de menor temperatura al combustor de lecho fluidizado circulante.

35 El sistema de la presente invencion explota el alto contenido de energfa termica del alto flujo en circulacion de solidos a alta temperatura caractenstico de combustores de lecho fluidizado circulante. Las temperaturas de los solidos en el silo de mayor temperatura se espera que sean muy cercanas a las tfpicas en la camara de combustion, entre 800-950 °C, preferiblemente 850 °C cuando el comburente es aire. El silo de mayor temperatura y/o el silo de menor temperatura estan localizados entre la altura minima del ciclon y el punto mas bajo de la camara de 40 combustion de lecho fluidizado circulante, justo por encima del distribuidor de gas de dicha camara de combustion, de modo que la circulacion de la parte descendente del bucle de circulacion de mayor temperatura del solido se facilita por la gravedad y la parte ascendente (subida) se lleva a cabo simplemente por la camara de combustion de lecho fluidizado circulante.

45 El procedimiento de almacenamiento de energfa usando combustores de lecho fluidizado circulante de la presente invencion comprende las siguientes etapas:

(i) alimentar un flujo de combustible y comburente a una camara de combustion de lecho fluidizado circulante, separando el gas de escape caliente resultante y las corrientes de solido de la camara de combustion de lecho 50 fluidizado circulante, en el que los aportes de combustible, comburente y circulacion solida a traves de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante permiten una produccion de potencia termica variable al trabajar entre dos modos operativos:

a) un primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica con maximo flujo de combustible y 55 comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante, en que se obtiene una potencia termica adicional del ciclo de vapor extrayendo calor de la corriente de solidos calientes en un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado que dirige la corriente de solidos a un silo de menor temperatura, donde se almacenan los solidos de menor temperatura, disponiendo que los solidos de mayor temperatura fluyan de un silo de mayor temperatura a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado, enfriando los solidos de mayor

temperatura de modo controlado mediante un primer dispositivo de control de solidos colocado entre el silo de mayor temperatura y el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado, y

b) un segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica con mmimo flujo de combustible y 5 comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante, en que la produccion termica del primer intercambiador de lecho fluidizado es cero y los solidos de menor temperatura fluyen del silo de menor temperatura hacia la camara de combustion de lecho fluidizado circulante de modo controlado mediante un segundo dispositivo de control de solidos colocado entre el silo de menor temperatura y la camara de combustion de lecho fluidizado circulante, de modo que la potencia termica en exceso liberada en la camara de combustion de lecho fluidizado 10 circulante se transfiera a los solidos de menor temperatura, de modo que los solidos de mayor temperatura fluyan al silo de mayor temperatura, donde se almacenan los solidos de mayor temperatura.

El procedimiento anterior puede aplicarse usando combustores de lecho fluidizado circulante que usan aire como comburente. Cuando se integra en un ciclo de vapor del estado de la tecnica, el sistema resultante sena una central 15 electrica de CLFC altamente flexible en que podna asignarse un valor fijo de carbon (u otro combustible) para entrar en el combustor de lecho fluidizado circulante, y este aporte de potencia electrica podna permanecer estable e invariable siguiendo el procedimiento de esta invencion, a pesar de grandes cambios en la produccion de potencia electrica. Como alternativa, en el segundo modo operativo, podna hacerse aun menor la minima produccion de potencia electrica reduciendo los flujos de combustible y comburente dentro de los lfmites normales de 20 funcionamiento del combustor, que pueden ser aproximadamente un 50 % de la produccion de potencia electrica maxima. El primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica de la central electrica define la escala del ciclo de vapor y del equipo de generacion de potencia electrica asociado. Este puede elegirse libremente dentro de ciertos lfmites que estan regidos por los balances de masa y calor en el sistema, por el volumen de los silos de almacenamiento, por la densidad aparente y calor espedfico de los solidos y por la temperatura de los solidos 25 almacenados en los silos. En cualquier caso, la fraccion de tiempo cada ano en que se funciona a maxima produccion de potencia electrica, o como alternativa, la fraccion de energfa generada durante un cierto periodo de tiempo dividida entre la energfa maxima posible generada durante ese periodo de tiempo (denominada aqu factor de capacidad) puede variar en gran medida en esta central electrica sin tener que apagar el combustor de lecho fluidizado circulante y componentes asociados. Cuando las condiciones del mercado electrico requieren una maxima 30 potencia electrica durante periodos relativamente cortos (bajos factores de capacidad), el sistema y el procedimiento descritos anteriormente son capaces de suministrar con un combustor de lecho fluidizado circulante relativamente pequeno la misma maxima produccion de potencia electrica que un combustor mucho mayor disenado para suministrar la misma maxima produccion de potencia electrica. Esto se consigue gracias al efecto impulsor del sistema de almacenamiento de solido a mayor temperatura del sistema de la presente invencion. Por lo tanto, la 35 aplicacion de los procedimientos descritos hasta ahora en esta invencion se traducira en ahorros economicos respecto a los sistemas de CLFC estandares cuando el coste de capital de los elementos adicionales requeridos en el sistema de almacenamiento (principalmente los silos, el segundo intercambiador de calor y el equipo auxiliar asociado) sea menor que la diferencia en el coste de capital entre el CLFC que produce la misma produccion de maxima potencia electrica y el sistema de la presente invencion. Surgen beneficios economicos adicionales a favor 40 del sistema de la presente invencion por la respuesta mas rapida esperada en el sistema cuando tienen que emprenderse cambios de carga rapidos y/o demandas de pico de electricidad. Esto es debido a que el combustor de lecho fluidizado circulante en la presente invencion esta siempre funcionando en condiciones de estado estacionario a pesar de los grandes cambios permitidos en la produccion de potencia electrica. Las condiciones estables en el combustor conduciran tambien a ganancias de eficacia energetica y beneficios ambientales, ya que se evitan 45 condiciones de combustion transitoria.

Los beneficios anteriores del sistema de almacenamiento de energfa dado a conocer en esta invencion son aun mas evidentes cuando se aplican a sistemas de generacion de potencia electrica que requieren mas capital. Uno de dichos sistemas puede ser una central electrica de combustor de lecho fluidizado circulante alimentada con oxfgeno, 50 disenada para capturar y almacenar CO2. Estos sistemas incorporan, entre otros elementos, una costosa unidad de separacion de aire para obtener una corriente pura de O2, un equipo auxiliar para reciclaje de gas de escape y una unidad de compresion y purificacion para llevar el CO2 a condiciones supercnticas y permitir un transporte y almacenamiento geologico permanente. Para estos sistemas complejos, es extremadamente diffcil y/o caro funcionar en condiciones diferentes al funcionamiento a carga completa y/o a menores factores de capacidad. En 55 estas condiciones, sera una gran ventaja de costes hacer uso del sistema y el procedimiento de esta invencion. Dicho sistema es similar al representado en la Figura 1, haciendo del comburente alimentado al combustor de lecho fluidizado circulante una mezcla de O2 y CO2 concentrados. Como se discute en los parrafos anteriores para el caso alimentado con aire, este nuevo sistema procurara sustanciales ahorros de capital y beneficios operativos por usar un combustor de CLF impulsado por oxfgeno mas pequeno y estable que es capaz de suministrar periodos de

maxima produccion de potencia electrica identicos a los de un sistema de CLFC alimentado con ox^geno mucho mas grande.

Otros de dichos sistemas que requieren capital que pueden beneficiarse de esta invencion, porque usa tambien 5 reactores de lecho fluidizado circulante a alta temperature, son los sistemas de ciclo de carbonatacion-calcinacion que usan CaO como sorbente reversible para capturar CO2.

Las descripciones anteriores y ejemplos asociados no estan limitados a modos operativos del sistema de esta invencion en modos operativos extremos solo. Pueden obtenerse producciones de energfa termica intermedias a 10 partir de los sistemas representados en la Figura 1 dividiendo el flujo total de solidos a traves del combustor de lecho fluidizado circulante y el ciclon en diferentes corrientes de solido a traves de las tubenas tercera, cuarta y quinta, y permitiendo diferentes flujos de solidos desde los silos de solido al combustor de lecho fluidizado circulante. Ademas, puede considerase una amplia variabilidad de temperaturas en los silos dependiendo del numero y eficacia de los intercambiadores de calor de lecho fluidizado dispuestos en serie. Muchas de estas variantes debenan ser 15 evidentes para un especialista en la materia que intente lograr un cierto perfil de produccion de potencia electrica (produccion de potencia electrica en diferentes momentos) entre los extremos de carga maxima de solidos en el silo de mayor temperatura y el silo de menor temperatura del sistema de la Figura 1.

Los solidos circulantes pueden ser una mezcla de ceniza del carbon alimentado al combustor de lecho fluidizado 20 circulante y solidos derivados de calcio usados rutinariamente en CLFC como sorbentes de SO2 (se ha omitido en la Figura 1 el sistema de purga de estas cenizas por simplicidad). Sin embargo, para minimizar sustancialmente los volumenes de los silos, sera beneficioso hacer funcionar el sistema de la Figura 1 con una circulacion de solido inerte de bajo coste de altas densidades aparentes de partfcula. Podna haber muchos de estos solidos estables a alta temperatura y con propiedades adecuadas para fluidificacion, tales como oxidos de Al, Fe, Mn o Ti u oxidos 25 naturales mixtos como ilmenita u olivina. Las cenizas acumuladas de la combustion de combustible debenan purgarse (no mostrado en la figura por simplicidad) de este lote de solido denso circulante en el sistema de almacenamiento de energfa de la Figura 1.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

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Se adjunta un conjunto de dibujos, de caracter ilustrativo y no limitante, en el que se representa lo siguiente:

Figura 1: Muestra el esquema general del primer y segundo dispositivos de esta invencion (CLFC alimentado con aire y CLFC alimentado con oxfgeno, respectivamente) que comprende los silos de mayor y menor temperatura, los 35 intercambiadores de calor de lecho fluidizado y los dispositivos de control y division del solido dispuestos de la manera caractenstica de esta invencion.

