Condori Bocanegra, Oscar Enrique
Adanez Elorza, Juan María Ramón (dir.) ; Abad Secades, Alberto (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2025
Resumen: El proceso Biomass Chemical Looping Gasification (BCLG), es una tecnología innovadora para producir de gas de síntesis con bajo contenido de alquitrán y emisiones mínimas de CO2 a partir de biomasa. No requiere oxígeno puro, reduciendo costos, y opera en condiciones autotérmicas mediante el uso de dos reactores de lecho fluidizado interconectados: un reactor de reducción (RR) y uno de oxidación (RO). Entre estos reactores circula continuamente un transportador de oxígeno, basado en óxidos metálicos, que transfiere el oxígeno y calor necesarios para la gasificación de la biomasa -que ocurre en el RR- desde el RO, donde se introduce aire para regenerar el material. De este modo, se evita el contacto directo entre el aire y la biomasa.
En esta tesis se evaluaron diversos materiales de bajo coste como transportadores de oxígeno, incluyendo ilmenita, hematita, un mineral de manganeso y LD-slag, seleccionados por su reactividad y resistencia a la atrición. Se realizaron pruebas en una planta piloto de 1.5 kWt utilizando astilla de pino como combustible. Se determinó que temperaturas de gasificación superiores a 900 °C favorecían la conversión de biomasa (Xb) y la eficiencia de conversión de carbono (¿cc). Un mayor ratio oxígeno/biomasa (¿) favorecía la combustión de gases, aumentando el CO2 y reduciendo el CO y H2, lo que afectaba la calidad del gas de síntesis. Altos ratios vapor/biomasa (S/B) incrementaban el H2 y CO2, sin afectar significativamente al rendimiento a gas de síntesis (Ysg). El uso de CO2 como agente gasificante redujo los alquitranes pero generó un gas más diluido en CO2. Entre los materiales evaluados, la ilmenita y el LD-slag destacaron por su mayor Ysg, menor producción de alquitrán y buena resistencia a la atrición, siendo los materiales más prometedores para su uso en el proceso BCLG.
Porteriormente, se amplió la investigación en una planta de 20 kWt utilizando ilmenita y diferentes tipos de biomasa (paja de trigo y residuo forestal de pino). Se evaluó el impacto de la temperatura, el tiempo de residencia de los sólidos (tmr,RR) y la relación oxígeno a biomasa (¿RR), comprobándose que temperaturas elevadas y tmr,RR prolongados mejoraban la conversión del char en el RR (Xchar,RR), mejorando la Xb y en la ¿cc. El ratio ¿RR tuvo efectos similares observados en la planta de 1.5 kWt, mientras que los hidrocarburos y el CH4 permanecieron estables, conduciendo a valores de ¿ = 0.3-0.32 para operar en condiciones autotérmicas La generación de alquitrán fue baja, variando según el tipo de biomasa y su pretratamiento. La torrefacción redujo los alquitranes en la paja de trigo, mientras que el residuo de pino generó mayores cantidades.
Tras 40 horas de operación continua, la ilmenita mantuvo su reactividad y resistencia a la atrición, sin mostrar signos de aglomeración, consolidándose como el material más prometedor para futuras aplicaciones del proceso BCLG a escala industrial.
Resumen (otro idioma):
En esta tesis se evaluaron diversos materiales de bajo coste como transportadores de oxígeno, incluyendo ilmenita, hematita, un mineral de manganeso y LD-slag, seleccionados por su reactividad y resistencia a la atrición. Se realizaron pruebas en una planta piloto de 1.5 kWt utilizando astilla de pino como combustible. Se determinó que temperaturas de gasificación superiores a 900 °C favorecían la conversión de biomasa (Xb) y la eficiencia de conversión de carbono (¿cc). Un mayor ratio oxígeno/biomasa (¿) favorecía la combustión de gases, aumentando el CO2 y reduciendo el CO y H2, lo que afectaba la calidad del gas de síntesis. Altos ratios vapor/biomasa (S/B) incrementaban el H2 y CO2, sin afectar significativamente al rendimiento a gas de síntesis (Ysg). El uso de CO2 como agente gasificante redujo los alquitranes pero generó un gas más diluido en CO2. Entre los materiales evaluados, la ilmenita y el LD-slag destacaron por su mayor Ysg, menor producción de alquitrán y buena resistencia a la atrición, siendo los materiales más prometedores para su uso en el proceso BCLG.
Porteriormente, se amplió la investigación en una planta de 20 kWt utilizando ilmenita y diferentes tipos de biomasa (paja de trigo y residuo forestal de pino). Se evaluó el impacto de la temperatura, el tiempo de residencia de los sólidos (tmr,RR) y la relación oxígeno a biomasa (¿RR), comprobándose que temperaturas elevadas y tmr,RR prolongados mejoraban la conversión del char en el RR (Xchar,RR), mejorando la Xb y en la ¿cc. El ratio ¿RR tuvo efectos similares observados en la planta de 1.5 kWt, mientras que los hidrocarburos y el CH4 permanecieron estables, conduciendo a valores de ¿ = 0.3-0.32 para operar en condiciones autotérmicas La generación de alquitrán fue baja, variando según el tipo de biomasa y su pretratamiento. La torrefacción redujo los alquitranes en la paja de trigo, mientras que el residuo de pino generó mayores cantidades.
Tras 40 horas de operación continua, la ilmenita mantuvo su reactividad y resistencia a la atrición, sin mostrar signos de aglomeración, consolidándose como el material más prometedor para futuras aplicaciones del proceso BCLG a escala industrial.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: procesos químicos ; tecnología de la combustión ; procesos de fluidificación de sólidos
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería Química y del Medio Ambiente
Plan(es): Plan 515
Área de conocimiento: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 24 04 2025
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2025
Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Asegurar el acceso a energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas para todos. Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación. Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos.
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Registro creado el 2025-06-27, última modificación el 2025-06-27
