Gasificación de biomasa usando calentamiento externo y vapor de agua como agente gasificante: Análisis numérico
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20200475Palabras clave:
recursos renovables, energía de la biomasa, gas de síntesis, hidrógenoResumen
La gasificación con fuente de calor externa se presenta como una alternativa de gran potencial para la generación de gas combustible a partir de biomasas con alto contenido de humedad. Mediante este proceso se obtiene un gas con densidades energéticas cercanas a 12 MJ/Nm3 característica que le permite ser utilizado directamente en máquinas térmicas o como precursor de otros combustibles de mayor calidad. Considerando lo anterior, en el presente trabajo se analiza computacionalmente el proceso de gasificación alotérmica de biomasa lignocelulosa con 50% de humedad con miras a la generación de gas de síntesis con alto contenido de hidrógeno. Para un suministro de potencia de 8 kW, la tasa de producción de gas seco fue de 51,9 molgas/kgbms y su concentración promedio de 45,7% CO, 44,8% H2, 4,8% CH4 y 4,6% CO2 con temperaturas máximas cercanas a 1.070 K y eficiencia química de 33%. A pesar de utilizar un suministro de calor homogéneo para el calentamiento del reactor, su temperatura disminuye sutilmente cerca a la salida del mismo debido a la reducción del material sólido y a la consecuente disminución de la inercia térmica del sistema. Durante las últimas etapas se tienen incrementos en la concentración del H2 y el CO debido a la contribución de las reacciones endotérmicas de gasificación del carbón, agua-gas y metanación.
Descargas
Citas
International Renewable Energy Agency (IRENA), “Rethinking energy,” IRENA, Abu Dhabi, United Arab Emirates, Tech. Rep., 2017.
S. Ladanai and J. Vinterbäck, “Global potential of sustainable biomass for energy,” Institutionen För Energi Och Tek, Uppsala, Sweden, Tech. Rep. 013, 2009.
Energía de la biomasa, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Madrid, España, 2007.
D. A. Quintero, Y. A. Lenis, and L. A. Corredor, “Desarrollo de un modelo de gasificación en equilibrio químico para evaluar el potencial energético del cuesco en plantas extractoras de aceite de palma en colombia,” INGE CUC, vol. 14, no. 2, July 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.17981/ingecuc.14.2.2018.06
J. F. Perez, Y. Lenis, S. Rojas, and C. León, “Generación distribuida mediante gasificación de biomasa: un análisis técnico - económico e implicaciones por reducción de emisiones de CO2,” Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, no. 62, pp. 157–169, Jan. 2012.
A. Z’Graggen and A. Steinfeld, “Hydrogen production by steam-gasification of carbonaceous materials using concentrated solar energy – v. reactor modeling, optimization, and scale-up,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 33, no. 20, October 2008. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.07.047
L. Suárez, J. F. Pérez, and R. Barrera, “Gasificación de madera para la obtención de un syngas útil en la producción de biocombustibles y/o productos químicos,” Rev. Ion, vol. 30, no. 1, June 30 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.18273/revion.v30n1-2017005
G. Cheng and et al., “Allothermal gasification of biomass using micron size biomass as external heat source,” Bioresour. Technol., vol. 107, March 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.12.074
L. E. García, “Obtención de gas combustible a partir de la gasificación de biomasa en un reactor de lecho fijo,” M.S. thesis, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia, 2011.
H. J. Garcia, “Modelación de la gasificación de biomasa en un reactor de lecho fijo,” M.S. thesis, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C., Colombia, 2011.
C. M. van der Meijden, A. van der Drift, and B. J. Vreugdenhil, “Benefits of allothermal biomass gasification for co-firing,” in 2nd Workshop on Cofiring Biomass with Coa, Copenhagen, Denmark, 2012, pp. 27–28.
H. Hofbauer, R. Rauch, K. Bosch, R. Koch, and C. Aichernig, “Biomass CHP plant gussing - a success story,” in Pyrolysis and gasification of biomass and waste: proceedings of an expert meeting, Strasbourg, France, 2002, pp. 527–536.
M. Romero and A. Steinfeld, “Concentrating solar thermal power and thermochemical fuels,” Energy Environ. Sci., vol. 5, no. 11, April 05 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1039/C2EE21275G
Y. Kalinci, A. Hepbasli, and I. Dincer, “Performance assessment of hydrogen production from a solar-assisted biomass gasification system,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 38, no. 14, May 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.109
Universidad Industrial de Santander. (2011) Atlas del potencial energético de la biomasa residual en colombia. [Online]. Available: https://bit.ly/2SAxJSH
Y. A. Lenis, G. Maag, C. E. Lins, L. Corredor, and M. Sanjuan, “Effect of heat flux distribution profile on hydrogen concentration in an allothermal downdraft biomass gasification process: Modeling study,” J. Energy Resour. Technol., vol. 141, no. 3, March 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1115/1.4041723
A. Gómez, W. Klose, S. L. Rincón, and W. Wiest, “Transformación termoquímica de la biomasaresidual del proceso de extracción del aceite de palma: tecnologías y perspectivas,” Palmas, vol. 25, pp. 388–397, 2004.
J. F. Pérez, Gasificación de biomasa: Estudios teórico experimentales en lecho fijo equicorriente. Medellín, Colombia: Universidad de Antioquia, 2009.
J. Porteiro, “Experimental analysis of the ignition front propagation of several biomass fuels in a fixed-bed combustor,” Fuel, vol. 89, no. 1, January 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.01.024
Y. A. Lenis and J. F. Pérez, “Gasification of sawdust and wood chips in a fixed bed under autothermal and stable conditions,” Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff., vol. 36, no. 23, November 11 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1080/15567036.2013.875081
C. D. Blasi and C. Branca, “Modeling a stratified downdraft wood gasifier with primary and secondary air entry,” Fuel, vol. 104, February 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.10.014
O. Yucel and M. A. Hastaoglu, “Kinetic modeling and simulation of throated downdraft gasifier,” Fuel Process. Technol., vol. 144, April 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.12.023
A. Steinfeld, “Solar thermochemical production of hydrogen––a review,” Sol. Energy, vol. 78, no. 5, May 2005. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.solener.2003.12.012
M. Kruesi, Z. R. Jovanovic, E. C. dos Santos, H. C. Yoon, and A. Steinfeld, “Solar-driven steam-based gasification of sugarcane bagasse in a combined drop-tube and fixed-bed reactor – thermodynamic, kinetic, and experimental analyses,” Biomass and Bioenergy, vol. 52, May 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.03.003
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2021 Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los artículos disponibles en la Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia están bajo la licencia Creative Commons Attribution BY-NC-SA 4.0.
Eres libre de:
Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
Adaptar : remezclar, transformar y construir sobre el material.
Bajo los siguientes términos:
Reconocimiento : debe otorgar el crédito correspondiente , proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se realizaron cambios . Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de ninguna manera que sugiera que el licenciante lo respalda a usted o su uso.
No comercial : no puede utilizar el material con fines comerciales .
Compartir igual : si remezcla, transforma o construye a partir del material, debe distribuir sus contribuciones bajo la misma licencia que el original.
El material publicado por la revista puede ser distribuido, copiado y exhibido por terceros si se dan los respectivos créditos a la revista, sin ningún costo. No se puede obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original.
Twitter