Prof. Dr. Deny Oliva MerencioCurso: LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA.(GASIFICACIN)Maestra en Ingeniera Mecnica. Mencin en Energa Renovable.PROCESOS TERMOQUMICOS.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaConcepto de gasificacin.Clasificacin y termoqumica del proceso de gasificacin.Tipos de gasificadores.Factores que intervienen en el proceso.Ejemplo de instalaciones de gasificacin.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.PROCESOS TERMOQUMICOS.(GASIFICACIN)

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaGASIFICACINDESCOMPOSICIN TRMICA DE LA MATERIA ORGNICA POR LA ACCIN DE UN GAS QUE REACCIONA CON EL RESIDUO CARBONOSO DE ESA DESCOMPOSICIN TRMICA. REACCIN A TRAVS DE LA CUAL LA MAYOR PARTE DE LA ENERGA QUMICA DEL COMBUSTIBLE SLIDO PASA AL GAS PRODUCIDO.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

Historia de la Gasificacin1839 - Bischof Construy el primer gasificador (Alemania).1840 - Ebelman - Gasificador con cenizas fundidas (Francia)1861 - Siemens - Construy el primer gasificador industrial.1879-1871 - Surge el petrleo como fuente combustible.1940 - Aparece las primeras reservas de gas natural.1940-1945 - Segunda Guerra Mundial (Gasgeno).1974-1984 - Crisis del Petrleo.1990 Problemas e inestabilidad del precio del Petrleo.+2000 - Problemas ambientales (Calentamiento Global).

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GASIFICACIN.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaCombustin de una fraccin de la biomasa procesada. Se obtiene un gas de bajo poder calorfico (< 6 MJ/m3N).Se puede producir electricidad: 1 MWh - 1 kg de biomasa.Se puede producir calor: 2 m3N - 1 kg de biomasa.Composicin tpica del gas: 16% de H2, 20% de CO, 12% de CO2, 2% de CH4 y 50% de N2.Clasificacin segn el agente gasificante.Con AIRE:Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaSe produce un gas de medio contenido energtico (10 a 20 MJ/m3N). El gas tiene las mismas aplicaciones que el anterior.Gas de ms calidad por no estar diluido con el N2.El gas puede usarse para obtener gas de sntesis para metanol (CO/H2).Con O2:Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaSe produce un gas enriquecido en H2 y CO. El gas puede usarse para obtener gas de sntesis para diversos compuestos (amoniaco, metanol, gasolinas).Con vapor de agua y/o Oxgeno (o aire):Se produce un gas con alto contenido energtico (> 30 MJ/m3N). El gas tiene una alta concentracin de metano y se puede usar como sustituto del gas natural.Con H2:Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaClasificacin segn el movimiento relativo entre el agente gasificante y la biomasa.Lecho mvil (fijo). El slido se mueve lentamenteCorrientes paralelas: slido y gas se mueven en el mismo sentido, normalmente hacia abajo (downdraft).Contracorriente: slido y gas se mueven en sentidos contrarios (updraft).Lecho fluidizado. El slido es mantenido en suspensin por el gas.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaTERMOQUMICA DEL PROCESO DE GASIFICACIN.(3) C + 0.5O2 CO 26453(4) C + O2 CO299045(5) CO + 0.5O2 CO267592(6) H2 + 0.5O2 H2O57740(7) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 191819(8) C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O 317200Reacciones qumicas Calor de reaccin (kcal/mol).Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny Oliva(9) C + H2O CO + H241287(10) C + 2H2O CO2 + 2H221435(11) C + 2H2 CH4 17706(12) C + CO2 2CO41139(13) CnH2n + H2 CnH2n+2 (14) CnHm + n H2O n CO + (n+m/2) H2 (15) CH4 + H2O CO + 3H248993(16) CH4 + 2H2O CO + 4H239141(17) CH4 + CO2 CO + 2H2 58845

(18) CO + H2O CO2 + H2 9800Reacciones qumicas Calor de reaccin (kcal/mol).Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.TERMOQUMICA DEL PROCESO DE GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaSe produce un slido residuo carbonoso (char). Se produce un lquido como alquitranes (tar).Pirlisis o descomposicin trmica (Reacciones 1 y 2):Cuando el agente gasificante es el oxgeno o el aire. Conjunto de reacciones de oxidacin, exotrmicas, que aportan el calor necesario para que el proceso se mantenga.Oxidacin o combustin (Reacciones de la 3 a la 8):Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.TERMOQUMICA DEL PROCESO DE GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaReacciones heterogneas o homogneas mayoritariamente endotrmicas. El slido que queda se convierte en gas.Algunas ocurren en muy pequea extensin.Reacciones de hidrogenacin (11 a 13).Reacciones de reformado (14 a 17).La reaccin 19 es la llamada shift y es muy importante. Reduccin o Gasificacin (Reacciones de la 9 a la 19):Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.TERMOQUMICA DEL PROCESO DE GASIFICACIN.

CLASIFICACIN DE LOS GASIFICADORESMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny Oliva

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaTipos de gasificadores.Secar la materia prima que desciende al reactor por el gas ascendente, evacuando la humedad retirada de la carga alimentada. Se distinguen las zonas de pirlisis, reduccin y oxidacin. Por lo tanto trabajan siempre con material muy seco.Elevados rendimientos trmicos. El gas que sale por la parte superior del gasificador arrastra gran cantidad de voltiles. Este hecho reduce el rendimiento del gasificador en un 25 %.Gasificador en contracorriente (Updraft):Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

Las temperaturas en el interior del gasificador son:Zona de oxidacin 900 - 1200 CZona de reduccin 650 - 900 CZona de pirlisis 300 - 650 C

La granulometra del combustible slido debe estar entre 20 y 100 mm pudiendo llegar hasta 150mm en su mayor dimensin.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaGasificador en contracorriente (Updraft):Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaUPDRAFTMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

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LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaGasificador concurrente (downdraft):El gas fluye en el mismo sentido descendente que el combustible slido. Se desarroll el referido sistema para convertir el alquitrn en gas combustible.Las zonas de destilacin y secado se encuentran inmediatamente arriba de las zonas de oxidacin del reactor..no requieren el uso de vapor de agua introducido en la corriente de aire, cuando el combustible slido presenta un grado de humedad adecuado.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaPara materia prima con alto contenido de humedad, es necesario el previo secado de la misma y/o calentamiento (tambin previo) del aire de gasificacin. Tienen una zona de estrangulacin (aumenta velocidad del aire y de los gases).Aumenta la velocidad de reaccin del combustible y facilita la conversin de alquitrn y cidos voltiles en combustibles. Se aceptan pedazos de hasta 100mm y nunca superiores a 150 mmGasificador concurrente (downdraft):Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaTemperatura (C)Conversin (%)100 1000 20000 25 50 75 100DOWNDRAFTMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaDOWNDRAFTMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

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LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaGasificador de lecho fluidizado:Reactor vertical dotado de parrilla en la parte inferior, a travs de la cual se inyecta el aire de gasificacin. El combustible slido se inyecta por encima de la parrilla, mediante un mecanismo lateral. Al entrar en contacto con la corriente ascendente del aire, las partculas slidas son mantenidas en suspencin, formando un lecho fluidizado en el cual se producen las reacciones termoqumicas.Baja temperatura de operacin.Acepta una gran variedad de materia prima con granulometra inferior a 15mm de dimetro promedio.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaLECHO FLUIDIZADOMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.Tipos de gasificadores.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.TEMPERATURA (en la PIRLISIS).Las proporciones de char, tars, y gases producidos, dependen de la velocidad de calentamiento y de la temperatura final alcanzada. Para altas velocidades de calentamiento (> 2C/s) y alta temperatura final (> 650C) se producen mayoritariamente gases.Para una temperatura final baja, se obtiene mayor proporcin de lquidos. Para velocidad de calentamiento reducida, tambin aumenta la proporcin de lquidos producidos. Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaTEMPERATURA (en la PIRLISIS).LECHO MVILModeradas velocidades de calentamiento (de 0,2 a 0,5C/s).Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.TEMPERATURA (en la GASIFICACIN).TEMPERATURACO2 y H2OTEMPERATURACO y H2Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.PRESIN.PRESINHidrocarburos y alquitranes en gas.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaMuy importante en los procesos que se autoabastecen energticamente mediante la combustin parcial de la biomasa a gasificar.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaDOSADO es la relacin entre la masa de residuos lignocelulsicos y la masa de aire introducidas en el gasificador (F = mb / ma). DOSADO ESTEQUIOMTRICO es la relacin msica entre biomasa y aire necesario para la reaccin de combustin estequiomtrica (Fe=mb/mae). DOSADO RELATIVO es la relacin entre el dosado y el dosado estequiomtrico (Fr = F / Fe). Los dosados de gasificacin utilizados siempre sern mayores que uno.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaSe debe determinar la masa de aire de gasificar por la composicin de la biomasa y el Fr. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Se calcula la cantidad de oxgeno necesario para la combustin estequiomtrica de la biomasa:kg O2/kg Ckg O2/kg H2kg O2/kg SMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Masa de oxgeno necesaria para la combustin estequiomtrica de 1kg de biomasa (kg O2/kg biomasa)Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