Figura 2: Muestra un esquema general del sistema de captura de CO2 por ciclo de carbonatacion-calcinacion que incorpora un sistema de almacenamiento de energfa que puede hacerse funcionar en modos operativos con 40 diferente produccion de potencia termica sin alterar las condiciones de combustion del calcinador alimentado con oxfgeno.

Figura 3: Muestra un esquema general del sistema de captura de CO2 por ciclo de carbonatacion-calcinacion que incorpora un sistema de almacenamiento de energfa como en la Figura 2, pero con modos operativos adicionales, 45 que incluye un calcinador alimentado con oxfgeno que puede hacerse funcionar incluso como el dispositivo de la Figura 1.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

50 Esta invencion hace referencia a un sistema y a un procedimiento para el almacenamiento de energfa a gran escala en sistemas de generacion de potencia electrica que usan combustores de lecho fluidizado circulante alimentados con aire, o alimentados con oxfgeno, para conseguir configuraciones de sistema de central electrica novedosas con una alta flexibilidad para funcionar a diferentes niveles de produccion de potencia termica. El sistema y el procedimiento de esta invencion explotan los beneficios termodinamicos inherentes para un almacenamiento de 55 energfa eficaz asociado a las muy altas temperaturas caractensticas de solidos circulantes en sistemas de combustion de lecho fluidizado circulante, CLFC. Ademas, el sistema de esta invencion hace referencia a sistemas de captura de CO2 que usan un bucle qmmico de CaO/CaCO3 para la captura de CO2 de los gases de escape que usa tambien reactores de lecho fluidizado circulante de alta temperatura. El uso de la reaccion reversible de CaO con CO2 para dar CaCO3, que tiene una entalpfa de reaccion muy alta (-168 kJ/mol en condiciones normales)

permite una flexibilidad adicional en la produccion de potencia electrica del sistema presentado en esta invencion.

Se presenta en la Figura 1 un primer sistema dado a conocer en esta invencion, y se pretende para la combustion de un combustible en un combustor de lecho fluidizado circulante a temperaturas tfpicas de aproximadamente 8005 950 °C (habitualmente de 850 °C para permitir la captura in situ de SO2 en el combustor por CaO), mientras que incorpora un almacenamiento de energfa a gran escala que comprende:

(i) una camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) con una primera tubena (1) para suministrar un combustible y una segunda tubena (2) para suministrar un comburente a traves de distribuidor de gas, estando la 10 camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) conectada con un primer ciclon (41) y un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) para recibir solidos del primer ciclon (41) y/o de un silo a mayor temperatura (43), en el que el primer ciclon (41) separa el gas de escape (12) caliente resultante y la corriente de solidos calientes (11) de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40);

15 (ii) un primer dispositivo (44) para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer ciclon (41), dirigiendo los solidos hacia el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) que recibe los solidos a alta temperatura a traves de una tercera tubena (3), hacia el silo de mayor temperatura (43) que recibe los solidos de mayor temperatura a traves de una cuarta tubena (4) y hacia un segundo intercambiador de lecho fluidizado (45) que recibe los solidos de mayor temperatura a traves de una novena tubena (9).

20

Los solidos del primer ciclon (41) pueden dirigirse al primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) conectado con la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) mediante un segundo dispositivo (46) para dividir las corrientes de solido a traves de una septima tubena (7).

25 El sistema comprende adicionalmente una derivacion u octava tubena (8) del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) para usar durante periodos de baja carga termica en la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40), usando el segundo dispositivo (46) para dividir las corrientes de solido (un desviador, un sello de lazo doble o cualquier otro medio mecanico para desviar flujos solidos).

30 El sistema comprende adicionalmente:

(i) al menos un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) que puede transferir eficazmente calor desde la corriente de solido de mayor temperatura al ciclo de vapor de la central electrica, estando el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) conectado con el primer dispositivo (44) para dividir las corrientes de

35 solido mediante una novena tubena (9); y

(ii) un silo de menor temperatura (47) para almacenar solidos de menor temperatura del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45), estando conectado el silo de menor temperatura (47) con el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) mediante una quinta tubena (5);

40

(iii) un primer dispositivo de control de solidos (48) para alimentar solidos calientes del silo de mayor temperatura (43) a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) mediante una decima tubena (10) que conecta el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) con la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40); y

45

(v) un segundo dispositivo de control de solidos (49) para alimentar solidos de menor temperatura del silo de menor temperatura (47) a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) mediante una sexta tubena (6).

El sistema de la presente invencion explota el alto contenido de energfa termica del gran flujo en circulacion de 50 solido a mayor temperatura caractenstico de los combustores de lecho fluidizado circulante.

La disposicion de los elementos en el sistema de la presente invencion facilita el manejo y transporte de grandes flujos de materiales solidos a muy alta temperatura entre silos. Esto es particularmente relevante en el sistema de la Figura 1, en que se espera que las temperaturas de los solidos en el silo de mayor temperatura sean muy cercanas 55 a las tfpicas en la camara de combustion (40), entre 800-950 °C preferiblemente 850 °C, para maximizar la captura in situ de SO2 con CaO en el CLFC (40). El silo de mayor temperatura (43) y/o el silo de menor temperatura (47) estan localizados entre la altura minima del primer ciclon (41) y el punto mas bajo de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante, justo por encima del distribuidor de gas de dicha camara de combustion (40), de modo que la circulacion de la parte descendente del bucle de circulacion de mayor temperatura de los solidos se facilita

por la gravedad y la parte ascendente (subida) se lleva a cabo simplemente por la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40).

El procedimiento de almacenamiento de energfa usando combustores de lecho fluidizado circulante del primer 5 sistema de la presente invencion comprende las siguientes etapas:

(i) alimentar un flujo maximo de combustible y comburente a una camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40), separar en un primer ciclon (41) el gas de escape caliente resultante y las corrientes de solido de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) y recuperar parte del calor liberado en la combustion de 10 combustible extrayendo calor de la corriente de solidos calientes en un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42); o como alternativa, alimentar un flujo mmimo de combustible y comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) y disponer que parte o todos los solidos circulantes se desvfen del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42), en el que se permite una produccion de potencia termica variable manteniendo condiciones estables en la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) 15 trabajando entre dos modos operativos:

a) un primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica con maximo flujo de combustible y comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40), en que se obtiene una potencia termica adicional para el ciclo de vapor permitiendo que todos los solidos que dejan el primer ciclon (41) fluyan a traves de

20 un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) que dirige la corriente de solidos a un silo de menor temperatura (47), donde se almacenan los solidos de menor temperatura cuyo calor se extrae, manteniendo un flujo de solidos a traves de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) al disponer que los solidos de mayor temperatura fluyan de un silo de mayor temperatura (43) a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42), enfriando los solidos y alimentandolos a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) 25 de modo controlado mediante un primer dispositivo de control de solidos (48) colocado entre el silo de mayor temperatura (43) y el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42), y

b) un segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica con mmimo flujo de combustible y comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40), en que la produccion termica del primer

30 intercambiador de lecho fluidizado (42) es cero, desviando los solidos a traves de una desviacion u octava tubena (8), y los solidos de menor temperatura se alimentan de un silo de menor temperatura (47) a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) de modo controlado mediante un segundo dispositivo de control de solidos (49), de modo que la potencia termica en exceso liberada en la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) se transfiera a los solidos de menor temperatura de modo que los solidos de mayor temperatura 35 resultantes fluyan al silo de mayor temperatura (43), donde se almacenan los solidos a alta temperatura.

Un segundo sistema dado a conocer en esta invencion contiene varios elementos comunes a los descritos anteriormente, pero incluye varios rasgos particulares que pueden hacerlo aun mas economicamente atractivo que los descritos anteriormente para la generacion de potencia electrica a gran escala y flexible a partir de combustibles 40 fosil con captura de CO2. El sistema referido se representa en la Figura 2, y es un sistema para la captura de CO2 de un gas de escape por ciclo de carbonatacion-calcinacion. Como se discute en el estado de la tecnica, esta es una tecnologfa de captura de CO2 inherentemente mas economica que el sistema de CLF alimentado con oxfgeno, que comprende:

45 i) un carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) con una undecima tubena (13) que suministra un gas de escape que contiene CO2 diluido procedente de una central electrica de combustion existente (no mostrada en la Figura 2 por simplicidad), justo antes de enviar este gas de escape a la chimenea. El reactor carbonatador tiene tfpicamente una duodecima tubena (14) que suministra solidos ricos en CaO de un combustor de lecho fluidizado circulante (52), que es un calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (para aumentar el tiempo 50 de residencia y las existencias totales de solidos en el carbonatador). Se conecta tfpicamente el carbonatador (50) con un segundo ciclon (51) para separar el gas de escape con CO2 reducido (16) y la corriente de solido parcialmente carbonatada que contiene CaCO3 (17), en el que se recircula parte de la corriente de solido parcialmente carbonatada que contiene CaCO3 (17) al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de una decimotercera tubena (15) y se envfa la corriente restante de solidos a alta temperatura que contienen CaCO3 al 55 calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52),

ii) un combustor de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) que funciona como calcinador con una primera tubena (18) que suministra combustible, una segunda tubena (19) que suministra una mezcla de O2 y CO2 a traves de un distribuidor de gas y una decimocuarta tubena (20) que suministra una corriente de solidos que

contiene CaCO3 que precede tipicamente del segundo ciclon (51). Hay tambien una tercera tubena (21) que suministra solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con ox^geno (52) desde un primer ciclon (53) para aumentar el tiempo de residencia y las existencias de solidos en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52). El primer ciclon (53) separa el gas rico en CO2 (22) de la corriente 5 de solido calcinado que contiene CaO (23). El gas rico en CO2 (22) que procede del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) se conectara mas adelante con todo el equipo necesario para una generacion de potencia electrica y acondicionamiento y compresion de CO2 eficaces. Parte de este CO2 puede reciclarse para formar parte de la mezcla de O2 y CO2 que entra en el distribuidor de gas mediante la segunda tubena (19), junto con el O2 purificado generado en una unidad de separacion de aire (no mostrada en la Figura 2 10 por simplicidad),

iii) un primer (55) y tercer (54) dispositivos para dividir la corriente de solido calcinado que contiene CaO (23) y la corriente de solido parcialmente carbonatado que contiene CaCO3 (17) respectivamente cada una en varias corrientes de solido. El tercer dispositivo (54) para dividir corrientes de solido que caen por gravedad del segundo

15 ciclon (51) dirige los solidos

a) hacia el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimotercera tubena (15),

b) hacia el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de la decimocuarta tubena 20 (20),

y

c) hacia el silo de menor temperatura (57) para almacenar solidos de menor temperatura a traves de una quinta 25 tubena (30) que conecta un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) con el silo de menor

temperatura (57).

El primer dispositivo (55) para dividir la corriente de solido calcinado que contiene CaO (23) que cae por gravedad del primer ciclon (53) dirige los solidos 30

a) hacia el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de la tercera tubena (21),

b) hacia el silo de mayor temperatura (58) que recibe los solidos de mayor temperatura a traves de una cuarta tubena (24), y

35

c) hacia el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) mediante una decimoquinta tubena (25),

iv) al menos un tercer intercambiador de calor de lecho fluidizado (59) para extraer calor de la corriente a alta temperatura de solidos que contienen CaO de la decimoquinta tubena (25), antes de alimentarlos al carbonatador de

40 lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimosegunda tubena (14). El fluido de trabajo que extrae el calor de este lecho fluidizado sera tfpicamente parte de un ciclo de vapor de una central electrica,

v) una decimosexta tubena (26) en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) o en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para suministrar un flujo constitutivo de CaCO3 de caliza fresca que

45 mantiene la capacidad portadora de CO2 de las partfculas de CaO y compensa las perdidas de CaO por desgaste o sulfatacion. Se coloca una decimoseptima tubena (27) en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) o en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para purgar el flujo equivalente de solidos y evitar la acumulacion de cenizas y solidos derivados del calcio.

50 El dispositivo comprende adicionalmente:

vi) un primer dispositivo de control de solidos (60) para alimentar los solidos de mayor temperatura del silo de mayor temperatura (58) a un primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) que descarga los solidos de menor temperatura ricos en CaO en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de una decimoctava tubena

55 (28), y

vii) un segundo dispositivo de control de solidos (62) para alimentar solidos del silo de menor temperatura (57) al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de una sexta tubena.

Se da a conocer en esta invencion un procedimiento de almacenamiento de ene^a que usa combustores de lecho fluidizado circulante, mas preferiblemente un procedimiento para la captura de CO2 de un gas de escape por ciclo de carbonatacion-calcinacion que usa el segundo sistema descrito anteriormente como calcinador de CaCO3, que comprende las siguientes etapas:

5

i) alimentar un flujo de combustible y comburente a un calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para descomponer el CaCO3 en una corriente rica en CO2 (22) y una corriente de solido calcinado que contiene CaO (23),

10 ii) alimentar un flujo de gas de escape que contiene CO2 y un flujo de solidos que contienen CaO a un carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) en condiciones que permitan una captura eficaz de CO2 por CaO, formando una corriente de solido parcialmente carbonatado que contiene CaCO3 (17) y un gas de escape con baja concentracion de CO2 (16),

15 iii) reciclar los solidos recirculados del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimotercera tubena (15) que suministra una parte de la corriente de solido parcialmente carbonatado que contiene CaCO3 (17) del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) para aumentar el tiempo de residencia de los solidos en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), y enviar la corriente de solido restante al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para descomponer el CaCO3 en una corriente rica en CO2 (22) y 20 una corriente de solido calcinado que contiene CaO (23),

iv) reciclar los solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de una tercera tubena (21) que suministra parte de la corriente de solido calcinado que contiene CaO (23) para aumentar el tiempo de residencia de los solidos en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con 25 oxfgeno (52), y enviar la corriente restante de solidos de alta temperatura que contienen CaO mediante una decimoquinta tubena (25) a un tercer intercambiador de calor de lecho fluidizado (59) para enfriar los solidos calcinados a alta temperatura que contienen CaO, y alimentar estos solidos al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), iniciando asf de nuevo el ciclo de carbonatacion-calcinacion de captura de CO2.

30 Como se discute en los parrafos anteriores para centrales electricas de CLFC alimentadas con oxfgeno, el sistema de captura de CO2 completo es un sistema complejo y altamente integrado, y los cambios drasticos en la produccion de potencia electrica estan asociados a ineficacias tecnicas y economicas. Es particularmente diffcil seguir los cambios de carga con el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), ya que este esta conectado con una unidad de separacion de aire que suministra O2 puro y una batena de purificacion y compresion 35 de CO2 de la corriente de gas rica en CO2, parte de la cual se recicla a la corriente mezcla de O2 y CO2 a como parte del estado de la tecnica de los sistemas alimentados con oxfgeno. El procedimiento de la invencion proporciona una solucion para desacoplar la produccion de potencia electrica del sistema de las condiciones operativas del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno de la Figura 2 y ser capaz de funcionar con diferentes producciones de energfa. El procedimiento se caracteriza por lo tanto porque permite una produccion de 40 potencia electrica termica variable manteniendo las condiciones estables en el calcinador de lecho fluidizado circulante (52), al trabajar entre los dos modos operativos extremos descritos para el primer sistema y en los que:

a) el primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente el maximo flujo de gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), en que se obtiene potencia termica adicional 45 del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) debido a que el segundo intercambiador de lecho fluidizado (56) recibe una corriente de solidos de mayor temperatura de un tercer dispositivo (54) para dividir la corriente de solidos parcialmente carbonatados que contienen CaCO3 (17) y suministra una corriente de solido de menor temperatura de solidos carbonatados a traves de una quinta tubena (30) al silo de menor temperatura (57); y se obtiene una potencia termica adicional del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) que descarga 50 los solidos de menor temperatura ricos en CaO en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de una decimoctava tubena (28).

En esta situacion, el sistema de captura de CO2 genera la potencia termica de la alimentacion de combustible a traves de la primera tubena (18), mas la potencia termica generada en la carbonatacion del CaO que reacciona con 55 CO2 o gas de escape que entra en la decimotercera tubena (13), mas la potencia termica extrafda de los solidos a alta temperatura que fluyen desde el silo de mayor temperatura (58) al silo de menor temperatura (57). Obviamente, este supuesto de maxima produccion de potencia electrica beneficioso puede durar solo hasta que se agote el CaO a alta temperatura almacenado en el silo de mayor temperatura (58). Para cargar el silo de mayor temperatura (58) con solidos calcinados a alta temperatura ricos en CaO, es necesario que durante ciertos periodos de tiempo el

sistema funcione en condiciones tales que este disponible un excedente de ene^a termica en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con ox^geno para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos respecto a los que proceden de la reaccion con CO2 en el carbonatador de lecho fluidizado circulante.

5 b) Por lo tanto, el segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente el mmimo flujo de gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), en que el exceso de produccion termica resultante en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) se usa para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos fnos y parcialmente carbonatados del silo de menor temperatura (57), regulado con el segundo dispositivo de control de solidos (62), y un flujo constituyente de CaCO3 de caliza fresca a traves de 10 una decimosexta tubena (26), de modo que se almacene un flujo de solidos calientes y ricos en CaO a traves de una cuarta tubena (24) en el silo de mayor temperatura (58).

Se da a conocer un nuevo dispositivo (Figura 3) que es similar al descrito para la Figura 2, pero en el que el segundo dispositivo (63) para dividir solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno 15 (52) a traves de la tercera tubena (21) conecta tambien el primer ciclon (53) con un cuarto intercambiador de calor (64) a traves de una septima tubena (32). Este cuarto intercambiador de calor (64) se conecta adicionalmente con el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52).

El sistema comprende adicionalmente un cuarto dispositivo (65) para dividir corrientes de solido que dirige los 20 solidos que abandonan el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) al combustor de lecho fluidizado circulante (52) o al carbonatador de lecho fluidizado circulante (51).

