Gasificación de residuos urbanos en lecho fluidizado: distribución de compuestos inorgánicos y traza

• Autores: Vanessa Ferreira de Almeida
• Directores de la Tesis: Alberto Gómez-Barea (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 176
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    El procesamiento de residuos a través de la gasificación en lecho fluidizado es una alternativa interesante frente a otras opciones termoquímicas. Sin embargo, el procesamiento de residuos a través de esta tecnología aun presenta varios inconvenientes en comparación con el procesamiento de otros combustibles estandarizados, como el carbón o la biomasa limpia. Los desafíos están asociados con la naturaleza intrínseca de los combustibles derivados de residuos, especialmente su heterogeneidad en tamaño y composición, y también con su mayor contenido de contaminantes precursores (N, S y Cl) y oligoelementos, como los metales pesados.

    Esta tesis tiene como objetivo estudiar la gasificación de combustibles derivados de residuos en lecho fluidizado, haciendo hincapié en los principales aspectos que diferencian la conversión térmica de estos residuos sólidos en comparación con otros combustibles más limpios, como la biomasa estandarizada. En particular, esta tesis se centra en la distribución de elementos inorgánicos y traza durante la gasificación de residuos sólidos urbanos en lecho fluidizado.

    Para lograr este objetivo se han realizado ensayos experimentales y modelos termodinámicos, y una extensa análisis de datos experimentales proprios y de la literatura. Los resultados proporcionan una comprensión del contenido de elementos inorgánicos y oligoelementos en diferentes tipos de combustibles residuales, algunos aspectos clave durante el muestreo y la medición de contaminantes, y establecen una predicción racional de la distribución de los elementos principales y traza durante la conversión térmica.

    Más concretamente, los principales logros de este trabajo de tesis se resumen a continuación:

    - Una revisión extensa de la literatura sobre el contenido de elementos inorgánicos y traza en los combustibles residuales y su distribución durante la conversión térmica en las diferentes fases producidas (sólido /gas).

    - Pruebas experimentales detalladas que identifican los materiales, métodos de muestreo y técnicas de medición más adecuados para las pruebas de gasificación a escala de laboratorio con el objetivo de medir elementos inorgánicos y trazas.

    - Resultados experimentales de la distribución de elementos inorgánicos y traza durante la gasificación de combustible derivado de residuo (RDF) en lecho fluidizado a escala de planta piloto en continuo; y resultados sobre la conversión térmica de varios combustibles de residuo en diferentes configuraciones experimentales - horno de mufla y en lecho fluidizado a escala de laboratorio - bajo diferentes condiciones de operación.

    Además, se presentan trabajos adicionales sobre modelos termodinámicos para predecir la distribución de los principales compuestos durante la gasificación de combustibles residuales y un análisis ambiental para evaluar preliminarmente las ventajas de la gasificación de alguna fracción de residuos sólidos urbanos frente a la opción de vertido.

  • English

    Processing waste in fluidized bed (FB) by gasification is an interesting alternative over other thermochemical options and types of equipment. However, it still presents several drawbacks compared to processing other standardized fuels, like coal or clean biomass. The challenges are associated with the intrinsic nature of waste fuels, especially their heterogeneity in size and composition, and with the higher content in contaminants precursors (N, S and Cl) and trace elements, such as heavy metals.

    This thesis aims to study the gasification of waste-derived fuels in a fluidized bed, emphasizing the main aspects that make the thermal conversion of these solid wastes different from other cleaner fuels, such as standardised biomass. In particular, this thesis focuses on the distribution of inorganic and trace elements during the gasification of urban wastes in fluidized bed (FB).

    In order to achieve this objective, experimental tests and thermodynamic models have been conducted, and extensive comparison with experimental experiences collected and published by researchers during the last decades. The results provide an understanding of the content in inorganics and trace elements in different types of waste fuels, some key issues during sampling and measuring contaminants, and establish rational prediction of the distribution of the main and trace elements during thermal conversion.

    More specifically, the main achievements of this thesis work are summarized as follows:

    - An extensive review of the literature regarding the content of inorganics and trace elements in waste fuels and their distribution during thermal conversion in the different product phases.

    - Detailed experimental tests identifying the most suitable materials, sampling methods and measurement technics for gasification tests at lab-scale aiming at measuring inorganics and trace elements.

    - Experimental results on the distribution of inorganics and trace elements during gasification of continuous tests in a bench-scale fluidized bed gasifier processing RefuseDerived Fuel (RDF) and thermal conversion of various waste fuels in muffle furnace and batchwise-operated lab-scale fluidized bed reactor under different operating conditions.

    Additional works on thermodynamic models to predict the distribution of the main compounds during the gasification of waste fuels and an environmental analysis to preliminarily assess the advantages of gasification of some fraction of wastes from municipal solid wastes compared to the option of landfilling are appended to this thesis.