=2,667 * YC + 8,0 * YH + 1,0 * YS - YO

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LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.RELACIN AGENTE GASIFICANTE/BIOMASA.Masa de aire hmedo necesaria para la combustin estequiomtrica de 1kg de biomasa (kg aire hmedo/kg biomasa)Masa de aire necesaria para la gasificacin de 1kg de biomasa (kg aire/kg biomasa)Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (ENTRADA DEL AG).En el lecho fluidizado la velocidad de fluidizacin, dependiente directamente de este parmetro, es la que determina las caractersticas del lecho.En lecho fijo, la distribucin homognea del agente gasificante, permitir un mayor control del proceso y har posible que no existan zonas muertas con el consiguiente sobrecalentamiento o enfriamiento.En lecho fijo de corrientes paralelas, debe lograrse una perfecta distribucin del agente gasificante por toda la zona de oxidacin, de manera que ningn alquitrn generado en la zona de pirlisis pase sin craquearse o quemarse.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Dimensiones del gasificador).Dependen fundamentalmente del tipo de gasificacin elegido, de ciertas caractersticas de la biomasa, de la capacidad de procesamiento del sistema de gasificacin, as como de la composicin del gas resultante.En lecho fijo, la geometra del reactor, tamao y forma, influye en el perfil de temperatura que existe en el lecho, y por tanto en todos aquellos factores que sean dependientes de dicho perfil.El tiempo de residencia de la biomasa en la zona de secado-pirlisis, debe ser suficiente para conseguir la mxima desvolatilizacin posible, mxima produccin de gases. Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Dimensiones del gasificador).El volumen de la zona de reduccin para que el tiempo de contacto gas-slido sea suficiente para que estas reacciones avancen lo ms posible y aumente el rendimiento de conversin a gas de la gasificacin.En el lecho mvil, corrientes descendentes, para reducir o eliminar el contenido de alquitranes en el gas producto es el dimetro y forma de la zona de oxidacin.El dimetro debe ser lo menor posible, o en su caso practicar un estrechamiento o garganta ligeramente por debajo del punto de entrada del agente gasificante. Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Alimentacin de biomasa).Para transportes largos, superiores a 30 m., y siempre que sea posible por la humedad y granulometra del combustible, los sistemas neumticos son preferibles a los mecnicos.Para distancias cortas, los sistemas mecnicos son perfectamente vlidos. En el exterior, las cintas transportadoras son muy adecuadas; en el interior, es preferible un sistema cerrado, por ejemplo, un tornillo sinfn.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Limpieza del gas producto).Se busca que no haya contenido de alquitranes y otros condensables en el gas y partculas slidas en suspensin.Si es para combustin directa no hay muchos requerimientos (solo para hornos cermicos, secado de granos o alimentos, etc).Si es para uso en MCI o en Turbinas, tiene que cumplir con lmites aceptables (

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Limpieza del gas producto).PRODUCCIN DE:Partculas en suspensin.Lecho contracorriente, 100 - 1000 mg/m3 Lecho concurrente, 100 - 6000 mg/m3Lecho fluidizado, 10000 - 100000 mg/m3 Alquitranes:Lecho contracorriente, 10000 - 100000 mg/m3 Lecho concurrente, 40 - 300 mg/m3Lecho fluidizado, 2000 - 10000 mg/m3Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaFACTORES QUE INTERVIENEN EN LA GASIFICACIN.Elementos del diseo (Limpieza del gas producto).Para combustin directa (solo para hornos cermicos, secado de granos o alimentos, etc) sin tratamiento. Quizs situar un cicln a la salida del gasificador de LF.Para MCI debe usarse ciclones y filtros de manga. Puede usarse un sistema de ciclones y scrubbers (conviene el gas fro).Para Turbinas, si es necesario el uso de varios ciclones en serie o scrubbers/ciclones seguidos de precipitadores electrostticos.Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaCOMPOSICIN DEL GAS

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CALIDAD DEL GAS PARA DIFERENTES APLICACIONESMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny Oliva

CONCENTRACIN DE ALQUITRN Y PARTCULAS EN EL GAS OBTENIDO DESDE DIFERENTES GASIFICADORESMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny Oliva

Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaMTODOS DE REDUCCIN DEL ALQUITRN EN EL GAS

ARBRE Proyecto demostrativo (Reino Unido)Gasificador de lecho fluidizado circulanteCapacidad = 10 MWtPresin de operacin = 1,5 MPaTemperatura del lecho = 850 900 CMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny Oliva

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaMaestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.ConclusionesLa gasificacin es un proceso complejo pero conocido y dominado tcnicamente que brinda flexibilidad a los esquemas energticos de uso de la biomasa.El monitoreo de los principales parmetros del proceso es indispensable para lograr la mayor calidad del gas producto en trminos de composicin, poder calrico y limpieza.Ya existen algunas instalaciones funcionando y tiene buenas perspectivas en su extensin en la medida que se avance cientficamente en el tema.

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGA Procesos Termoqumicos. Gasificacin.Deny OlivaDr. Deny Oliva Merencio. Centro de Estudio de Tecnologas Energticas Renovables (CETER). CUJAE. Calle 114 # 11901. Marianao. Ciudad de la Habana. Cuba. Email: deny@ceter.cujae.edu.cu, drafaelom@gmail.comPROCESOS TERMOQUMICOS.(GASIFICACIN)Maestra en Ingeniera Mecnica. Energa Renovable.

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