Esto permite un nuevo procedimiento para la captura de CO2 en este dispositivo, que comprende adicionalmente la extraccion de calor del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de un cuarto 25 intercambiador de calor (64), en el que se permiten diferentes producciones de potencia termica entre los siguientes extremos, manteniendo las condiciones estables en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) al trabajar entre los dos modos operativos extremos descritos para el segundo sistema, y en el que:

a) en el primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica, el calcinador de lecho fluidizado 30 circulante alimentado con oxfgeno (52) funciona como un combustor de lecho fluidizado alimentado con oxfgeno

recirculando los solidos de CaO del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de una septima tubena (32) para maximizar la produccion de potencia electrica en un cuarto intercambiador de calor (64), mientras que permite fluir suficientes solidos ricos en CaO de mayor temperatura del silo de mayor temperatura (58) a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) para alimentar solidos ricos en CaO de 35 menor temperatura al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimoctava tubena (28) y carbonatar parcialmente los solidos en presencia del gas de escape que procede de la undecima tubena (13), y dirigiendo los solidos que dejan el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) para enfriar y almacenar en el silo de menor temperatura (57).

40 En esta situacion, el sistema de captura de CO2 genera la potencia termica de la alimentacion de combustible a traves de la primera tubena (18) del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), mas la potencia termica generada en la carbonatacion de CaO que reacciona con CO2 que entra en la undecima tubena (13), mas la energfa termica extrafda de los solidos a alta temperatura que fluyen del silo de mayor temperatura (58) al silo de menor temperatura (57). Obviamente, este supuesto de maxima produccion de potencia electrica adicional 45 y beneficioso es a costa de silos mas grandes y calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) mas grande que cuando se funciona con el dispositivo de la Figura 2. La maxima produccion de potencia puede durar solo hasta que se agota el CaO a alta temperatura almacenado en el silo de mayor temperatura (58). Para cargar el silo de mayor temperatura (58) con solidos calcinados a alta temperatura ricos en CaO, es necesario funcionar durante ciertos periodos de tiempo en condiciones tales que este disponible un excedente de energfa 50 termica en el calcinador para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos respecto a los procedentes de la reaccion con CO2 en el carbonatador de lecho fluidizado circulante, y

b) por lo tanto, el segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente un flujo reducido de gas de escape que entra en la undecima tubena (13) y una desviacion del cuarto intercambiador

55 de calor (64) a traves de la octava tubena (33) al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), que permite una produccion de potencia termica en exceso en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) que se usa para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos fnos y parcialmente carbonatados del silo de menor temperatura (57), regulado con el segundo dispositivo de control de solidos (62), de modo que se almacena un flujo de solidos calientes y ricos en CaO a traves de la cuarta tubena (24) en el silo de

mayor temperatura (58).

Es una ventaja adicional de este procedimiento que, debido al mayor tamano del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno, puede minimizarse el periodo de tiempo requerido para funcionar al segundo 5 modo operativo de minima produccion de potencia electrica.

El Ejemplo 3 ilustra otros beneficios tecnicos de este procedimiento, relacionados con la mucho mas alta flexibilidad en las producciones de potencia y la mas amplia eleccion de modos operativos cuando el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) puede hacerse funcionar como central electrica independiente no 10 ligada al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), o incluso como central electrica independiente capaz de funcionar como se discute anteriormente para el dispositivo de la Figura 1. Esto hace referencia a un supuesto en que los solidos del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) se dirigen todos al segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) conectado con el silo de menor temperatura (57) mediante la novena tubena (34), y los solidos que abandonan el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) se dirigen al 15 calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) en lugar de dirigirse al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) mediante un cuarto dispositivo (65) para dividir las corrientes de solido.

Los procedimientos anteriores funcionan mejor con la maxima diferencia de temperatura entre el silo de mayor temperatura y el de menor temperatura, conduciendo a menores volumenes de silos para la misma cantidad de 20 energfa almacenada. Las temperaturas cercanas a la temperatura en las camaras de combustion, 850-950 °C, son adecuadas para el silo de mayor temperatura, preferiblemente aproximadamente 850 °C para los combustores alimentados con aire y 900 °C para los combustores alimentados con oxfgeno. La temperatura de los solidos fnos depende del numero y eficacia de los intercambiadores de calor de lecho fluidizado dispuestos en serie, y estara tfpicamente entre 150-400 °C, preferiblemente alrededor de 200 °C.

25

Los procedimientos anteriores pueden reducir adicionalmente su segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica y/o el tiempo requerido para funcionar a este segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica transfiriendo adicionalmente calor a los solidos procedentes del silo de menor temperatura, usando calor de las corrientes de gas de escape a alta temperatura que dejan los reactores de lecho fluidizado 30 circulantes. Esto puede conseguirse con ciclones dispuestos en serie tales como los usados en precalcinadores comerciales de caliza en plantas de cemento.

Habra otros modos de hacer funcionar los dispositivos de esta invencion que resultaran obvios para el especialista en la materia a la vista de los dispositivos y procedimientos dados a conocer en esta invencion. Por ejemplo, 35 resultara evidente para un especialista en la materia conectar el dispositivo de la Figura 1 con los dispositivos de la Figura 2 o 3 haciendo que la corriente de gas de escape (12) sea la corriente de gas de escape (13) en la Figura 2 y 3. El sistema resultante abrira un mas amplio intervalo de modos operativos, que anadinan aun mas flexibilidad a las centrales electricas con captura de CO2 usando los dispositivos de esta invencion. Pueden disenarse dispositivos y principios similares siguiendo las ensenanzas de esta invencion para sistemas de captura de CO2 precombustion 40 usando CaO como sorbente regenerable, sistemas en que el calor de calcinacion procede de una reaccion exotermica que tiene lugar en paralelo a la reaccion de calcinacion, o sistemas en que el calor de calcinacion procede de un portador termico solido o una pared metalica que conecta el calcinador con una camara de combustion a alta temperatura o con otra fuente de calor a alta temperatura. Tambien, siguiendo las ensenanzas de esta invencion, es posible adaptar los dispositivos y procedimientos de esta invencion a otros sistemas de bucle 45 qrnmico que usen reactores de lecho fluidizado circulante a altas temperaturas y reacciones de gas-solido altamente exotermicas como, por ejemplo, la oxidacion de un metal con aire. Por lo tanto, la descripcion y ejemplos proporcionados en esta invencion son ilustrativos y de caracter no limitante.

EJEMPLOS

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EJEMPLO 1. Ejemplo de diseno del dispositivo de la Figura 1

Se lleva a cabo a continuacion un diseno conceptual del dispositivo de la Figura 1 para ilustrar su aplicacion practica y la flexibilidad de obtener una variedad de producciones de potencia. Se supone en primer lugar un aporte de 55 potencia termica maxima por combustion en la camara de combustion de lecho fluidizado (40) de 100 MWt y una temperatura tfpica en la camara de combustion de lecho fluidizado (40) de 850 °C cuando la combustion se lleva a cabo con aire (2) Se eligen tambien dimensiones tfpicas para una camara de combustion de este orden de produccion de potencia termica en equipo comercial: una seccion transversal de 20 m2 y una altura de 40 m. Estas camaras de combustion de lecho fluidizado tienen habitualmente intercambiadores de calor de agua en su interior,

pero es mejor adoptar para el dispositivo de esta invencion un diseno adiabatico, que es tambien parte del estado de la tecnica. Para simplificar los balances de masa y calor en el ejemplo, se supone aqu que un 75 % del calor producido durante la combustion de combustible en la camara de combustion de lecho fluidizado (40) se extrae del sistema en el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42), y que un 25 % abandona el sistema como calor 5 sensible en el gas de escape (12) que deja el primer ciclon (41). Si se supone una capacidad termica media de los solidos circulantes en el sistema de 1,3 kj/kg°C y una velocidad de circulacion de solido tfpica de los solidos a traves de la camara de combustion de 10 kg/sm2 (kilo por segundo y por metro cuadrado de area transversal de la camara de combustion de lecho fluidizado (40)), la cafda de temperatura de los solidos en el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) requerida para cuadrar el balance de calor es de 288,5 °C. Esto es concordante con el 10 funcionamiento del estado de la tecnica de centrales electricas de CLFC comerciales.

