Desintegración térmica de partículas de madera en un reactor tubular de lecho fijo

Thermal degradation of wood particles in a tubular fixed bed reactor

En este trabajo se estudió la desintegración térmica de aserrín proveniente de tres tipos de madera, en condiciones limitadas de oxígeno utilizando un reactor de lecho fijo a escala experimental. Se evaluaron el efecto del tipo de madera, porosidad del lecho, diámetro de partícula y la presión en la línea de succión sobre la conversión y el rendimiento a los productos gaseosos, líquidos y sólidos de la descomposición de la biomasa utilizando temperaturas autogeneradas, las cuales también fueron registradas. Todos los factores estudiados mostraron efectos significativos sobre la distribución de productos, si bien el rendimiento de la reacción hacia la fase orgánica es pequeño en comparación con otros sistemas pirolíticos. Los mejores resultados se obtuvieron con aserrín proveniente de roble con diámetros de partícula comprendidos entre 1.5 mm y 2.0 mm, porosidad de lecho de 0.808 y una presión de succión de 720 mm Hg.

INTRODUCCIÓN

El calentamiento global y la prevista futura escasez del petróleo han motivado la investigación de nuevas fuentes de energía y de sustancias que puedan reemplazar los actuales precursores de la industria petroquímica por otros de origen renovable. Como resultado de estas investigaciones la pirólisis ha sido identificada como un proceso promisorio ya que puede aplicarse a residuos agrícolas o cultivos no alimentarios. Los mecanismos y procesos involucrados en la combustión de partículas de biomasa son una pieza importantes en el desarrollo de nuevos sistemas eficientes de combustión. En la actualidad, existen un sin número de trabajos teóricos y experimentales sobre la descomposición térmica de los materiales celulósicos [1, 2]. Estos estudios se basan principalmente en la influencia de la distribución de la temperatura sobre variables estructurales y la conversión del material sólido hacia los productos volátiles. Muchos de los aspectos de estos estudios son en parte empíricos y requieren investigaciones adicionales para poder implementarse a escala industrial [3].

El proceso de la desintegración térmica de la biomasa para la producción de bio-aceite y carbón sólido puede ser divididos en tres etapas: secado, pirólisis y oxidación del carbón. La etapa de secado consiste en la liberación de la humedad retenida en la partícula de biomasa, en la etapa de pirólisis se dan un elevado número de reacciones diferentes, que conducen en conjunto, a la formación de gases, carbón y material volátil [4], finalmente en la etapa de oxidación del carbón formado durante la pirólisis, pone en libertad la energía necesaria para el sostenimiento del proceso [5].

Por otra parte, la actividad agrícola del país genera grandes cantidades de residuos lignocelulósicos cuya disposición implica costos adicionales y problemas ambientales  asociados.  Sin  embargo, a través de tecnologías como la pirólisis, en el corto/mediano plazo, puede aprovecharse el potencial de esta materia prima para producir combustibles líquidos o derivados químicos. Sin embargo, debido  a  las  características  propias  del agro colombiano, los residuos agrícolas generalmente no se encuentran concentrados en zonas determinadas, sino más bien, se presentan dispersas en amplias zonas de producción, razón por la cual, la posible implementación de los sistemas pirolíticos que actualmente se estudian a nivel mundial, resultaría, para el caso colombiano de difícil implementación. Esto motiva el estudio de sistemas de pirólisis más simples, de mayor facilidad de implementación, como el presentado en este trabajo.