variables - proceso de gasificación

Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica

Fundamentos de la pirólisis y gasificación de biomasa

Curso Internacional en Biomasa y Biocombustibles 2007Universdad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C.

Agosto 15 de 2007

W. Klose; S. Rincón; A.Gómez Grupo de Investigación en Biomasa y Optimización

Térmica de Procesos - BIOT


Contenido

1. Introducción2. Fuentes de biomasa3. Tecnologías de transformación 4. Variables de los procesos5. Conclusiones


Fotosíntesis

Biomasa

Uso Energético

CO2

Procesamiento

1. Introducción


1.1 Producción primaria mundial de energía

Petróleo

Gas

Carbón

Nuclear

Energías Renovables

21,3%

23,3%

35,6%

13,1%

6,7%

Combustibles renovables y

residuos

10,6%

Hidráulica 2,2%

Otras 0,5%

International Energy Agency. World Energy Outlook 2004


2. Fuentes de biomasa

Fuentes de biomasa

Cultivos energéticos, residuos agrícolas y forestales

Residuos agroindustriales y de industrias forestales

Residuos urbanos

Residuos ganaderos


3. Tecnologías de Transformación

Procesos Bioquímicos

Procesos Termoquímicos

Procesos Físicos

Pirólisis

Gasificación

Combustión

Licuefacción

Sólido

Líquido

Gas

Carbón Activado

Briquetas

Combus-tibles

Energía Eléctrica

Gas de Síntesis

* PCS: Procesamiento Secundario

PCS*

Calor


T / ºC

t

Gasificación

Seca

do

4.1 Procesos de transformación termoquímica: Perfil temperatura tiempo

Pirólisis

110

600

900


4.2 Reactores

Gas producido

Lecho Fijo

Gas barrido u oxidación

Biomasa

Producto sólido

Lecho Móvil

Gas producido

Biomasa


Lecho Fluidizado

Gas producido

Biomasa



4.3 Variables Procesos Termoquímicos

Reactor: Condiciones calentamiento

Partícula de Biomasa

Flujo gas de barrido u oxidacción: Atmósfera



Partícula de Biomasa

Flujo de gas: Atmósfera


BMFase Volatil

Carbonizado

Reacciones

SecundariasPrimarias


Fase sólidaFase Volátil

Flujo gas: Atmósfera


4.3 Variables del proceso de pirólisis

Carbonizado

Material sin reaccionar

Fase Volátil

Dirección FlujoGradientes Térmicos


Variables


• Tasa de calentamiento• Temperatura máxima• Tiempo de residencia

Perfil Tiempo-Temperatura

• Atmósfera Inerte (N2, He, Ar)

• Atmósfera Reactiva (CO2, H2O, H2, Aire, O2)

• Presión

Atmósfera

Distribución de productos

CondensadoCarbonizado

Gas

• Forma y tamaño de partículas

• Composición orgánica

• Humedad

• Propiedades térmicas

Tipo de Biomasa

• Ceniza


0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

NH C/N

NO C/N

Celulosa

MaderaLignito

Turba

Petróleo

Hulla

Antracita

Carbón mineral

Carbón mineral lignítico

4.4 Caracterización: Diagrama de van Krevelen

Cuesco de PalmaCascarilla de Café

Bagazo de caña

Fibra de Palma


41.5<16.351.6Madera

41.7<14.753.1Bagazo de Caña

43.8<15.350.3Cascarilla de Cafe

44.4<16.348.7Fibra de Palma

40.5<15.752.8Cuesco de Palma

O(1)[%]N [%]H [%]C [%]

4.4 Caracterización de biomasa: Análisis elemental

(1) Valor calculado por diferencia


---20.01.0906.0Madera**

16.917.98.18715.0Bagazo de Caña

17.518.71.28210.1Cascarilla de Cafe

17.118.45.2795.2Fibra de Palma

21.1*22.2*1.77911.2Cuesco de Palma

PCI(1)PCS(1)cenizaM.V.humedad

PODER CALORÍFICO [MJ/Kg]

ANÁLISIS PRÓXIMO [%]

(1) Valores correlación Boie: PCS,bs= 34,83 c,bs+115,84 h,bs+ 6,28n,bs- 10,8 o,bs

* Valor experimental

** Mc Kendry, P. Bioresource Technology 83 (2002) 37-46


Ejemplo: Composición elemental de los diferentes productos de la pirólisis de cuesco de palma

17000350003500022200PCS/J/g

50190,941O / %

00,90,6<1N / %

6110,96H / %

44709853C / %

GasAlquitranesCarbonizadoBiomasa



Gas Generado

Carbonizado

Reacciones

HeterogéneasHomogéneas

4.5 Proceso de gasificación: Partículas

Fase sólidaFase Volátil

Agente Reacción

C+H2O=CO+H2C+CO2=2COC+2H2=CH4


Problemas de difusión: externa e interna

CO, H2, CO2, H2O: Efectos inhibitorios

Fase Volátil

Agente Reacción Tam. Grano

4.5 Proceso de gasificación: Partículas


Variables

Atmósfera • Agente reacción: H2O, CO2 , O2• Concentración agente• Presión

4.6 Variables de gasificación

Grado de gasificación

Propiedades: Rendimiento en masa (gas y sólido); áreasuperficial; porosidad; densidad; resistencia abrasión

Temperatura yTiempo sostenim.

• Temperatura proceso (Tp)• Tiempo de sostenimiento a Tp

Materia Prima

• Ceniza• Porosidad,densidad,resistencia• Forma y tamaño de partículas

• Composición química


5. Conclusiones

•Los procesos de transformación termoquímica son versátiles ya que es posible obtener distintas fracciones de productos combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Esto permite su adaptación a las necesidades específicas de cada región.• Las principales variables del proceso de pirólisis son el tipo de biomasa; la tasa de calentamiento; la temperatura final del proceso; el tamaño de grano.


5. Conclusiones

• Las principales variables del proceso de gasificación son el tipo de biomasa; la temperatura del proceso; el tiempo de residencia; el tamaño de grano; la composición de la ceniza y el agente de reacción.


Muchas gracias por su atención.

¿Preguntas?

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