Post on 15-Mar-2022
Datos del Ponente
Ponente: Pedro Rodríguez Muñoz
Ocupación: Director de la División de Ingeniería
Empresa: INERCO Ingeniería, Tecnología y Consultoría
Dirección: Parque Tecnológico de La Cartuja
Thomas Alva Edison, 2
41092 Sevilla
Teléfono: 95 446 8100
E-mail: prodriguez@inerco.es
ACTIVIDADES DE INERCO
Consultoría en Medio Ambiente, Prevención de Riesgos y
Seguridad Industrial
Ingeniería y optimización de procesos
Tecnologías energéticas
Con un profundo conocimiento de la realidad industrial
Químico, Petroquímico y Refino
Electricidad y Gas
Cemento y Siderúrgico
Nicaragua
ESPAÑA
Venezuela
Ecuador
Colombia
Brasil
ChileArgentina
Egipto
Líbano
México
Venezuela
Costa de Marfil
International
Perú
En el mundo
Polonia
Marruecos
Refino de Petróleo
Industria Química
Industria Petroquímica
Generación Eléctrica
Combustibles Alternativos
Energías Renovables
SECTORES
Nuevos Procesos, Plantas Piloto y Escalado Industrial
División de Ingeniería
BIOMASA
- Gasificación
- Co-Combustión
- Preparación y Alimentación de Combustibles
SOLAR
- Generación Solar Térmica
BIOCOMBUSTIBLES
- Bioetanol
- Biodiesel
HIDROGENO
- Generación y Almacenamiento a partir de Renovables
EÓLICA
- Parques Eólicos
División de Ingeniería
SECTORES: ENERGÍAS RENOVABLES
TIPOLOGÍA DE PROYECTOS
División de Ingeniería
Plantas de Proceso
Plantas de Generación Eléctrica
Servicios Auxiliares, OSBL´s, BOP´s
Parques de Almacenamiento
Estaciones de Carga y Descarga de CC.CC y FF.CC
Instalaciones Específicas: PCI, Vapor, Condensado, Torres de Refrigeración, etc
Ingeniería Específica de alguna especialidad
ALCANCE DE LOS SERVICIOS
- Ejecución de Proyectos Llave en Mano ó EPCM´s
- Ingeniería de la Propiedad. Dirección de Proyectos
- Ingeniería de Procesos
- Ingeniería Mecánica
- Ingeniería de Obra Civil - Dirección y Supervisión de Obras
- Anteproyectos: Centrales Térmicas y Refinerías de Petróleo
- Ingeniería Eléctrica
- Ingeniería de Instrumentación
- Ingeniería de Tuberías
- Ingeniería Conceptual, Básica y de Detalle
- Ingeniería de Integración
- Ingeniería por especialidades
- Gestión de Compras
- Gestión de Autorizaciones Sustantivas (Permitting)
División de Ingeniería
Biomasa y los ProcesosTermoquímicos
para su Aprovechamiento
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
BIOMASA: conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal o
procedente de la transformación de la misma.
De su uso se deriva:
Balance neto de CO2 nulo
Emisiones de SO2 bajas
Combustible autóctono
Revalorización residuo
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
QUÉ ES BIOMASA?
BIOMASA
RESIDUOS CULTIVOS
INDUSTRIALES
AGROGANADEROS
FORESTALES
SÓLIDOS URBANOS
MADERA
AGROALIMENTARIA
LODOS
AGRICOLAS
GANADEROS
Papel
Mueble
Cáscaras
Huesos
Desechos
Podas
Paja
Cascarilla
Poda
Entresaca
HERBACEOS
LEÑOSOSSauces
Chopos
Cereales
Cardo
Pataca
Sorgo
NATURAL
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
PROCEDENCIA DE LA BIOMASA
BIOMASA
GASIFICACIÓNCOMBUSTIÓN BIOMASA(Caldera, hornos, etc.)