Se supone ahora un tamano razonable para el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47) dispuestos como en la Figura 1. Se supone que tienen una altura de 20 m y una seccion transversal de 40 m2, que es el doble de la seccion transversal de la camara de combustion de lecho fluidizado (40) y procura un volumen 15 identico. Se supone tambien una temperatura de los solidos de mayor temperatura en el silo de mayor temperatura (43) de 850 °C y de 200 °C de los solidos fnos en el silo de menor temperatura (47), y una densidad aparente de los solidos en los silos de 1500 kg/m3. Esto permite almacenar una cantidad maxima de solidos de 1,2 x 106 kg, con un almacenamiento termico total equivalente a 282 MWt. En principio, esta cantidad de calor podna extraerse de estos solidos a una velocidad muy alta en su paso del silo de mayor temperatura (43) al silo de menor temperatura (47), 20 por ejemplo disponiendo un intercambiador de calor adicional (no mostrado en la Figura 1 por simplicidad) entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47). Esto podna procurar una produccion de potencia termica muy grande al reducir el tiempo de transferencia de solido con un alto flujo de circulacion entre los silos. Sin embargo, esto requerina dispositivos de intercambio de calor y equipos de generacion de potencia electrica asociados impracticablemente grandes funcionando durante solo periodos de tiempo muy cortos. Por lo tanto, es 25 probable que sean metas del diseno producciones de potencia termica mas modestas y realistas. Estas metas podnan conseguirse permitiendo una circulacion directa de solidos del silo de mayor temperatura (43) al silo de menor temperatura (47). Pero esto seguina requiriendo un intercambiador de calor adicional (no mostrado en la Figura 1) entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47) y requerina tambien soluciones practicas para disponer una circulacion de solidos de alta temperatura entre los dos silos. Esta solucion podna 30 terminar siendo tambien compleja y costosa. Sin embargo, el dispositivo de esta invencion hace uso del combustor de lecho fluidizado circulante existente para facilitar la circulacion de solido entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47) en modos de maxima produccion termica con velocidades de circulacion razonables establecidas entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47). Para ilustrar esto, se fija en este ejemplo la velocidad de circulacion de solido a traves del combustor en 10 kg/m2s, permitiendo 35 que una cierta fraccion de esta circulacion de solido proceda del flujo de solidos establecido entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47). Por ejemplo, si el aporte de potencia de la combustion de combustible permanece a 100 MWt en la camara de combustion de lecho fluidizado (40), y todas las temperaturas van a permanecer tambien constantes, la extraccion de calor total en el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) debe ser tambien constante. En estas condiciones, el modo de maxima produccion de potencia 40 electrica corresponde a un flujo de solidos del silo de mayor temperatura (43) a la camara de combustion de lecho fluidizado (40) y al silo de menor temperatura (47) de 2,8 kg/m2s (55,6 kg/s en el ejemplo), y se logra una produccion de potencia electrica adicional de 47 MWt en el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) enfriando la corriente de solido de 850 a 200 °C. Segun el tamano de los silos elegidos para este ejemplo, puede mantenerse este modo de maxima produccion de potencia electrica durante 6 horas hasta que todos los solidos 45 calientes almacenados en el silo de mayor temperatura (43) se transfieren al silo de menor temperatura (47). Pueden conseguirse obviamente periodos mas largos para este maximo con silos mayores o diferencias mayores en las temperaturas de solido entre el silo de mayor temperatura (43) y el silo de menor temperatura (47). Resulta tambien evidente que pueden conseguirse periodos mas largos de funcionamiento a valores mas modestos de maxima produccion de potencia electrica, permitiendo mayores cambios en las velocidades de circulacion de solido (que 50 pueden cambiar tfpicamente entre 1 y 20 kg/m2s en CLFC comerciales sin cambios de diseno relevantes en el sistema de circulacion de solido). Un cambio en la velocidad de circulacion de solido de los solidos a traves de la camara de combustion de lecho fluidizado (40) puede requerir tambien un cambio de la produccion termica en el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42), y esto puede hacerse usando un equipo intercambiador de calor comercial disponible para funcionar con cargas termicas favorables, o usando la division de solidos que sortea 55 el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) disponiendo una cierta recirculacion directa de solidos del primer ciclon (41) a la camara de combustion de lecho fluidizado (40). Por ejemplo, con la misma circulacion de solido total en el camara de combustion de lecho fluidizado (40) que anteriormente (10 kg/m2s o 200 kg/s), una division en el primer dispositivo (44) para dividir las corrientes de solido de los solidos que caen por gravedad del primer ciclon (41) de 144 kg/s hacia la tercera tubena (3) y el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42)

permite que el solido requerido circule del silo de mayor temperatura (43) al silo de menor temperatura (47), mientras que se mantienen las velocidades de circulacion de solido y las condiciones de combustion identicas con y sin almacenamiento de energfa. Por lo tanto, disenar el sistema anterior para suministrar su maxima produccion de potencia electrica durante 6 horas continuas da como resultado una produccion de potencia electrica maxima de 147 5 MWt (100 MWt de la combustion y 47 MWt del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45) en el sistema de almacenamiento de energfa novedoso).

El tiempo a maxima potencia electrica debe equilibrarse con un cierto tiempo a minima produccion de potencia electrica, en que la meta es rellenar el silo de solidos a alta temperatura. Ademas, las condiciones de minima 10 produccion de potencia electrica es probable que esten asociadas a situaciones en que la camara de combustion funciona a carga minima (por ejemplo, por la noche). Para combustores de lecho fluidizado circulante, esto puede ser del orden del 50 %. Por lo tanto, durante el periodo de minima produccion de potencia electrica de este ejemplo particular, se suponen 50 MWt como aporte de energfa de la combustion en la camara de combustion de lecho fluidizado (40). Por simplicidad, se supone de nuevo que un 25 % de esta energfa abandona el combustor en el gas 15 de escape que deja el primer ciclon (41). Esto deja 37,5 MWt disponibles para calentar a 850 °C los solidos que circulan del silo de menor temperatura (47) (a 200 °C) a la camara de combustion de lecho fluidizado (40). Esto requiere una control con el segundo dispositivo de control (49) de un flujo de solido de 44,4 kg/s que pasa por la sexta tubena (6) (o 2,2 kg/m2s en la camara de combustion de lecho fluidizado (40)) y una division del mismo flujo solido de solidos del primer ciclon (41) al silo de mayor temperatura (43) a traves de la cuarta tubena (4). Si se 20 requena una velocidad de circulacion de solido mayor para mantener las condiciones de fluidizacion y la transferencia de calor en la camara de combustion de lecho fluidizado (40), este flujo de circulacion adicional podna obtenerse permitiendo una division de solidos en el primer dispositivo (44) para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer ciclon (41) y recircular solidos del primer ciclon (41) a la camara de combustion de lecho fluidizado (40) a traves de la tercera tubena (3), sin pasar a traves del primer intercambiador de calor de lecho 25 fluidizado (42). Por el tamano de los silos elegido para este ejemplo, el modo operativo mmimo tiene que mantenerse durante 7,5 horas, hasta que todos los solidos de menor temperatura almacenados en el silo de menor temperatura (47) se transfieran al silo de mayor temperatura (43). Este tiempo podna acortarse disponiendo un procedimiento adicional para precalentar con el gas de escape (12) que deja el primer ciclon (41) los solidos que proceden del silo de menor temperatura (47) antes de que entren en la camara de combustion de lecho fluidizado 30 (40). Esto podna llevarse a cabo con un equipo comercial para elevar los solidos de menor temperatura almacenados en el silo de menor temperatura (47) y ponerlos en contacto con el gas de escape caliente (12) que deja el primer ciclon (41) en ciclones adicionales en serie (no mostrados en la Figura por simplicidad), como es practica comun en precalcinadores y precalentadores de solidos que se alimentan a plantas de produccion de cemento.

35

El tiempo maximo (6,0 h) a la maxima produccion de potencia electrica en este ejemplo particular y el tiempo mmimo a la minima produccion de potencia electrica (7,5 h) son valores elegidos para este ejemplo particular. Son posibles muchos valores intermedios y resultaran evidentes para los especialistas en la materia. Las horas restantes (10,5 h) para completar un tiempo de funcionamiento de un dfa entero podnan usarse en este ejemplo particular a las 40 condiciones de referencia de 100 MWt. Esto procurana un factor de capacidad de la central de 0,57. Este factor de capacidad podna reducirse adicionalmente funcionando mucho mas tiempo a una baja produccion de potencia electrica. Por ejemplo, funcionando 6 h a la maxima produccion de potencia electrica de 147 MWt y las 18 h restantes a una produccion de potencia electrica de 34 MWt, el factor de capacidad sena de 0,43. Es posible un factor de capacidad aun menor haciendo funcionar la camara de combustion de lecho fluidizado (40) con un aporte 45 de potencia mmimo (50 MWt) en ambos periodos de potencia maxima y minima. Esto podna conseguirse reduciendo el flujo de circulacion del silo de menor temperatura (47) al silo de mayor temperatura (43) y aumentando por consiguiente (si es necesario) el reciclaje de solidos del primer ciclon (41) a la camara de combustion de lecho fluidizado (40) mediante el gas de escape y el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42). Puede estimarse con sencillos balances de masa y calor que, para este ejemplo particular, se permite cualquier valor del 50 factor de capacidad entre 0,34 y 0,68 sin cambiar las dimensiones y condiciones operativas elegidas para el ejemplo. Ademas, resultara evidente para el especialista en la materia definir otros volumenes de los silos de almacenamiento, densidades de solido de los solidos circulantes, temperaturas operativas o velocidades de circulacion de solidos, conduciendo a diferentes intervalos de factor de capacidad.

55 En este punto, es ilustrativo en este ejemplo particular de realizacion de la invencion comparar el dispositivo y procedimientos de la invencion frente a una central electrica estandar que da la misma maxima produccion de potencia electrica y con un factor de capacidad identico (medido aqrn diariamente por simplicidad). Dicha central electrica tendna una potencia termica del carbon de 147 MWt, y es por lo tanto un 47 % mayor en cada elemento del equipo relacionado con la camara de combustion. Se supone que se requiere tambien a esta central suministrar

durante 6 horas una maxima produccion de potencia electrica de 147 MWt, que se permite bajar tambien un 50 % en su produccion termica y que se requiere por el mercado funcionar con un factor de capacidad particular de 0,43 como en los parrafos anteriores. En estas condiciones, resultara evidente para un especialista en la materia que esta central electrica se vera forzada a apagarse (produccion de potencia electrica igual a cero) durante al menos 9,6 5 horas al dfa para satisfacer los requisitos de potencia maxima durante un cierto tiempo y la baja demanda de potencia durante otros periodos de tiempo. La necesidad de encender y apagar el gran equipo de combustion de la camara de combustion de lecho fluidizado (40), junto con todos los sistemas auxiliares asociados (los sistemas de alimentacion de carbon y sorbente, equipo de purificacion del gas de escape, etc. se apagan tambien) es una clara desventaja de los sistemas del estado de la tecnica respecto al dispositivo y procedimientos de esta invencion. 10 Como se ilustra en este ejemplo, el dispositivo de esta invencion suministra la misma potencia maxima y tiene el mismo factor de capacidad que la central electrica estandar, pero tiene una camara de combustion y sistemas auxiliares asociados a la camara de combustion que son aproximadamente un 50 % menores que en la central estandar. Ademas, el dispositivo de esta invencion hace funcionar la camara de combustion (40) con flujos continuos de carbon y aire (los mismos a carga total o a cargas intermedias), ya que no requiere cambios en dicha camara de 15 combustion (40) para adaptarse a bajos factores de capacidad medios. Estas son ambas grandes ventajas que lo mas probablemente compensen el coste de capital adicional asociado a los silos (43) y (47) y el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45), que son los componentes novedosos mas costosos en el dispositivo de esta invencion cuando se compara con la central electrica estandar.

