Rendimiento de hidrógeno en la gasificación de aserrín

Abstract

Dada la problemática energética y de cambio climático, actualmente es indispensable y estratégico para un país obtener fuentes de energías renovables y buscar la sustentabilidad de los procesos productivos. Argentina tiene una situación natural favorecida al disponer de grandes reservas de biomasa, que la posiciona en condiciones favorables para alcanzar los desafíos mencionados, particularmente la provincia de Misiones en lo referente a los residuos de la industria maderera. El trabajo consiste en el estudio del proceso de gasificación térmica de pellets de residuos del aserrado (aserrín) de madera de pino para la obtención de gas rico en hidrógeno, incluyendo la caracterización de la materia prima, la técnica de gasificación, el agente gasificante empleado como las características de flujo y condiciones de reacción en reactor principal de gasificación, en escala planta piloto bench. Se estudia el proceso de gasificación en lecho fluidizado adoptando el modelo de dos fases, isotérmico, incluyéndose los balances de masa en su forma diferencial en ambas fases para los especies gaseosas producto como hidrógeno, monóxido de carbono, oxígeno, dióxido de carbono y metano, comprendiendo la formulación del modelo simulador y su programa aplicativo en entorno Matlab, cotejando los resultados con los obtenidos experimentalmente. Considerando el enriquecimiento en hidrógeno de la mezcla producto de la gasificación, se analiza la influencia de factores como temperatura, en el rango de 750 oC- 850 oC, la relación conocida como tasa de oxígeno y los parámetros fluidodinámicos y su efecto sobre la transferencia de masa involucrada. El trabajo comprende además la atención sobre el mejoramiento del contenido de hidrógeno en la mezcla de gases producto a través del uso de la catálisis en base níquel como su efecto sobre las impurezas orgánicas del producto de gasificación de biomasa (alquitranes), dado la acción negativa de los alquitranes en el equipamiento de planta y de laboratorio como en las posibilidades de aplicación. La caracterización del catalizador pelletizado de níquel impregnado en base alúmina incluye porosimetría, patrones de DRX y perfiles de FTIR. El estudio del efecto de la catálisis se desarrolla en reactor en escala planta piloto, donde se efectúa el tratamiento secundario de los gases generados en el reactor gasificador, analizándose la acción de factores como la relación vapor a biomasa y la temperatura (en el rango de 800oC-900o C) sobre los componentes benceno y tolueno del alquitrán, además de la determinación de los parámetros cinéticos de la reacción como así también lo vinculado al estudio del catalizador, posterior a su uso, a través de la técnica de oxidación programada.

Given the energy problem and climate change, it is now essential and strategic for a country to obtain renewable energy sources and seek the sustainability of production processes. Argentina has a natural situation favored by the availability of large reserves of biomass, which places it in favorable conditions to meet the challenges mentioned above, particularly the province of Misiones in relation to the residues of the timber industry. The work consists of the study of the process of thermal gasification of pellets of waste from the sawing (sawdust) of pine wood to obtain gas rich in hydrogen, including the characterization of the raw material, the gasification technique, the gasification agent used as the flow characteristics and reaction conditions in main gasification reactor, on pilot plant bench scale. It is studied the gasification process in fluidized bed adopting the isothermal two phase model, including the mass balance in its differential form in both phases for the product gas species such as hydrogen, carbon monoxide, oxygen, carbon dioxide and methane, Including the formulation of the simulator model and its application program in Matlab environment, comparing the results with those obtained experimentally. Considering the enrichment in hydrogen of the mixture product of gasification, the influence of factors such as temperature is analysed, in the range of 750oC-850oC, the relation known as oxygen rate and the fluid dynamics parameters and their effect on the transfer of mass involved. The work also includes attention on the improvement of the hydrogen content in the product gas mixture through the use of nickel based catalysis as its effect on the organic impurities of the biomass gasification product (tars), given the negative action of the tars in the equipment of plant and of laboratory as in the possibilities of application. The characterization of pelletized catalyst of nickel in alumina basis, includes porosimetry, XRD patterns and FTIR profiles. The study of the effect of the catalysis is carried out in a pilot scale reactor, where the secondary treatment of the gases generated in the gasification reactor is carried out, analyzing the action of factors such as the vapor to biomass ratio and the temperature (in the range of 800oC to 900 ° C) on the benzene and toluene components of the tar, as well as the determination of the kinetic parameters of the reaction as well as the study of the catalyst after its use through the programmed oxidation technique.