APROV. DIRECTO APROV. INDIRECTO
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
POSIBILIDADES DE APROVECHAMIENTO
DIGESTIÓN
Energía Térmica Energía Eléctrica Otros Productos Químicos Combustibles Líquidos
PIRÓLISIS
ProcesoAporte de O2
(sobre teórico)
Combustión > 100 %
Gasificación 20 – 40 %
Pirolisis 0
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
PROCESOS TERMOQUÍMICOS
Aporte de O2:
Tecnología de Gasificaciónde Biomasa
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN: proceso termoquímico en el que un solido es
transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones a
alta temperatura y cantidad limitada de agente oxidante.
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Fase de secado:
Biomasa húmeda + Calor ->Biomasa seca + vapor de agua
Fase de pirolisis (descomposición térmica):
Biomasa seca+ Calor-> Char+CO+CO2+C2H4+Alquitrán
Fase de oxidación (gasificación char):
Char+O2+H2O(v)->CO2+Calor
Char+CO2+Calor->2CO
Char +H2O(v)+Calor->CO+H2
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Fases:
Descomposición de la biomasa
(1) Biomasa + calor => Char + Líquidos + Gases (endotérmica)
Craqueo de los hidrocarburos
(2) Líquidos + calor => Gases (endotérmica)
Gasificación del char
(3) C + H2O => CO + H2 (endotérmica)
(4) C + CO2 => 2 CO (endotérmica)
Reformado de hidrocarburos en fase gas
(5) CnHm + nH2O => n CO + (n+ ) H2 (endotérmica)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Reacciones más importantes :
Oxidación del char e hidrocarburos
(6) C + O2 > CO2 (endotérmica)
(7) CnHm + (2n+ ) O2 > n CO2 + H2O (exotérmica)
Reacción de intercambio
(8) CO + H2O > CO2 + H2 (ligeramente exotérmica)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Reacciones más importantes :
El agente oxidante utilizado juega un papel relevante en la calidad del
gas generado.
Agente gasificantePCS
(MJ/m3)
Composición del gas obtenido (% en volumen)Uso
H2 CO CO2 CH4 N2 C
Aire <6 9-20 14-24 9-20 1-7 48-53 - Combustible
Oxígeno 10-20 32 48 15 2 3 -Combustible
Gas de síntesis
Vapor de agua 10-20 50 20 22 6 - 2Combustible
Gas de síntesis
Gas natural 42 70-100
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Agentes Oxidantes:
En función de agente gasificante
Aire
Oxígeno
Vapor
En función de aporte térmico
Directos (Autotérmicos)
Indirectos
En función de Presión
Atmosféricos
Presurizados
En función del diseño
Lecho fijo
Lecho Fluido
Entrained Flow
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Tipos de Reactores:
Reactores extendidos comercialmente
Lecho Fijo Downdraft (en contra corriente)
Updraft (en iso corriente)
Crossdraft (fluju cruzado)
Lecho Fluidizado Bubbling Fluidized Bed (BFB)
Circulating Fluidized Bed (CFB)
Twin-bed
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN DE BIOMASA
Tipos de Reactores:
LECHO FIJO 'DOWN-DRAFT'
- Construcción y operación relativamente sencilla.
- Se requiere baja humedad en los combustibles.
- Se produce un gas relativamente limpio.
- Gases de salida a alta temperatura.
- Posible fusión de cenizas y formación de escorias.
- Baja capacidad específica(1).
- Alto tiempo de residencia de los sólidos.
- Elevada conversión de la biomasa.
- Bajos niveles de partículas.
- Potencial de escalado muy limitado con tamaño máximo pequeño.
(1) Kg de sólido/ m3 de reactor.
LECHO FIJO DOWN-DRAFT
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FIJO
Downdraft:
LECHO FIJO 'UP-DRAFT'
- Construcción simple y robusta.
- Alta eficacia térmica.
- Gas con alto contenido en alquitranes.
