gasificación y pirólisis 2
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Barranquilla, 4 de Diciembre del 2013
GASIFICACIÓN Y PIRÓLISIS
L. Colpas1, M. Wilches1
Ricardo Angulo2
1 Estudiantes de Ingeniería Química2 Ingeniero Químico, Profesor de Electiva Procesos de Conversión del Carbón
RESUMEN
El carbón es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono,
utilizada como combustible fósil, no es un recurso renovable, pero sí es posible
aprovecharlo energéticamente a través de procesos de conversión como
pirolisis, licuefacción y gasificación; en este artículo se tratará de explicar uno
de ellos: la gasificación, que aunque es un tema muy extenso se trata de
exponerlo a comprensión.
GASIFICACIÓN
La primera vez que se desarrolló el
proceso de gasificación, fue en la
década de 1800 para producir gas
de ciudad para la iluminación y la
cocina. La electricidad y el gas
natural después reemplazaron el
gas de ciudad para estas
aplicaciones, pero el proceso de
gasificación se ha utilizado para la
producción de productos químicos
de síntesis y combustibles desde
1920.
En la conversión del carbón,
biomasa y gases combustibles se
estudian y analizan los procesos y
sistemas que permitan el
aprovechamiento adecuado de este
tipo de recursos energéticos. Los
procesos han transcurrido de
experimentales a tecnologías de
conversión, mediante simulaciones
termodinámicas, siendo posible
estimar el efecto de las variables de
funcionamiento y configuraciones de
equipos sobre el comportamiento y
desempeño de los procesos.
La gasificación es un proceso
termoquímico en el que un sustrato
carbonoso (residuo orgánico, que
puede ser carbón, petróleo, etc.) es
transformado en un gas combustible
de bajo poder calorífico, mediante
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una serie de reacciones que ocurren
a una temperatura determinada,
esta temperatura generalmente es
alta, en presencia de un agente
gasificante (aire, Oxígeno,
Hidrógeno, vapor de agua), la
mezcla de gas resultante se
denomina gas de síntesis; este
método es utilizado porque es muy
eficiente para la extracción de
energía a partir de materiales
orgánicos, porque tiene la ventaja
de que el uso del gas de síntesis es
más eficiente que la combustión
directa del combustible original,
debido a que más de la energía
contenida en el combustible se
extrae y se puede aprovechar como
calor o electricidad o como gas de
síntesis para la obtención de
productos y porque también
produce menor impacto inicuo
ambiental.
El gas de síntesis puede quemarse
directamente en motores de
combustión interna, que se utiliza
para producir metanol, o se
convierte, a través del proceso de
Fischer-Tropsch, en combustible
sintético. La combustión de alta
temperatura refina los elementos
corrosivos, tales como Cloruro y
Potasio, lo que permite la
producción del gas limpio de los
combustibles.
La gasificación de combustibles
fósiles, se usa para generar
electricidad, sin embargo, la
mayoría de materiales orgánicos
como madera o biomasa y, en
menor grado el plástico, pueden ser
utilizados como materia prima para
la gasificación, por tal razón, la
gasificación puede ser una
importante tecnología para la
energía renovable, a pesar que el
carbón sea un recurso no
renovable. La gasificación se basa
en procesos químicos a
temperaturas elevadas, por encima
de los 700°C, que lo distingue de
los procesos biológicos tales como
la digestión anaeróbica que
producen biogás.
La elección del método para llevar a
cabo el proceso de gasificación
depende de varios factores como el
tamaño y forma del residuo, el
aprovechamiento de la energía del
gas producido que vaya a hacerse
y, por supuesto, de los
condicionantes económicos.
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Figura No.1. Proceso de gasificación.
Dependiendo del agente gasificante,
se obtienen diferentes mezclas de
gases que a su vez pueden tener
diferentes utilidades, como las que
se presentan en la tabla No.1:
Agente
gasificante
PSC
(Mj/m3)
Uso
Aire < 6 Combustible
Oxígeno 10 – 20 Gas de
síntesis
Vapor de
agua
10 – 20 Gas de
síntesis
Hidrógeno >30 Sustituto del
gas natural
Tabla No.1. Aplicación de diferentes mezclas
de gases.
El tipo de reactores que
normalmente se utilizan para estos
procesos son variados, y su
elección depende de varios factores
como pueden ser la granulometría
de las partículas, la humedad de las
mismas, o la limpieza del gas
requerido.
LECHOS FIJOS:
Up-draft: Alta eficacia, y el
gas tiene mucho alquitrán.
Down-draft: Difícil escalado
y poco alquitrán.
LECHOS FLUIDIZADOS:
Burbujeante: Buen control
de temperatura.
Circulante: Alta temperatura
del gas, poco alquitrán en el
gas.
Por otro lado, cabe decir que en la
actualidad muchos procesos de
gasificación para el tratamiento
térmico de los residuos están en
desarrollo, como una alternativa a la
incineración debido a que la
gasificación tiene varias ventajas
principales sobre la incineración,
como son:
La limpieza extensa de gases
de combustión necesaria se
puede realizar en el gas de
síntesis.
La energía eléctrica puede ser
generada en los motores y
turbinas de gas, que son
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mucho más económicos y
eficientes que el ciclo de vapor
utilizado en la incineración.
Incluso las células de
combustible pueden,
potencialmente ser utilizadas,
sin embargo, los motores y
turbinas de gas tienen
requisitos severos a la pureza
del gas.
El procesamiento químico del
gas de síntesis puede producir
otros combustibles sintéticos
en lugar de electricidad.
Algunos procesos de
gasificación tratan la ceniza
que contiene por ejemplo,
metales pesados a
temperaturas muy elevadas
para que ésta sea liberada en
una forma vítrea y
químicamente estable.
Un gran desafío para las
tecnologías de gasificación de
residuos es alcanzar una eficiencia
eléctrica bruta (positivo) aceptable.
La alta eficiencia de la conversión
de gas de síntesis a la energía
eléctrica es contrarrestada por el
consumo de energía significativa en
el preprocesamiento de residuos,
producción de grandes cantidades
de oxígeno puro (que se utiliza a
menudo como agente de
gasificación) y la limpieza de gas.
Se han propuesto varios procesos
de gasificación de residuos de los
cuales muchos se han construido y
probado, y sólo unos pocos han
sido implementados como plantas
de tratamiento de residuo real, y
siempre en combinación con los
combustibles fósiles.
Otras aplicaciones de la gasificación
a escala industrial en la actualidad
son:
La producción de electricidad a
partir de combustibles fósiles
tales como el carbón, donde el
gas de síntesis se quema en
una turbina de gas.
La producción de
combustibles de electricidad,
amoníaco y líquidos (aceite)
utilizando ciclos combinados
de gasificación integrada
(IGCC) (i.e. un método más
eficiente de captura de CO2,
en comparación con las
tecnologías convencionales),
con la posibilidad de producir
metano e hidrógeno para
células de combustible.
Finalmente podemos decir que la
gasificación del carbón es una
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tecnología eficiente y disponible que
consiste en una oxidación parcial de
combustibles sólidos, líquidos o
gaseosos para formar lo que se
conoce como gas de síntesis.
La gasificación es una alternativa
ideal para la producción de energía
renovable debido a que es un
proceso muy versátil y flexible que
permite la producción de
compuestos químicos y
petroquímicos y el uso de biomasa
en procesos industriales como
combustible.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS