Alvarez Alcega, Jorge
Murillo Villuendas, Ramón (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2025
Abstract: La coyuntura legal y medioambiental actual de la UE hacen que la gasificación de CSR se postule como una tecnología alternativa a los procesos convencionales de tratamiento de RSU porque permite escalar en la jerarquía de gestión de residuos de la eliminación (depósito en vertedero) y valorización material y energética (TMB e incineración, respectivamente) hacia el reciclado (químico) por su capacidad para iniciar rutas de síntesis.
No obstante, no se puede obviar que la gasificación de residuos, en general, es una historia plagada de fracasos y uno de los factores de fracaso clave ha sido la falta de conocimiento de la naturaleza química del proceso de gasificación tanto en la conversión del residuo, que no es semejable al carbón o la biomasa, como de los alquitranes.
Los modelos matemáticos son una de las herramientas que pueden ayudar en el entendimiento de los procesos que ocurren en un reactor. Por este motivo, uno de los objetivos de la Tesis es ganar el conocimiento teórico suficiente para desarrollar un modelo de gasificador de CSR de lecho fluidizado burbujeante que sea capaz de predecir los fenómenos fisicoquímicos principales, que asista en el diseño y escalado de un reactor futuro y que integre las lecciones aprendidas o resuelva las carencias detectadas por otros autores.
El modelo de gasificador consta de cinco módulos:
1. Sub-modelo de partícula para secado y desvolatilización que contempla una cinética tipo DAEM (Discrete Activation Energy Model).
2. Sub-modelo de partícula para gasificación que contempla una cinética tipo RPM (Random Pore Model) y también la fragmentación y atrición del char.
3. Balance de población.
4. Sub-modelo de reactor de zona densa que contempla un modelo de burbuja clásico modificado y la transición al régimen de slugging.
5. Sub-modelo de reactor de freeboard que contempla la destrucción térmica de alquitranes y elutriación de sólidos.
Que se han dotado solamente de cuatro variables ajustables que son la fragmentación primaria, la constante de atrición, el coeficiente estequiométrico y la fracción molar de alquitranes hidrocraqueada, siendo el resto de las variables ajustables (coeficientes de transferencia de calor exterior y caudal de rebose) obligatorias para la consistencia del modelo.
Los resultados del modelo se han contrastado contra 24 experimentos de gasificación realizados en un gasificador de 30 kWth. En general, el modelo es capaz de reproducir correctamente los valores experimentales de todas las variables medidas (pérdida de carga del lecho, conversión del char, elutriación de sólidos, composición del gas y perfil de temperatura) manipulando unas variables ajustables que han resultado ser coherentes con los valores encontrados en la bibliografía. Además, se han podido correlacionar con significación estadística las curvas de la fragmentación primaria, constante de atrición, coeficiente estequiométrico y fracción molar de alquitranes hidrocraqueada, lo que aporta mayor solidez al modelo y mejora el estado del arte actual.
Abstract (other lang.):
No obstante, no se puede obviar que la gasificación de residuos, en general, es una historia plagada de fracasos y uno de los factores de fracaso clave ha sido la falta de conocimiento de la naturaleza química del proceso de gasificación tanto en la conversión del residuo, que no es semejable al carbón o la biomasa, como de los alquitranes.
Los modelos matemáticos son una de las herramientas que pueden ayudar en el entendimiento de los procesos que ocurren en un reactor. Por este motivo, uno de los objetivos de la Tesis es ganar el conocimiento teórico suficiente para desarrollar un modelo de gasificador de CSR de lecho fluidizado burbujeante que sea capaz de predecir los fenómenos fisicoquímicos principales, que asista en el diseño y escalado de un reactor futuro y que integre las lecciones aprendidas o resuelva las carencias detectadas por otros autores.
El modelo de gasificador consta de cinco módulos:
1. Sub-modelo de partícula para secado y desvolatilización que contempla una cinética tipo DAEM (Discrete Activation Energy Model).
2. Sub-modelo de partícula para gasificación que contempla una cinética tipo RPM (Random Pore Model) y también la fragmentación y atrición del char.
3. Balance de población.
4. Sub-modelo de reactor de zona densa que contempla un modelo de burbuja clásico modificado y la transición al régimen de slugging.
5. Sub-modelo de reactor de freeboard que contempla la destrucción térmica de alquitranes y elutriación de sólidos.
Que se han dotado solamente de cuatro variables ajustables que son la fragmentación primaria, la constante de atrición, el coeficiente estequiométrico y la fracción molar de alquitranes hidrocraqueada, siendo el resto de las variables ajustables (coeficientes de transferencia de calor exterior y caudal de rebose) obligatorias para la consistencia del modelo.
Los resultados del modelo se han contrastado contra 24 experimentos de gasificación realizados en un gasificador de 30 kWth. En general, el modelo es capaz de reproducir correctamente los valores experimentales de todas las variables medidas (pérdida de carga del lecho, conversión del char, elutriación de sólidos, composición del gas y perfil de temperatura) manipulando unas variables ajustables que han resultado ser coherentes con los valores encontrados en la bibliografía. Además, se han podido correlacionar con significación estadística las curvas de la fragmentación primaria, constante de atrición, coeficiente estequiométrico y fracción molar de alquitranes hidrocraqueada, lo que aporta mayor solidez al modelo y mejora el estado del arte actual.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: ingeniería y tecnología químicas
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería de Sistemas e Informática
Plan(es): Plan 512
Knowledge area: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 12 05 2025
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2025
Contribution of the TFG/M to Sustainability: Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación. Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos.
Fecha de embargo : 2027-05-12
Permalink:
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Record created 2025-07-01, last modified 2025-07-01
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