- Baja temperatura del gas de salida.
- El gas producido es apto para su combustión directa.
- Facilidad de operación a bajo régimen.
- Elevados tiempos de residencia del sólido.
- Elevada conversión de la biomasa(1).
- Altos niveles de partículas.
- Fácil escalado hasta tamaños medios.
(1) Referido al grado de conversión al carbono
LECHO FIJO UP-DRAFT
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FIJO
Updraft:
LECHO FIJO ‘CROSS-DRAFT'
- Adecuado para carbón vegetal.
- Problemas en materiales por altas temperaturas en oxidación.
- El combustible sirve de aislamiento contra altas temperaturas.
- Capacidad mínima de transformar al alquitrán.
- Pueden funcionar a pequeña escala < 10 KW.
- Gran sencillez del conjunto de depuración (ciclón + filtro).
LECHO FIJO CROSS-DRAFT
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FIJO
Crossdraft:
LECHO FLUIDO BURBUJEANTE
- Se permiten variaciones en la calidad de los combustibles.
- Buen control de la temperatura y altas velocidades de reacción de sólido.
- Buen contacto y mezcla de gas-sólido.
- Moderado nivel de alquitranes en el gas producto.
- Elevada conversión de la biomasa.
- Temperatura salida reactor relativamente altas.
- Limitaciones a operar a bajas cargas.
- Alta capacidad especifica.
- Posibilidad de operar a carga parcial.
- Posible proceso catalítico en el lecho.
- Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo.
- Fácilmente escalable.
BUBBLING FLUIDIZED BED
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FLUIDO
Burbujeante:
LECHO FLUIDO CIRCULANTE
- Mayor dificultad de operación que un lecho fijo.
- Buen control de la temperatura y elevadas velocidades de reacción del sólido.
- Buen contacto y mezcla de gas-sólido.
- Gas de salida con niveles moderados de alquitranes.
- Alta conversión.
- Temperatura salida reactor relativamente altas.
- Limitaciones a operar a bajas cargas.
- Alta capacidad especifica.
- Buen contacto gas sólido.
- Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo.
- Fácilmente escalable.
CIRCULATING FLUIDIZED BED
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FLUIDO
Circulante:
LECHO FLUIDO TWIN-BED
- Temperatura baja en el lecho: 580 ºC.
- Las partículas finas son transferidas a la cámara de combustión del ciclón.
- Temperatura alta en la cámara de combustión del ciclón: 1350-1450 ºC.
- Deposición de cenizas en las paredes de la cámara de combustión del ciclón.
- Comerciales a gran escala.
- Tecnología probada para RDF, residuos plásticos, lodos depuradora, etc.
- Consigue destrucción completa de los contaminantes orgánicos.
- Flexibilidad para cambiar la composición del combustible.
- Económica y medioambiente atractivo para gran escala.
LECHO FLUIDO TWIN-BED
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FLUIDO
Twin-bed:
ARRASTRE DE FLUJO
- Adecuado para la mayoría de los carbones.
- Altas temperaturas: 1300-1600 ºC.
- Altas presiones: 25-60 bar.
- Mayor necesidad de oxígeno.
- Menor cantidad de alquitranes.
- Partículas de alimentación muy finas (< 100 μm).
- La reacción tiene lugar en una nube de partículas muy fina.
- Mayor rendimiento (alta T y P).
- Menor eficiencia térmica (enfriar antes de depurar el syngas).
- Utilizado para grandes capacidades > 100 MW.
- Control de operación complejo.
