Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa
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PRODUCTOS DE VALOAGREGADO A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DE BIOMASA Y DESARROLLO R
TECNOLÓGICO DE GASIFICADORES
Dra. Diana LópezInstituto de Química
Universidad de Antioquia
PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIA PARA LA ENERGÍA
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RECURSO HUMANO Docentes-Investigadores: 7Técnicos de laboratorio: 2Estudiantes de doctorado 10Estudiantes de maestría: 2Estudiantes de pregrado: 12
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Artículos científicos en revistas especializadas
internacionales: 96Comunicación en congresos, seminarios, charlas: 92Patentes obtenidas (3), en proceso (4)
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Líneas de investigación Reducción del impacto ambiental causado por
el uso de combustibles fósiles Reactividad y conversión de combustibles Catalizadores para la conversión de
hidrocarburos
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Productos a partir de la conversión de biomasa
• Producción de biodiesel• Aditivos oxigenados a partir de la
conversión del glicerol• Producción de gas de síntesis, H2 y
nanotubos de carbono a partir de etanol, biogás y glicerol
• Producción de hidrocarburos vía reacción Fischer-Tropsch
• Proceso de Gasificación (carbón-biomasa)
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Catalizador
Oleaginosas
Semillas
Aceite vegetal crudo
Aceite vegetal refinado
Alcohol
Glicerina
-Industria alimentaria-Industria cosmética
Energía
VehículosCO2
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
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Catalizador
Oleaginosas
Semillas
Aceite vegetal crudo
Aceite vegetal refinado
Alcohol
Glicerina
-Industria alimentaria-Industria cosmética
Energía
Vehículos
CO2
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Aceite de palmaAceite de JatrophaAceite de higuerilla
Materias primas
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Reacciones convencionales e in situ
Aceite de higuerilla crudo, pre-esterificación con H2SO4 Transesterificación con KOH 1%Relación molar EtOH-aceite 60:1, T = 60°C Reacciones con EtOH-Hexano. Hexano 20% v/v aceite
Aceite nordestinaEtanol Etanol/hexano
Convencional 97.6 97.3
In situ 53.5 42.7
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Tiempo de reacción (min)3 5 7 10
Concentración de catalizador (% w/w)
0.5 26.5 29.5 29.0 34.3
1.0 57.2 56.0 54.2 70.3
1.5 64.6 61.6 66.3 80.1
Rendimiento mediante calentamiento convencional 78,6%
60°C, 1.5% KOH, relación molar etanol-aceite 10:1, 1h
Reacciones bajo microondas
Efecto del tiempo de reacción y de la concentración de catalizador en el rendimiento a biodiesel.
Aceite de higuerilla refinado, relación molar EtOH-aceite 10:1, T = 60°C
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Reacciones catálisis heterogénea
Catalizador RendimientoCaO 1% 0.8%
CaO 2% 0.9%CaO 2% - Tratamiento térmico a 800°C 10 %
Carbonato de sodio 2% SaponificaciónCarbonato de Potasio 3% 75%
Aceite de higuerilla crudo
Reacción con aceite de higuerilla crudo - pre-esterificación Catalizador hemimorfita Zn4Si2O7(OH)2 H∙ 2O 3%T = 90°C, t= 4h Rendimiento: 66.2%
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ADITIVOS OXIGENADOS A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DEL GLICEROL
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Rutas de Valorización del Glicerol
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Glicerol
Ni/La2O3
400°C – 700°CT
Gas de síntesis
Condensados de glicerol
Aditivo
-H2O
Ensayo del aditivo en un motor tipo diesel
Efecto del aditivo en las propiedades del combustible
Descomposición catalítica del glicerol
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Nombre EstructuraPeso
molecular g/mol
Acetaldehído 44
Acetona
58
Acroleína 56
Metanol 32
Etanol 46
Hidroxiacetona 74
Nombre EstructuraPeso
molecular g/mol
Acido acético 60
Acido Propiónico 74
1,2 propanodiol
76
1,3 propanodiol
76
Glicerol 92PEG-8
Octaetilenglicol (p.m= 370)
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Disminución en el punto de fluidez
Reducción en un 23% del material particulado
Material particulado: Hollín
HC pesadossulfatos
Conclusiones
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PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS, H2 Y NANOTUBOS DE CARBONO A PARTIR
DE ETANOL, BIOGÁS Y GLICEROL
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BiomasaBiocombustiblesBioetanol
Biogás (CH4/CO2)
“bio-gas de síntesis”
CO H2
Descomposición catalítica
Reformado
BiodieselGlicerol
Reformado
Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono
Reformado
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Bio-Nanotubos
Múltiples aplicacionesSecuestro de
carbonoNanotubos/CauchoNanotubos/Asfalto
Nanotubos/Titanio mesoporoso
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CO + H2Metanol
Fischer-Tropsch
GasolinaDieselAlcoholesVinil acetato
DMEGasolinaDieselOlefinasÁcido acético
Celdas combustibles
Urea
H2
AcrilatosEtilen glicol
Acido acético
EtanolCO
“bio-gas de síntesis”
CO H2
“bio-compuestos sintéticos”
![Page 21: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/21.jpg)
PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS VÍA REACCIÓN FISCHER-TROPSCH (FT)
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Carbón o Biomasa
Natural gas
Proceso F-T
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Bajo costo
Su alta estabilidad térmica
Sistemas altamente dispersos
Inhibe la sinterización de las partículas metálicas
Evita la deposición de C
Estabilidad térmica
Co/MgOSelección
MgOÓxidos mixtos
CoO-MgO
Ni/MgO
Sistemas Catalíticos
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Evaluación Catalítica en la Síntesis F-T
Selectividad
Condiciones Reducción = 450ºC, 20 mL/min H2 puro, 15 h.
