Gasificacion catalitica y autotermica de residuos biomasicos a escala banco: construccion y optimizacion

Abstract

En este trabajo se construyó y optimizó un sistema de gasificación a escala banco de residuos biomásicos (aserrín de pino). El sistema consta de una unidad de alimentación (tolva y tornillo), un reactor autotérmico de lecho fluidizado y acondicionamiento de gases (ciclón y enfriamiento). En el reactor se evaluaron 2 catalizadores de bajo costo: un mineral natural (dolomita) y un residuo de pirólisis comparados con un sólido inerte (arena). Los catalizadores y la biomasa fueron caracterizados por diferentes técnicas: ICP, BET, TGA, análisis elemental (CHONS), entre otras. En la optimización del proceso se estudiaron diferentes parámetros: tamaño de partícula de biomasa, flujo másico de alimentación, agentes gasificantes y perfiles de temperatura. Los resultados mostraron un óptimo funcionamiento con un tamaño de biomasa en el rango de 0,50-0,85 mm, un flujo másico de alimentación de 0,840 kg/h y una relación de equivalencia entre mezcla de agentes gasificantes (aire y/o vapor de agua) y alimentación de 0,35-0,45 con temperaturas de equilibrio de 650 y 750ªC, respectivamente. Los catalizadores evaluados tuvieron una reducción de alquitrán entre 10-45% comparado con el inerte y valores superiores en larelación H2:CO y LHV. Los resultados mostraron que el sistema de gasificación autotérmico a escala banco construido, permite la transformación de la biomasa utilizando catalizadores de bajo/nulo costo, lo que lo hace atractivo desde el punto de vista ambiental y económico.

In this work, a bench scale gasification system for biomass waste (pine sawdust) was built. It iscomposed of hopper and screw feeding system, fluidized bed autothermal reactor and gas conditioningsystem (cyclone and gas cooling). Low-cost catalysts were evaluated in the reactor: a natural mineral(dolomite) and a solid pyrolysis residue, compared to an inert (sand). Catalysts and biomass waste werecharacterized by different techniques: ICP, BET, TGA, elemental analysis (CHONS), among others. Theoptimization process studied different condition: biomass particle size, feed rate, gasifying agents andtemperature profiles. Optimal performance was achieved with particle size range between 0.50 - 0.85mm, feed rate of 0,840 kg/h and equivalent ratio gasifying gas (air and/or steam) to biomass of 0.35 - 0.45with equilibrium temperatures of 650 and 750 °C, respectively. As expected, higher tar reduction andbetter values of H2:CO and LHV were obtained with the use of catalysts, reaching tar reduction between10 - 45 %. Experimental results show that our bench scale autothermic gasification system adds value tobiomass waste with low-cost catalysts, making it environmentally and economically attractive.