ENTRAINED FLOW
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
REACTORES DE LECHO FLUIDO
De Arrastre:
Downdraft Updraft BFB CFB
Presión (bar) 1 1 1-1,35 1-1,19
Temp. Operación reactor (ºC) 700-1.200 700-900 650-950 800-1.000
Reactante O2 o Aire O2 o Aire O2 o Aire Aire
PCI (MJ/m3) 4,5-5,0 5,0-6,0 4-15 4-7,5
Potencia <5 MWth <20 MWth 3-100 MW 20-100 MW
Alquitranes (g/Nm3) 0,015-0,5 30-150 10-50 10-30
Contenido en polvoBajo
(bajas velocidades)
Bajo
(bajas velocidades)
Muy bajo
(tras paso por ciclón)
Muy bajo
(tras paso por ciclón)
Nota: “Handbook Biomasa Gasification”.
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
CONDICIONES DE OPERACIÓN
La elección del sistema de gasificación dependerá del uso final del gas producto.
BFB or CFB
BFB or CFB
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
TAMAÑOS ÓPTIMOS
Producción de Energía Térmica Combustión gas pobre
(Horno, calderas,
secaderos, etc.)
Producción de Energía Eléctrica Combustión gas pobre
+
MCIA, Turbina Vapor, CC
Producción de Energía Térmica y Eléctrica Cogeneración
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
APLICACIONES
La gasificación de biomasa tiene un extraordinario potencialde aplicación:
Producción de electricidad:
· Una adecuada política de incentivos y primas
· Desarrollar y optimizar nuevas tecnologías de limpieza del gas
Producción de calor:
· Desarrollar y optimizar equipos adaptados a cada necesidad
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
APLICACIONES
GASIFICACIÓN
VAPOR/OXÍGENO AIRE
UHG LHG
Síntesis Conversión Fuel-Cell Turbinas Motores Calderas
CombustiblesLíquidos
Petroquímicos Amoniacos yFertilizantes
Electricidad Calor
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
APLICACIONES
Contaminante Sistemas de eliminación
Alquitrán
Craqueo térmico
Reformado catalítico (steam reforming)
Lavadores (scrubbers)
Partículas
Ciclones
Precipitadores electrostáticos
Filtros de mangas
Lavadores (scrubbers)
Álcalis /Amoniaco/CloroEnfriamiento + Filtrado
Lavadores (scrubbers)
Azufre (H2S, COS) Lavadores (scrubbers)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
LIMPIEZA DEL GAS
Dificultades en los sistemas de alimentación y en granulometría
La humedad del combustible se incrementa
El ensuciamiento en la caldera se puede acelerar. Es necesario ser
cuidadoso si se alimenta biomasa con elevados contenidos en álcalis
y/o cloro
El contenido en inquemados en las cenizas puede crecer por encima
de la especificación de los fabricantes de hormigón
Se debe mantener la proporción de biomasa por debajo del 10% en
peso (por debajo del 5% del aporte energético a la caldera)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
CO-COMBUSTIÓN
Directa:
Disminuyen las emisiones de partículas, NOx y SO2
Las dificultades asociadas al empleo de biomasa se trasladan al
gasificador, más flexible que la caldera y que admite variaciones en
las características de la biomasa
Las cenizas de ambos procesos se obtienen de forma separada
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
CO-COMBUSTIÓN
Indirecta con Gasificación:
Incluida en el BREF para Grandes Instalaciones de Combustión
Posibilidades de comercialización de los derechos de CO2
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
GASIFICACIÓN COMO MTD
Gasificación para aprovechamiento térmico y eléctrico avanzada
Existen grandes instalaciones de co-combustión
Primeros pasos en la síntesis de combustibles líquidos
Proyectos de I+D para producción de hidrogeno
No desarrollada comercialmente para aprovechamiento eléctrico
Proyectos de I+D para producción de hidrogeno
Centro de I+D para integración en Oxigasificación y captura de CO2
Centros de Investigación para síntesis de combustibles
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
ESTADO DE DESARROLLO
Europa:
España:
Tecnología de Gasificaciónde Biomasa de INERCO enLecho Fluido Burbujeante
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
Amplia experiencia de DIQMA en proyectos de I+D de gasificación
Planta piloto de 150 kw de gasificación en lecho fluido burbujeante
Gran colaboración entre INERCO y DIQMA en proyectos I+D
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
Proyecto parcialmente subvencionado por Organismos públicos yEntidades privadas:
- Agencia IDEA (Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa)
- Corporación Tecnológica de Andalucía
- Agencia Andaluza de la Energía (Consejería de Innovación,Ciencia y Empresa)
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Antecedentes:
DIQMA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla
Asistencia técnica diseño conceptual y planificación pruebas
Análisis de resultados
Medida de contaminantes
ABORGASE
Localización planta demostración
Apoyo en construcción y apoyo en operación.
