Gasificación Catalítica y Autotérmica de Residuos Biomásicos a Escala Banco: Construcción y Optimización

Catalytic and Autothermal Gasification of Biomass Waste at Bench Scale: Construction and Optimization

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 residuo de pirólisis comparados con un sólido inerte (arena). Los catalizadores y la biomasa fueron caracterizados por diferentes técnicas: ICP, BET, TGA, CHONS, entre otras. En la optimización del proceso se estudiaron diferentes parámetros: tamaño de partícula de biomasa, flujo másico de alimentación, agentes gasificante y perfiles de temperatura. Los ensayos 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 750ºC, respectivamente. Los catalizadores evaluados tuvieron una reducción de alquitrán entre 10-45% comparado con el inerte y valores superiores en la relación 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.

INTRODUCCIÓN

Los esfuerzos del mundo en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero junto con el abastecimiento renovable de energía está orientado en reducir la dependencia a los combustibles fósiles. El principio de la bioeconomía es la utilización de los recursos renovables y/o residuos de otros procesos para la generación de bienes y/o servicios [1,2]. Estas energías renovables toman cada vez mayor relevancia. Tecnologías como la gasificación de biomasa, la cual es un proceso termoquímico de combustión incompleta en donde la biomasa y el agente gasificante generan gas pobre [3,4]. Este gas está compuesto de H₂, CH₄, CO, CO₂ e hidrocarburos ligeros o pesados, conocidos como alquitranes (tar). Esta tecnología es amigable con el medio ambiente, utiliza un combustible no fósil para la generación de diferentes productos químicos, energía eléctrica o térmica y podría alcanzar, con algunas configuraciones, balances neutros de emisiones de CO₂. El gas generado se puede acoplar a sistemas de calderas, motores de combustión interna, quemadores y turbinas de gas [5,6]. La eficiencia energética de un gasificador puede alcanzar rendimientos superiores al 50 %%, dependiendo del tipo de gasificador, la calidad de la biomasa y del agente gasificante (aire, oxígeno, vapor de agua, entre otros) o mezcla de estos [7,8]. El componente principal de la tecnología es un reactor de gasificación donde ocurren diferentes procesos como el secado, volatilización, reacciones de oxidación, craqueo y reformado. Para esta tecnología existen diferentes tipos de reactores, entre los que se tienen: lecho fijo (de tiro ascendente o descendente) o lecho fluidizado (burbujeante o circulante).