20 Un especialista en la materia se dara cuenta inmediatamente de que el ejemplo anterior es tambien ilustrativo, con pequenas modificaciones en las suposiciones, de una central electrica cero emisiones de referencia basada en la combustion de combustible con oxfgeno en un lecho fluidizado circulante. Sin embargo, los beneficios del dispositivo de esta invencion se potenciaran debido a que la central de referencia contiene en este caso componentes mas complejos y costosos (unidad de separacion de aire, purificacion de CO2, reciclaje y compresion de CO2 etc.) que 25 tienen dimensiones proporcionales a la potencia de combustion termica liberada en (40). Tambien, estos componentes complejos e integrados hacen mas diffciles y caras las operaciones de encendido y apagado de la central electrica.

EJEMPLO 2. Ejemplo de diseno del dispositivo de la Figura 2

30

Se lleva a cabo a continuacion un diseno conceptual del dispositivo de la Figura 2 para ilustrar su aplicacion practica y la flexibilidad de obtener una variedad de producciones de potencia con el sistema de ciclo de carbonatacion- calcinacion representado en la figura. Se supone en primer lugar un aporte maximo de potencia termica por combustion en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) de 100 MWt y una 35 temperatura de 900 °C cuando la combustion se lleva a cabo con una cierta mezcla de O2 y CO2. Esta temperatura debena ser suficiente para la calcinacion de CaCO3, ya que se supone que el reactor funciona a presion atmosferica y con un cierto contenido de vapor. Se supone tambien una velocidad de circulacion de solido total de los solidos que entran en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) de 200 kg/s como en la camara de combustion (40) del Ejemplo 1. Es importante que este calcinador de lecho fluidizado circulante 40 alimentado con oxfgeno (52) se disene adiabaticamente para maximizar el uso para calcinacion del aporte termico asociado a la combustion de combustible (y minimizar los requisitos de O2 y sus penalizaciones energetica y economica asociadas). Para simplificar los balances de masa y calor en este ejemplo, se supone aqrn que se usa un 80 % del calor producido durante la combustion de combustible introducido en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) mediante la primera tubena (18) para calcinacion y para calentar a la 45 temperatura de calcinacion el solido que entra en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52).

Se supone ahora un volumen identico del silo de menor temperatura (57) y del silo de mayor temperatura (58) como en el Ejemplo 1 dispuestos como en la Figura 2, identicas densidades aparentes de los solidos (1500 kg/m3) y 50 temperaturas de los solidos calientes en el silo de mayor temperatura (58) de 900 °C y 200 °C de los solidos fnos en el silo de menor temperatura (57). Se supone tambien una capacidad termica de los solidos de 1 kJ/kg, ya que estan compuestos principalmente de CaO. Esto permite un almacenamiento de energfa termica equivalente a 233,3 MWt en el silo de mayor temperatura (58). Los solidos almacenados en el silo de mayor temperatura (58) se supone que son un 90 % CaO en este ejemplo particular. Este contenido de CaO libre y su actividad maxima asociada o 55 capacidad portadora de CO2 dependeran de muchos factores que son bien conocidos en el estado de la tecnica de los sistemas de ciclo de carbonatacion-calcinacion. En el silo de menor temperatura (57), se carbonatan los solidos a un cierto nivel de conversion X, que se define como la conversion de carbonato o fraccion molar de CaO convertido en CaCO3. La entalpfa de la reaccion de carbonatacion es de -168 kJ/mol. En el proceso para rellenar el silo de menor temperatura (57) con solidos carbonatados originalmente en el silo de mayor temperatura (58), ha habido un

proceso de carbonatacion en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) que libera 900X MWt. Con fines de balance de masa y calor en este ejemplo, esta puede considerarse una ene^a adicional almacenada en el silo de mayor temperatura (58). El valor de X se asigna por un balance de masas en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50). Se supone aqu una velocidad maxima del gas de escape que contiene 0,40 kmol/s de CO2, que es 5 equivalente al gas de escape emitido por una central electrica de 180 MWt. Si se supone una meta de 90 % de eficacia de captura de CO2, el flujo maximo de CaCO3 que deja el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) se establece en 0,36 kmol/s.

Como se discute en el Ejemplo 1, podna conseguirse una produccion de potencia termica muy alta en este sistema 10 reduciendo el tiempo de transferencia de solido (con un alto flujo de circulacion de solidos entre silos) entre el silo de mayor temperatura (58) al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) y a traves del ciclon (51) y a traves del segundo intercambiador de lecho fluidizado (56) y a traves del silo de menor temperatura (57). Esta alta circulacion de solido podna establecerse simultaneamente a la captura del 90 % del CO2 en el gas de escape en la undecima tubena (13) asignada como meta, ya que la velocidad de circulacion de solido tfpica asignada en el carbonatador de 15 lecho fluidizado circulante (50) y el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) es suficiente para capturar todo el CO2 necesario en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) con valores de conversion de carbonato X modestos. Sin embargo, esto requerina intercambiadores de calor (56, 61) y equipos de generacion de potencia electrica asociados a estos dispositivos de intercambio de calor impracticablemente grandes que funcionanan solo durante muy cortos periodos de tiempo. Por lo tanto, es probable que sean la meta del diseno 20 economico producciones de energfa termica mas modestas y realistas. El dispositivo de esta invencion hace uso del calcinador de lecho fluidizado circulante (52) y del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) existentes para facilitar la circulacion de solido entre el silo de mayor temperatura (58) y el silo de menor temperatura (57) en modos de maxima produccion termica con velocidades de circulacion razonables establecidas entre el silo de mayor temperatura (58) y el silo de menor temperatura (57) a traves del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50). 25 Para ilustrar esto, se calcula a partir de los balances de masa y calor, para las condiciones particulares elegidas para este ejemplo, y buscando un periodo de 6 horas a maxima produccion de potencia electrica, un flujo solido total que entra en el carbonatador de 192,3 kg/s, procediendo 136,7 kg/s del calcinador (52) y 55,6 kg/s del silo de mayor temperatura (58). En estas condiciones, la maxima produccion de potencia electrica es de 155,5 MWt y el valor de X es de 0,117 para una eficacia de captura de CO2 del 90 %. Como se observa anteriormente, para el tamano de los 30 silos elegidos para este ejemplo, este modo de maxima produccion de potencia electrica puede mantenerse durante 6,0 horas hasta que se transfieren todos los solidos ricos en CaO calientes en el silo de mayor temperatura (58) al silo de menor temperatura (57) despues de carbonatacion con una conversion X. Pueden conseguirse obviamente periodos mas largos para este maximo con silos mayores o mayores diferencias en las temperaturas de solido entre el silo de mayor temperatura (58) y el silo de menor temperatura (57). Resulta tambien evidente que pueden 35 conseguirse periodos mas largos de funcionamiento a valores mas modestos de maxima produccion de potencia electrica permitiendo menores velocidades de circulacion de solido. Sin embargo, la reduccion de esta velocidad de circulacion de solido esta limitada por la capacidad portadora de CO2 de los solidos de CaO en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50). No parece razonable a partir del estado de la tecnica de ciclo de carbonatacion- calcinacion esperar conversiones de carbonatacion superiores a X= 0,20. Por lo tanto, se requiere un flujo mmimo de 40 solidos ricos en CaO de 112 kg/s para entrar en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) en este ejemplo particular. Cuando se funciona a esta velocidad de circulacion de solido y actividad de los solidos mmimas, la produccion de potencia electrica es de 118,3 MWt.

El tiempo de 6 horas asignado a la maxima potencia en el parrafo anterior debe equilibrarse con un cierto tiempo a 45 menor produccion de potencia electrica, en que la meta es rellenar el silo de mayor temperatura (58) de solidos a alta temperatura, manteniendo la eficacia de captura de CO2 al 90 % en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50). Se requiere un excedente de potencia termica en el calcinador (52) con este fin. Cuanto mayor sea el excedente de potencia termica, menos tiempo se requerira funcionar a una minima produccion termica en el sistema de ciclo de carbonatacion-calcinacion. Estas condiciones de minima produccion de potencia electrica es probable 50 que esten asociadas a situaciones en que la camara de combustion que suministra el gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) funciona a carga minima (por ejemplo, por la noche). Suponiendo de nuevo que esta corriente de gas de escape puede bajar hasta un 50 % en periodos de baja produccion de potencia electrica, la captura del 90 % de los 0,20 kmol/s de CO2 que entran en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) requiere una circulacion minima de 96,1 kg/s para una conversion de carbonatacion de 0,117. Esto permite un 55 excedente de energfa en el calcinador de 43,7 MWt que puede usarse para calentar y calcinar un flujo de solido de 48,8 kg/s del silo de menor temperatura (57). En estas condiciones, es necesario un tiempo de funcionamiento de 7,2 h para rellenar el silo de mayor temperatura (58) con solidos calcinados calientes. Cuando se funciona en estas condiciones, la produccion de potencia electrica del dispositivo es de 53,8 MWt. El tiempo maximo (6,0 h) a la maxima produccion de potencia electrica definido en este ejemplo particular y el tiempo mmimo a la minima

produccion de potencia electrica (7,2 g) son valores elegidos para este ejemplo particular. Son posibles muchos valores intermedios y resultaran evidentes para el especialista en la materia. Las horas restantes (10,8) para completar un tiempo de funcionamiento de un dfa completo podnan usarse en este ejemplo particular en las condiciones de referencia de 100 MWt. Esto procurana un factor de capacidad de la central de 0,64. Pueden 5 calcularse diferentes factores de capacidad medios para este sistema siguiendo una metodologfa similar a la explicada en el Ejemplo 1.