Colaboración en proyecto FORSU
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Colaboradores:
Tipo reactor de gasificación Lecho Fluido Burbujeante
Potencia térmica 3 MWth
Aprovechamiento energético Térmico
Agente oxidante Aire
Presión/Temperatura de operación 0,3 barg / 800 ºC
Capacidad de tratamiento de Biomasa 15 t/día
Superficie ocupada 90 m2
Rendimiento térmico (sobre gas frío) 98% (75%)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Planta de Demostración:
Pellets de madera
Hueso /orujillo
Pellets de colza
FORSU
Lodos de depuradora
LHV > 14,50 MJ/Kg
Tamaño < 20 mm
Contenido humedad < 10 %
Contenido cenizas < 3%
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
Biomasas Probadas:
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Buena calidad del gas
CO2 (%v/v) 14-17
CO (%v/v) 11-20
CH4 (%v/v) 2-4
H2 (%v/v) 4-12
LHV(MJ/Nm3) 4,2-5,5
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
Calidad del Gas:
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos
instantes la operación a régimen
EVOLUCION TEMPERATURA ANTORCHA EN OPERACION
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
16:48 21:36 2:24 7:12 12:00 16:48 21:36 2:24 7:12
HORA
TE
MP
ER
AT
UR
A (
ºC)
División de Ingeniería
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Tecnología de Gasificación de Biomasa
Estabilidad del Proceso:
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Calidad del gas muy buena
La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos
instantes la operación a régimen
Rendimiento de la planta en torno a 98% (75% sobre gas frío)
Más de 1.000 horas acumuladas en primeros Test-Run
Gran estabilidad de la planta
ESTADO ACTUAL: Fase Avanzada de Desarrollo de un sistema delimpieza del gas para el uso en motores paraproducción de Energía Eléctrica
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
Resultados Obtenidos:
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
PROYECTO: Demostración y Optimización de la Tecnología de
gasificación de biomasa para generación de energía eléctrica.
OBJETIVOS: Optimizar y demostrar el proceso completo desde
un punto de vista técnico, económico y ambiental.
Optimización del sistema de alimentación de biomasas
heterogéneas y de baja densidad.
Evaluación de la Oxigasificación (Gasificación conmezclas de O2 – CO2) para diferentes aplicaciones.
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Proyecto DOTGe:
OBJETIVOS: Evaluación de la co-Combustion indirecta de biomasa
Evaluación de la Gasificación con O2 y vapor.
PARTNERS: CIUDEN, CIEMAT E INERCO
Proyecto parcialmente subvencionado por el Ministerio de Ciencia eInnovación (Plan E y FEDER).
División de Ingeniería
III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva
Tecnología de Gasificación de Biomasa
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO
Proyecto DOTGe:
Sede central
Parque Tecnológico de la Cartuja
C/ Tomás Alba Edison, 2. Edificio INERCO
41092 Sevilla (España)
Tel.: +34 954 468 100
Fax: + 34 954 461 329
Tarragona
Avenida de Roma, 7 – 2ª planta
43005 Tarragona (España)
Tel.: +34 977 24 99 30
Fax: +34 977 21 87 05
Madrid
C/ Jorge Juan, 50. Bajo Izq.
28001 Madrid (España)
Tel.: +34 91 001 1252
e-mail: info@inerco.es
http://www.inerco.com