| TAZ-PFC-2011-362 |
Eliminación de alquitranes en el proceso de gasificación de biomasa en lecho fluidizado
Fernández López, Javier
García Labiano, Francisco Javier (dir.) ; Gayán Sanz, Pilar (dir.)
Arauzo, Jesús (ponente)
Universidad de Zaragoza,
CPS,
2011
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química
Ingeniero Químico
Resumen: La gasificación es una tecnología muy utilizada para transformar desechos y materiales biomásicos en un gas de síntesis con un gran número de aplicaciones entre las que destacan su utilización en hornos y calderas, o para la generación de energía mediante su combustión en motores. Uno de los principales problemas que presenta esta tecnología es la producción de alquitranes durante el proceso. Esto conlleva la necesidad de implementar un equipo de absorción para su limpieza y la correspondiente pérdida de calor de la corriente, que se traduce en unos mayores costes y reducción de eficiencia térmica. Además, si se gasifica con aire, el gas de síntesis se encuentra muy diluido con el N2 procedente del aire. Con el fin de hacer frente a estos inconvenientes se están estudiando nuevas tecnologías como por ejemplo la incorporación de filtros catalíticos capaces de trabajar a altas temperaturas para reducir el contenido de alquitranes a la salida del gasificador. Esto se consigue gracias a las reacciones de reformado de alquitranes que tienen lugar en su interior. Por otra parte, se están estudiando nuevos sistemas de gasificación entre los que se encuentra el “dual fluidized bed”, DFB, para obtener un gas de elevado poder calorífico al no estar diluido por el N2 del aire. El DFB es un proceso cíclico que está compuesto por dos reactores de lecho fluidizado interconectados (gasificador y combustor). En el gasificador se producen las reacciones de gasificación con vapor de agua y se obtiene el gas de síntesis sin diluir en N2 (de alto poder calorífico). En el combustor se quema parte del sólido carbonoso procedente de la biomasa que calienta el material del lecho. El calor necesario para las reacciones de gasificación es suministrado por el material del lecho caliente procedente del combustor y que circula de manera continua entre los dos reactores. De esta manera se consigue separar los gases de combustión, producidos en el combustor, del gas de síntesis, generado en el gasificador, evitando su dilución y su disminución de poder calorífico. El trabajo realizado en este proyecto se compone de tres partes principales. La primera corresponde a la experimentación realizada en una planta piloto de gasificación de biomasa de 10 kWth. En ella se analizó el efecto de las principales variables de operación que afectan al proceso de gasificación (Tª de gasificación, material del lecho, relación H2O/biomasa seca y utilización de filtros catalíticos). Se comprobó que la utilización de Fe/olivina como material del lecho y filtros catalíticos a la salida del gasificador eran opciones válidas para disminuir el contenido de alquitranes del gas de síntesis. De la caracterización realizada a las muestras de Fe/olivina recogidas en la planta piloto se concluyó que dicho material, además de catalizar el reformado de alquitranes, actuaba como transportador de oxígeno desde el combustor al gasificador. También se comprobó que se producía cierta pérdida de Fe del material catalítico durante la operación en continuo. Posteriormente se realizaron los balances de materia y energía necesarios para determinar las condiciones de operación que permiten la operación de la instalación de de manera autotérmica, es decir, que porcentaje de sólido carbonoso era necesario quemar en el combustor para suministrar el calor necesario para las reacciones de gasificación. Los casos estudiados fueron, olivina como material del lecho, Fe/olivina como material del lecho y Fe/olivina más adición de un filtro catalítico. Se concluyó que la utilización de Fe/olivina mas adición de filtro catalítico ofrecía un rendimiento térmico más eficiente ya que permitía gasificar más sólido carbonoso trabajando en condiciones autotérmicas. Finalmente, se completó el proyecto con un diseño en el programa Hysys de una planta de cogeneración de 7.3 MWt a partir de un proceso de gasificación de biomasa capaz de procesar 1500 Kg/h. La simulación incluye el uso de la tecnología de gasificación basada en el doble lecho fluidizado, el uso de Fe/olivina como material de lecho y un filtro catalítico en el freeboard del gasificador para la limpieza de alquitranes. También se ha incluido un motor para la combustión del gas de síntesis con el que se ha obtenido electricidad y calor para generar agua caliente. Este diseño permite obtener un rendimiento total del proceso de gasificación del 85% aproximadamente, un valor elevado en comparación con otros sistemas similares y que hace de esta tecnología una buena alternativa para el aprovechamiento energético de la biomasa a mediana escala.
Palabra(s) clave (del autor): gasificación ; biomasa ; alquitrán ; fe/olivina ; filtros catalíticos
Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera
Notas: Analysis of the behavior of the main operation conditions of in the biomass gasification process. Analysis of behavior of catalytic filters whit tar production in-situ. Mass and energy balances that allow the autothermal poeration of the installation. Hysys design of a co-generation plant of 7,3 MWth for biomass gasification.
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