Condiciones Reacción F-T = 270ºC, H2/CO = 2, 20 mL/min syngas.
Estado Estable48h Alta estabilidad (150 h)
Baja selectividad a la formación de ceras, con respecto a lo esperado para
catalizadores de Co
Interesante fracción C5 – C11 (rango gasolina)
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PROCESO DE GASIFICACIÓN (CARBÓN-BIOMASA)
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![Page 27: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/27.jpg)
Amoniaco, Metanol, Hidrógeno
Diesel, Gasolinas
Gas natural sintético
Electricidad, Vapor
Combustibles gaseosos
Ciclos de generación
Combustibles líquidos
Químicos
CO H2
Usos potenciales del gas de síntesis
![Page 28: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/28.jpg)
Aplicaciones en Energía Térmica
Ladrillera San Cristóbal S.A: Combustor-Gasificador: 160 kg/h con más de 6 años en
operación continua. El gas de combustión (20000 m3 a 200ºC) se diluye con aire y se utiliza para secar ladrillos. Ahorro entre 25-30% (Patente nacional).
Gasificador acoplado a un horno de producción de ladrillos: 700 kg/h. El gas producido se quema dentro del horno. Se mejoró la calidad del producto pues antes quemaban carbón y las cenizas se impregnaban en el ladrillo y lo manchaban (2 años en operación).
Cementos Argos S.A.: Diseño de un gasificador de 3400 Kg/h. Energía utilizada directamente en el horno.
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![Page 30: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/30.jpg)
• Colciencias-CIIEN: Gasificador 5 kg/h de mezclas carbón/biosólidos de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Medellín (solicitud de patente). Fase II: 5 ton seca/día. Evaluación con cascarilla de arroz, bagazo de caña, cuesco de palma.
• CYTED: Prototipo de generación de energía eléctrica y térmica en núcleos aislados de Iberoamérica mediante hibridación (Biomasa/Solar). 40 kW.
• Colciencias-ISAGEN: Gasificador 15 Kg/h en lecho fluidizado a alta presión (30 atm y 1000 ºC). (Solicitud de patente). Fase II: 1 ton/día. Ventaja: sale un gas con presión suficiente para la limpieza del gas y poder usarlo de manera eficiente en una turbina.
Aplicaciones en Energía Eléctrica
![Page 31: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/31.jpg)
Estudio y diseño de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de la gasificación de madera en zona rural del municipio de Necoclí (Chocó). Financiado por el IPSE.
![Page 32: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/32.jpg)
Lo que se encontró…
Gran deposición de madera en las playas del municipio
Usos de la madera para cercar terrenosQuema de la madera en la playa y en el
terreno destinado para elloContrabando de energíaPeligros por las instalacionesLos aserríos generan pequeñas
cantidades de desperdicios
![Page 33: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/33.jpg)
Fundación CARTIF 9 - 13 junio 2008
![Page 34: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/34.jpg)
Estrategia
Cuantificación de la madera que llega a las playas
Clasificación de la maderaCondiciones de la maderaReconocimiento del sistema de gasificaciónEvaluación energética de la madera de
Necoclí Diseño del proceso
![Page 35: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/35.jpg)
Áreas de recolección – SIG.
17.73 Km. de playa aproximadamente.
1.Ceibita: 1.5 Km.2.Totumo: 4 Km.3.Casa blanca: 1Km.4.Cabecera Mpal: 3.1 Km.
Área total de muestreo: 9.6 Km.
![Page 36: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/36.jpg)
Tecnología
Capacidad de generación: 40 kWe Brutos35 kWe Netos
Requerimientos:Madera 3.5 x 3.5 x 5 cm80 kg/h de maderaHumedad <20%
Gasificador en lecho fijo: DOWNDRAFT (India)
![Page 37: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/37.jpg)
ADECUACIONES
![Page 38: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/38.jpg)
ARMADO - FILTROS
![Page 39: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/39.jpg)
ARMADO – MOTOR-GENERADOR
![Page 40: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/40.jpg)
Gasificación
Carbón Biomasa
Co-gasificación
![Page 41: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/41.jpg)
Proyectos 2011-2015
Producción de hidrocarburos vía licuefacción hidrotérmica de biomasa.
Producción de dimetileter (DME) a partir del gas de síntesis.
Producción de metano a partir del gas de síntesis.Pre-tratamiento de biomasa: líquidos iónicos y microondas.Producción de monolitos de carbono a partir de la torta de
higuerilla y jatropha para la adsorción de contaminantes.Producción de estruvita (fertilizante) a partir de los
diferentes procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales.
![Page 43: Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062417/568bd4d71a28ab2034964173/html5/thumbnails/43.jpg)
COMPOSICIÓN DE LOS GASES OBTENIDOS
0.0
5.010.0
15.020.0
25.0
30.035.0
40.045.0
50.0
Aserrin Cisco Cascarilla
Com
posi
ción
gas
(%v)
CO
CO2
H2