Gasificación de biomasa y residuos en lecho fluidizado: estudios en planta piloto
- Autores: Manuel Campoy
- Directores de la Tesis: Pedro Antonio Ollero de Castro (dir. tes.), Alberto Gómez-Barea (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Constantino Fernández Pereira (presid.), Domingo Santana Santana (secret.), Luis Salvador Martínez (voc.), Bo Leckner (voc.), Jesús Arauzo Pérez (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En el proceso de gasificación de biomasa en lecho fluidizado (GLF) existen, al menos, tres inconvenientes básicos que limitan la comercialización del proceso: (1) la baja eficiencia ener-gética debida a la relativamente baja conversión del combustible, (2) el alto contenido en alquitra-nes del gas (para algunas aplicaciones) y (3) el alto precio de la biomasa. El presente trabajo se centra en el estudio experimental de diversas medidas, encaminadas a mejorar los inconvenientes anteriores, mediante su estudio experimental en una planta piloto de GLF burbujeante a presión atmosférica de 100 kWth.
En primer lugar, se ha estudiado la optimización del proceso usando diversos agentes gasificantes: aire, mezclas aire-vapor y aire enriquecido-vapor. En particular, se ha investigado la influencia de la proporción vapor/biomasa y de la concentración de oxígeno en el aire enriquecido (hasta el 40% en volumen, límite para ser producido mediante membranas) con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso respecto a la gasificación con aire. El ajuste óptimo de mezclas aire enriquecido-vapor permite alcanzar hasta un 70% de eficiencia y un 97% de conversión de carbono, valores sustancialmente mayores que los obtenidos con aire, del 57% y el 89%, respecti-vamente. La operación de un GLF operando bajo este concepto permitiría incrementar sustan-cialmente el rendimiento de la instalación, sin sufrir una penalización significativa de los costes de producción.
En segundo lugar, se ha estudiado experimentalmente el efecto de varias medidas pri-marias sobre la cantidad y naturaleza de los alquitranes en el gas generado en un GLF, en particu-lar, la inyección de aire secundario y el uso de aditivos dentro del lecho (alúmina y cal). Se ha concluido que el uso de aire secundario es una medida de interés a bajos valores del factor de aire (<0,3): se reduce un 19% la concentración de alquitrán total y un 30% los compuestos solubles en agua (principalmente fenoles); sin embargo, la fracción de alquitranes pesados en el gas crece ligeramente. El uso de cal en el lecho reduce a la mitad la concentración total de alquitrán, mien-tras que la reducción efectiva observada para la alúmina es sólo del 25%. Sólo en el caso de la cal se ha observado una reducción de la concentración de alquitranes solubles en agua. El valor mínimo del punto de rocío alcanzado en el mejor de los casos es de 155 ºC, por lo que el uso de estas medidas debe ser complementario, pero no sustituye, a un tratamiento secundario de lim-pieza del gas.
Finalmente, se ha evaluado la viabilidad técnica de la gasificación de tres residuos en lecho fluidizado: harinas cárnicas, orujillo de aceitunas y lodos de depuradora secos, motivado por la ventaja que supone utilizar combustibles de bajo coste (incluso negativo). Los resultados de-muestran que el gas obtenido durante la gasificación de harina cárnica tiene un poder calorífico muy bajo (inferior a 3,7 MJ/Nm3) aunque la conversión de carbón alcanzada es cercana al 100%. El orujillo genera un gas de buena calidad (poder calorífico inferior entre 5 y 6 MJ/Nm3), pero su tendencia a la aglomeración es elevada. Por último, los lodos de depuradora, a pesar de ser un atractivo combustible por su gran disponibilidad, es un residuo difícil de procesar, debido al alto contenido en cenizas, presentando severos problemas de defluidización del lecho así como una baja eficiencia (35-60%), esta última causada por la baja conversión alcanzada del combustible, debido a la necesidad de extracción de una gran cantidad de material del lecho para mantener estable la operación.
Aunque las expectativas económicas deben ser evaluadas caso por caso, el presente trabajo sugiere ya el interés que resultaría de la co-gasificación de harinas cárnicas con orujillo, y la de lodos como material de apoyo con biomasas con bajo contenido en cenizas, presentando varias medidas encaminadas a resolver los inconvenientes específicos para el procesamiento adecuado de cada residuo.