En este punto, es ilustrativo en este ejemplo particular de realizacion de la invencion comparar el dispositivo y procedimientos de la invencion con un sistema de ciclo de carbonatacion-calcinacion estandar que da la misma 10 maxima potencia y con un factor de capacidad identico de 0,64. Dicho sistema de ciclo de carbonatacion-calcinacion tendna un calcinador con una potencia termica del carbon de 155,5 MWt, que es mas de un 55 % mayor que en el dispositivo de esta invencion. Todo el equipo asociado al calcinador (en particular, la compleja y costosa unidad de separacion de aire para suministrar O2) sena tambien un 55 % mayor. Ademas, si se requiriera que esta central funcionara con un factor de capacidad similar de 0,64, por ejemplo suministrando durante al menos 6 horas una 15 maxima produccion de potencia electrica de 155,5 MWt, esto podna ser posible solo bajando un 50 % su produccion termica durante al menos 15,4 horas. Claramente, el dispositivo de esta invencion no requiere cambios en las condiciones de combustion en el calcinador de lecho fluidizado alimentado con oxfgeno, incluso cuando el flujo de gas de escape que entra en el carbonatador cambia dentro de ciertos lfmites. En contraposicion, la configuracion de ciclo de carbonatacion-calcinacion estandar requiere complejos cambios de carga en el calcinador alimentado con 20 oxfgeno para seguir los cambios globales requeridos en la produccion de potencia electrica.

Por simplicidad en la descripcion de este ejemplo particular, no se han discutido las oportunidades que proporciona el dispositivo de la Figura 2 para establecer reciclajes solidos internos en ambos reactores y las situaciones intermedias que pueden conseguirse modulando la division de solidos en el tercer (54) y primer (55) dispositivos 25 para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer o segundo ciclones (53, 51) hacia un silo de menor y mayor temperatura (57, 58) respectivamente. Debena ser obvio para un especialista en la materia, y a partir de la discusion en el Ejemplo 1, como beneficiarse de esta posibilidad de dividir los flujos de solido entre reactores y silos para ganar mas flexibilidad en el funcionamiento del sistema sin alterar las condiciones en el calcinador (52) y equipo de generacion de O2 asociado.

30

EJEMPLO 3. Ejemplo de diseno del dispositivo de la Figura 3

Se lleva a cabo a continuacion un diseno conceptual del dispositivo de la Figura 3 para ilustrar su aplicacion practica y la flexibilidad de obtener una variedad de producciones de potencia electrica por el sistema de ciclo de 35 carbonatacion-calcinacion representado en la figura. Puesto que hay una clara similitud de este dispositivo respecto al descrito en el ejemplo 2, este ejemplo se centra solo en la diferencia clave entre dispositivos, asociadas a la posibilidad de hacer funcionar el dispositivo de la Figura 3 en un modo de maxima produccion de potencia electrica cuando se hace funcionar el calcinador alimentado con oxfgeno como una central electrica de CFLC alimentada con oxfgeno independientemente del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), se extrae el calor de combustion 40 del cuarto intercambiador de calor (64) usando el segundo dispositivo (63) para dividir los solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), mientras se alimenta el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) con CaO almacenado en el silo de mayor temperatura (58). Se supone un aporte maximo de potencia termica por combustion en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) de 100 MWt y una produccion de potencia electrica identica que es la suma de la potencia de calor sensible en el gas 45 rico en CO2 (22) que deja el primer ciclon (53) y la potencia termica extrafda en el cuarto intercambiador de calor (64) desviando todos los solidos circulantes que dejan el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno. Se suponen ahora flujos de solido y gas de escape a traves del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), una conversion X de CaO en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) y eficacias de captura de CO2 identicos a los del Ejemplo 2. Sin embargo, en este caso, todos los solidos que llegan al carbonatador proceden del 50 silo de mayor temperatura (58) y se almacenan en el silo de menor temperatura (57) a identicas temperatura y conversion de carbonato que en el Ejemplo 2. En estas condiciones, se obtiene una produccion de potencia electrica total de 292 MWt, que es la suma de la potencia termica obtenida de la combustion del carbon (100 MWt) en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), y los 192 MWt restantes son la produccion de potencia termica del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61), del segundo intercambiador de calor de 55 lecho fluidizado (56) y del gas de escape que deja el carbonatador de lecho fluidizado circulante (16). Este alto nivel de produccion de potencia electrica podna mantenerse solo durante 1,7 horas para la dimension y propiedades de solido dadas en el Ejemplo 2. Pueden elegirse tiempos mas largos a una menor maxima produccion de potencia electrica para el diseno siguiendo la metodologfa del Ejemplo 1. Claramente, un especialista en la materia se dara cuenta al realizar estos disenos preliminares que el dispositivo de la Figura 3 ofrece mas flexibilidad y variaciones de

funcionamiento y produccion de potencia electrica gracias al cuarto intercambiador de calor (64), que conecta el primer ciclon (53) con el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), y la posibilidad de hacer funcionar el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) en modo de calcinacion con ox^geno o en modo de combustion con oxfgeno. Sin embargo, estos modos operativos favorables requieren un 5 calcinador (52) mayor para tratar la misma cantidad de gas de escape en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) durante periodos de maxima produccion de potencia electrica. El dispositivo de la Figura 3 ofrece tambien una mayor flexibilidad cuando se requiere suministrar una minima produccion de potencia electrica. Por ejemplo, en un supuesto extremo pero realista, podnan apagarse el reactor carbonatador y la central electrica asociada que alimenta el gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), mientras que el 10 calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) podna seguir funcionando en modo de combustion con oxfgeno minima y sorteando el y alimentando solidos del silo de menor temperatura (57) al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), y almacenando la corriente de solido de mayor temperatura calcinado resultante en el silo de mayor temperatura (58). La metodologfa del diseno descrito en los ejemplos anteriores podna usarse para estimar estos modos de minima produccion de potencia que aumentan en 15 gran medida la flexibilidad del sistema de captura de CO2 de la Figura 3 en terminos de produccion de potencia electrica, mientras que permiten condiciones de combustion estables en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema para el almacenamiento de ene^a a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica que comprende:

i) un combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) con una primera tubena (1,18) para suministrar un combustible y una segunda tubena (2, 19) para suministrar un comburente a traves de un distribuidor de gas, estando conectado el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) a

10 ii) un primer ciclon (41, 53) para separar el gas de escape caliente (12, 22) resultante y la corriente de solidos caliente circulante (11, 23) al combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52),

15

iii) un primer dispositivo (44, 55) para dividir las corrientes de solido descendentes por gravedad del primer ciclon (41, 53), dirigiendo los solidos desde el primer ciclon (41, 53)

a) hacia el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52) a traves de una tercera tubena (3, 21),

b) hacia un silo de mayor temperatura (43, 58) que recibe los solidos de mayor temperatura a traves de una cuarta tubena (4,24), dirigiendo los solidos del silo de mayor temperatura (43, 58) a un primer 20 intercambiador de calor de lecho fluidizado (42, 61), y

c) hacia un silo de menor temperatura (47, 57) para almacenar los solidos de menor temperatura de un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45, 56), estando conectado el silo de menor temperatura (47, 57) con el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45, 56) mediante una 25 quinta tubena (5, 30) y estando conectado con el combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52)

mediante una sexta tubena (6, 31), y

iv) un primer dispositivo de control de solido (48, 60) para controlar la alimentacion de los solidos de mayor temperatura desde el silo de mayor temperatura (43, 58), y

30

v) un segundo dispositivo de control (49, 62) para controlar la alimentacion de los solidos de menor temperatura desde el silo de menor temperatura (47, 57) al combustor de lecho fluidizado circulante (40, 52).
2. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia 35 electrica segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un segundo dispositivo (46) para dividir la

corriente de solidos calientes del primer ciclon (41) al primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) a traves de una septima tubena (7) o por una desviacion u octava tubena (8) a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) durante periodos de baja carga termica en la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40).

40
3. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer dispositivo (44) para dividir las corrientes de solido que caen por gravedad del primer ciclon (41) dirige los solidos hacia el segundo intercambiador de lecho fluidizado (45) a traves de una novena tubena (9).

45
4. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer dispositivo de control de solido (48) controla la alimentacion de solidos calientes del silo de mayor temperatura (43) a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40) a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) mediante una decima

50 tubena (10) que conecta el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42) con la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40).
5. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun la reivindicacion 1, en el que el sistema es un sistema para la captura de CO2 de un gas de escape 55 por ciclo de carbonatacion-calcinacion, en el que el sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala comprende adicionalmente

i) un carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) con una undecima tubena (13) que suministra un gas de escape que contiene CO2 diluido y una duodecima tubena (14) que suministra solidos ricos en CaO del combustor

de lecho fluidizado circulante (52), que es un combustor de lecho fluidizado circulante alimentado con ox^geno que funciona como calcinador, que esta conectado con

ii) un segundo ciclon (51) para separar el gas de escape con CO2 reducido (16) y la corriente de solidos parcialmente 5 carbonatados que contienen CaCO3 (17), en el que parte de la corriente de solidos parcialmente carbonatados que contienen CaCO3 (17) se recircula al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de una decimotercera tubena (15), y la corriente restante de solidos a alta temperatura que contienen CaCO3 se envfa al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52).

