Optimización de las Condiciones de Operación de la Micro-gasificación de Biomasa para Producción de Gas de Síntesis

Información Tecnológica Optimización de las Condiciones de Operación de la Micro-gasificación de Biomasa Vol. 27(3), 179-188 (2016) doi: 10.4067/S0718-07642016000300017 Ahumada Optimización de las Condiciones de Operación de la Microgasificación de Biomasa para Producción de Gas de Síntesis Luz M. Ahumada, Arnaldo Verdeza, Antonio J. Bula y Jahir Lombana Facultad de Ingeniería, Dpto. de Ingeniería Mecánica, Univ. del Norte, Barranquilla-Colombia (e-mail: ; ; ; ) Recibido Sep. 25, 2015; Aceptado Dic. 1, 2015; Versión final Ene. 18, 2016, Publicado Jun. 2016 Resumen Se presentan los resultados de un estudio sobre la significancia y la optimización de algunas variables (granulometría, velocidad de aire, contenido de biomasa y disposición del reactor) en el poder calorífico del gas de síntesis obtenido de la gasificación de biomasa (carbón vegetal y cuesco de palma africana). Mediante un diseño de experimento se evaluaron las cuatro variables que oscilaban entre 8-13mm para la granulometría, 0.8-1.4m/s para la velocidad del aire, 0-100 para el contenido de biomasa y ascendentedescendente para la disposición del reactor. Se encontró que los factores correspondientes a la granulometría y el contenido de biomasa resultan ser los más significativos en el poder calorífico del gas. Un poder calorífico máximo de 3.84MJ/Nm3 se obtuvo con la disposición descendente del reactor, alimentación de carbón vegetal con granulometría de 13mm y suministro máximo de flujo de aire. La verificación del punto óptimo de operación mostró que tales condiciones de operación favorecían la producción de un gas con un alto poder calorífico. Palabras clave: gasificación de biomasa; poder calorífico; conversión termoquímica; optimización; gas de síntesis Operating Condition Optimization of Biomass Microgasification for Syngas Production Abstract The results of study on the significance and the optimization of some variables (particle size, air flow, biomass content and reactor disposition) in the calorific value of the synthesis gas obtained by gasification process of biomass (vegetal coal and biomass African palm) is presented. The four variables ranged from 8-13mm for the particle size, 0.8-1.4m/s for air flow, 0-100 for biomass content and updraft-downdraft disposition for the type of reactor were evaluated by an experimental design. It was found that the particle size and biomass content are the most significant factors to maximize the output calorific value of syngas. A maximum calorific value of 3.84MJ/Nm 3 was obtained using the downdraft reactor with 13mm particle size and maximum air flow supply. The verification of the optimum operating point under these conditions showed that such operating conditions favored the production of a gas with high calorific value. Keywords: biomass gasification; calorific value; thermochemical conversion; optimization; syngas Información Tecnológica – Vol. 27 Nº 3 2016 179 Optimización de las Condiciones de Operación de la Micro-gasificación de Biomasa Ahumada INTRODUCCIÓN Los biocombustibles han atraído mucha atención en los últimos decenios debido al agotamiento del petróleo crudo y el aumento de las emisiones de dióxido de carbono procedentes de la quema de combustibles fósiles. Sin embargo, la sostenibilidad de los biocombustibles de primera generación (etanol de caña de azúcar, etanol a base de almidón o 'maíz', y de biodiesel a partir de aceites vegetales o grasas animales) se ha enfrentado a fuertes críticas porque tales biocombustibles podrían poner en peligro la producción de alimentos (Eisentraut, 2010). Por lo tanto, los biocombustibles de segunda generación producidos a partir de biomasa lignocelulósica, también llamados biocombustibles lignocelulósicos, tienden a ser una mejor opción, ya que no compiten con la producción de alimentos y hay abundante materia prima disponible (Perlack et al., 2005). En este trabajo se evalúan como combustibles de alimentación al proceso carbón vegetal y el cuesco de la palma africana en representación de los combustibles de segunda generación, este último residuo agrícola puede emplearse como combustible debido a la presencia de moléculas celulósicas que contienen energía en sus enlaces y que se libera bajo condiciones de oxidación total o parcial (Mendoza et al., 2012) y se lleva a cabo la comparación de este residuo con carbón vegetal a fin de considerar la conversión de la energía contenida de este combustible en estado sólido en energía contenida en un gas debido a las facilidades de manejo, transporte, almacenamiento, y otras ventajas adicionales a las mencionadas. Ahora bien, La conversión termoquímica hace referencia a la transformación de un combustible sólido carbonoso a liquido o gaseoso mediante reacciones químicas propiciadas por la adición de calor o un oxidante que propicia una combustión parcial del material aportando la fuente de calor. Estos gases y líquidos tienen ventajas en el transporte, almacenamiento, combustión, flexibilidad en la producción y comercialización. Cuyas propiedades son relativas en gran medida al método de conversión, combustible usado y condiciones del proceso (Bridgwater y Grassi, 1991). La gasificación es uno de los procesos versátiles de conversión termoquímica de mayor antigüedad mediante el cual se produce una mezcla de gas de H2, CO y CH4, donde las proporciones están determinadas por el uso de aire, oxígeno o vapor de agua como agente oxidante. Uno de los objetivos de la investigación en gasificación es evaluar diferentes diseños de gasificadores de biomasa para generar gas rico en monóxido de carbono e hidrógeno y con bajos contenidos de alquitrán y otras impurezas. Los diseños típicos de gasificador incluyen: lecho fluidizado burbujeante o circulante, un flujo ciclónico o arrastrado y sistemas de lecho fijo ascendente o descendente (Patil et al., 2011). Una variedad de gasificadores de biomasa se han desarrollado a lo largo de los tiempos como modificaciones a los existentes a fin de optimizar el rendimiento de los mismos. La diferenciación se basa en la disposición o apoyo de la biomasa en el reactor, la dirección del flujo tanto de la biomasa y el oxidante, y la forma se suministra calor al reactor (Couto et al., 2013). El gas energético producido en un reactor es una mezcla de especies de gases combustibles rica en hidrógeno, monóxido y dióxido de carbono cuyas proporciones varían de acuerdo al rendimiento del sistema (Dogru et al., 2002; Sheth y Babu, 2009; Olgun et al., 2011). En este trabajo se emplea un gasificador de lecho fijo para llevar a cabo las pruebas en el cual se evalúan dos disposiciones: updraft y downdraft que aluden simplemente al desplazamiento del lecho al interior del reactor. Este proceso no necesita fuentes externas de calor para mantener la temperatura de gasificación y para mantener las reacciones dentro del proceso. Como resultado, los equipos y requisitos de funcionamiento de la gasificación de biomasa son relativamente menores cuan (...truncated)