10 6. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun la reivindicacion 5, en el que la primera tubena (18) del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) suministra combustible, la segunda tubena (19) suministra una mezcla de comburentes O2 y CO2 a traves del distribuidor de gas y una decimocuarta tubena (20) suministra la corriente de solido parcialmente carbonatada que contiene CaCO3 (17) procedente del segundo ciclon (51).

15
7. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun la reivindicacion 6, en el que comprende adicionalmente un tercer dispositivo (54) para dividir la corriente de solidos parcialmente carbonatados que contienen CaCO3 (17) que cae por gravedad del segundo ciclon (51), dirigiendo los solidos del segundo ciclon (51)

20

a) hacia el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimotercera tubena (15),

b) hacia el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de la decimocuarta tubena (20), y

25

c) hacia el silo de menor temperatura (57) para almacenar solidos de menor temperatura a traves de la quinta tubena (30), que conecta el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) con el silo de menor temperatura (57).

30 8. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en el que el primer dispositivo (55) para dividir la corriente de solidos calientes (23), que se calcina y contiene CaO, hacia el silo de menor temperatura (57), lo hace a traves del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) mediante una decimoquinta tubena (25).

35 9. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun la reivindicacion 8, que comprende adicionalmente al menos un tercer intercambiador de calor de lecho fluidizado (59) para extraer el calor de la corriente de solidos calcinados que contienen CaO de la decimoquinta tubena (25) antes de alimentarlos al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la duodecima tubena (14).

40
10. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-9, que comprende adicionalmente una decimosexta tubena (26) en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) o en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para suministrar un flujo constituyente de CaCO3 de caliza fresca.

45
11. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-10, que comprende adicionalmente una decimoseptima tubena (27) colocada en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) o en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para purgar un flujo equivalente de solidos y evitar la acumulacion de cenizas y solidos

50 derivados del calcio.
12. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-11, en el que el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) descarga solidos de menor temperatura ricos en CaO en el carbonatador de lecho fluidizado

55 circulante (50) a traves de una decimoctava tubena (28).
13. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-12, que comprende adicionalmente un segundo dispositivo (63) para dividir los solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves

de la tercera tubena (21), que conecta el primer ciclon (53) con el cuarto intercambiador de calor (64) a traves de una septima tubena (32), estando el cuarto intercambiador de calor (64) conectado adicionalmente con el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52).

5 14. Sistema para el almacenamiento de ene^a a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-13, que comprende adicionalmente un cuarto dispositivo (65) para dividir corriente solidas que dirige los solidos que abandonan el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) al combustor de lecho fluidizado circulante (52) o al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50).

10 15. Sistema para el almacenamiento de energfa a gran escala en un sistema de generacion de potencia

electrica segun cualquier de las reivindicaciones 5-14, en el que el comburente (19) es una mezcla de O2 y CO2 reciclado.
16. Procedimiento de almacenamiento de energfa que usa combustores de lecho fluidizado circulante que 15 comprende las siguientes etapas:

i) alimentar un flujo de combustible y comburente a una camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52), separando el gas de escape caliente (12, 22) resultante y las corrientes de solidos (11, 23) de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52), en el que los aportes de combustible, comburente y circulacion de 20 solido a traves de la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52) permiten una produccion de potencia termica variable al trabajar entre dos modos operativos:

a) un primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica con maximo flujo de combustible y comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52), en que se obtiene una potencia

25 termica adicional del ciclo de vapor extrayendo calor de la corriente de solidos calientes en un segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (45, 56) que dirige la corriente de solidos a un silo de menor temperatura (47, 57), donde se almacenan los solidos de menor temperatura, disponiendo que los solidos de mayor temperatura fluyan de un silo de mayor temperatura (43, 58) a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42, 61) enfriando los solidos de mayor temperatura de modo controlado mediante un primer dispositivo de control de 30 solido (48, 60) colocado entre el silo de mayor temperatura (43, 58) y el primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (42, 61), y

b) un segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica con mmimo flujo de combustible y comburente a la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52), en que la produccion termica del

35 primer intercambiador de lecho fluidizado (42, 61) es cero y los solidos de menor temperatura fluyen del silo de menor temperatura (47, 57) hacia la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52) de modo controlado mediante un segundo dispositivo de control de solido (49, 62) colocado entre el silo de menor temperatura (47, 57) y la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52), de modo que la potencia termica en exceso liberada en la camara de combustion de lecho fluidizado circulante (40, 52) se transfiera a los 40 solidos de menor temperatura, de modo que los solidos de mayor temperatura fluyan al silo de mayor temperatura (43, 58), donde se almacenan los solidos de mayor temperatura.
17. Procedimiento de almacenamiento de energfa usando combustores de lecho fluidizado circulante segun la reivindicacion 16, en el que el procedimiento es un procedimiento para la captura de CO2 de un gas de

45 escape por ciclo de carbonatacion-calcinacion, que comprende adicionalmente las siguientes etapas:

i) alimentar un flujo de gas de escape que contiene CO2 y un flujo de solidos que contienen CaO a un carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) en condiciones que permitan una captura eficaz de CO2 por CaO, formando una corriente de solido parcialmente carbonatado que contiene CaCO3 (17) y un gas de escape con baja concentracion

50 de CO2 (16),

ii) reciclar los solidos recirculados del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimotercera tubena (15), suministrando una parte de la corriente de solido parcialmente carbonatado que contiene CaCO3 (17) del carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) para aumentar el tiempo de residencia de los solidos en el

55 carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), y enviando la corriente de solido restante al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para descomponer el CaCO3 en una corriente rica en CO2 (22) y una corriente de solido calcinado que contiene CaO (23),

iii) reciclar los solidos recirculados del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves

de una tercera tubena (21), suministrando parte de la corriente de solido calcinado que contiene CaO (23) para aumentar el tiempo de residencia de los solidos en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con ox^geno (52), y enviando la corriente restante de solidos de alta temperatura que contienen CaO mediante una decimoquinta tubena (25) a un tercer intercambiador de calor de lecho fluidizado (59) para enfriar los solidos 5 calcinados de alta temperatura que contienen CaO y alimentar estos solidos al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), iniciando asf de nuevo el ciclo de carbonatacion-calcinacion de captura de CO2;

en el que el combustor fluidizado circulante (52) es un calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno y en el que

10

a) el primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente el maximo flujo de gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), en que se obtiene una potencia termica adicional del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) debido a que el segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) recibe una corriente de solidos de mayor temperatura de un tercer dispositivo (54) para

15 dividir la corriente de solidos parcialmente carbonatados que contiene CaCO3 (17), y suministra una corriente de solido de menor temperatura de solidos carbonatados a traves de una quinta tubena (30) al silo de menor temperatura (57), y se obtiene una potencia termica adicional a partir del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) que descarga los solidos de menor temperatura ricos en CaO en el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de una decimoctava tubena (28) y

20

b) el segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente el mmimo flujo de gas de escape al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50), en que se usa el exceso de produccion termica resultante en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos fnos y parcialmente carbonatados del silo de menor temperatura (57), regulado con el segundo

25 dispositivo de control de solido (62), y un flujo constituyente de CaCO3 de caliza fresca a traves de una decimosexta tubena (26), de modo que se almacene un flujo de solidos calientes y ricos en CaO a traves de una cuarta tubena (24) en el silo de mayor temperatura (58).
18. Procedimiento de almacenamiento de energfa usando combustores de lecho fluidizado circulante

30 segun la reivindicacion 17, que comprende adicionalmente la etapa de extraccion de calor del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de un cuarto intercambiador de calor (64), y en el que

a) en el primer modo operativo de maxima produccion de potencia electrica, el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) funciona como un combustor de lecho fluidizado alimentado con oxfgeno

35 recirculando los solidos de CaO del calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) a traves de una septima tubena (32) para maximizar la produccion de potencia electrica en un cuarto intercambiador de calor (64), mientras que permite que suficientes solidos ricos en CaO del silo de mayor temperatura (58) fluyan a traves del primer intercambiador de calor de lecho fluidizado (61) para alimentar solidos ricos en CaO de menor temperatura al carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves de la decimoctava tubena (28) y carbonatar 40 parcialmente los solidos en presencia del gas de escape que procede de la undecima tubena (13), y dirigiendo los solidos que dejan el carbonatador de lecho fluidizado circulante (50) a traves del segundo intercambiador de calor de lecho fluidizado (56) para enfriar y almacenar en el silo de menor temperatura (57), y

b) el segundo modo operativo de minima produccion de potencia electrica comprende adicionalmente un flujo 45 reducido de gas de escape procedente de la undecima tubena (13) y una desviacion del cuarto intercambiador de

calor (64) a traves de la octava tubena (33) al calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52), que permite una produccion termica en exceso en el calcinador de lecho fluidizado circulante alimentado con oxfgeno (52) que se usa para calentar y calcinar un flujo adicional de solidos fnos y parcialmente carbonatados del silo de menor temperatura (57) regulado con el segundo dispositivo de control de solido (62), de modo que se 50 almacena un flujo de solidos calientes y ricos en CaO a traves de la cuarta tubena (24) en el silo de mayor temperatura (58).