GASIFICACIGASIFICACIÓÓN DE BIOMASAN DE BIOMASA

CONVERSICONVERSIÓÓN ENERGN ENERGÉÉTICATICA

Andrés Cabanillas CabanillasCIEMAT (Madrid)

CONTENIDOCONTENIDO

Biomasa como combustibleProceso de gasificaciónTipos de gasificadoresConversión térmicaDesarrollo tecnológico

CARACTERIZACIÓN DE COMBUSTIBLES

Análisis inmediatoAnálisis elementalComposición de las cenizasPoder calorífico

4.4763.8406.5474.621(kcal/kg)PCI

37,637,99,33,4Oxígeno

0,010,710,020,01Cloro

0,050,120,600,84Azufre

0,50,762,001,27Nitrógeno

6,36,44,43,5Hidrógeno

52,944,270,350,8Carbono

ANÁLISIS ELEMENTAL2,909,913,3240,2Cenizas

24,217,349,0834,0Carbón fijo

72,972,337,625,8Volátiles

----Humedad

ANÁLISIS INMEDIATO

Corteza de pinoCardoAntracitaLignito %

ANÁLISIS DE COMBUSTIBLES (I)

ANÁLISIS DE COMBUSTIBLES (II)

0,306,610,90,50P2O5

6,6519,241,13,20K2O

2,3415,550,60,90Na2O

4,183,672,71,30MgO

34,2220,187,83,7CaO

-0,161,40,70TiO2

0,21,704,87,40Fe2O3

5,124,0026,622,30Al2O3

17,128,849,360,10SiO2

Corteza de pinoCardoAntracitaLignitoANÁLISIS DE CENIZAS (%)

PROCESO DE GASIFICACIÓN

GASGAS

BIOMASA BIOMASA ALQUITRANESALQUITRANES

CHARCHAR

REACCIONES EN EL PROCESO DE GASIFICACIÓN

Oxidación C + O2 ↔ CO2 (1)

C + ½ O2 ↔ CO (2)

Boudouard C + CO2 ↔ 2O (3)

Agua - gas

Primaria C + H2O ↔ CO + H2O (4)

Secundaria C + 2H2O ↔ CO2 + 2H2 (5)

Hidrogasificación C + 2H2 ↔ CH4 (6)

Cambio agua - gas CO + H2O ↔ CO2 + H2 (7)

Reformado de vapor CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 (8)

GENERACIÓN DE GASES EN LOS PROCESOS DE PIRÓLISIS Y

COMBUSTIÓN

COMBUSTIÓN

222 N 3.76 CO O C +→+ nº moles: 1 + 3.76 = 4.76

PIRÓLISIS

22 N 3.76CO O 21 C

2+→+ nº moles = 1+1.88 = 2.88

PIRPIRÓÓLISISLISIS

C O H 3 CH CO OHC 245106 +++→ 2

nº moles: 2 + 1+ 3 = 6

OH5 CO 6 O 6 OHC 2225106 +→+

222225106 22.56NO5H6CO3.76)N(6 6O OHC ++→×++

nº moles: 6 + 5+ 22.5 = 33.5

COMBUSTICOMBUSTIÓÓNN

TIPOS DE GASIFICADORES

Lecho fijoLecho móvil:

Corrientes paralelas.Contra corriente.

Lecho fluidizado: Burbujeante.Circulante.

TIPOS DE GASIFICADORES

Secado100ºCPirólisis300ºC

Gasificación 900ºC

Oxidación 1400ºC

Biomasa Gas

Ceniza Agente gasificante

Secado

Pirólisis

Gasificación 900ºC

Oxidación

Gas Ceniza

Secado 100ºC

Pirólisis 300ºC

Gasificación 900ºC

Oxidación 1400ºC

Biomasa

GasCeniza

Agentegasificante

Agente gasificante

+

+

+

Lecho móvil en contracorriente o updraft

Lecho móvil en corrientes paralelas o downdraft

Lecho Fluidizado

Biomasa

COMPOSICIÓN DEL GAS

4 – 0,54 – 0,54 – 0,5Alquitranes (% peso)

2.3501.7502.600Poder calorífico(Kcal/Nm3)

1 - 1001 - 1001 - 100Partículas (g/Nm3)

1,738,51,2N2

19,514,834,0CO2

2,55,113,1CH4

4023,336,2H2

3617,414,0CO

Composición(% Vol)

O2AireO2

Agente Gasificante

TECNOLOGTECNOLOGÍÍA DE GASIFICACIA DE GASIFICACIÓÓNN

Turbina gas Tecnologíade Proceso

GASIFICACIÓN

ProductoPrincipal

Gas de poder calorífico medio o bajo

Síntesis MotorCaldera

Productos químicos Energía Productos

Secundarios

Pilas de combustible

EFICIENCIAS: SISTEMAS DE CONVERSIÓN TÉRMICA

40-42Ciclo combinado de gasificación

50-55Ciclo combinadoTurbina de gas – vapor

25-35Motores de gas

30-4515-3525-42

Turbinas :-De viento-De gas-De vapor

EFICIENCIA TERMODINÁMICA (%)FUENTE DE ENERGÍA

CARACTERÍSTICAS DEL GAS DE TURBINA

Todos en fase vapor o ningunoHidrocarburos

< 0,5 ppmHCl

< 1 ppmAzufre (H2S + SO2, etc.)

< 0,1 ppmMetales álcalis + azufre

20-1000 ppbMetales álcalis

< 0,1 ppmd > 20 µm

< 1,0 ppm10 < d < 20 µm

< 10,0 ppm4 < d < 10 µm

Partículas sólidas:

Concentración máxima en el flujo de gas a expandir (ppm, peso)Contaminante

PROCESO DE GASIFICACIPROCESO DE GASIFICACIÓÓNN

Filtrode AguaBiomasa

Cenizas

GasificadorLFC

Caldera deVapor

Cenizas

Filtro

Gas deProceso

Motorde Gas

EvacuacióndeGases

Agua

VaporGasificante

CO2 + Vapor Gasificantes

∼Generador

INTEGRACIÓN DE SISTEMAS

GAS DESÍNTESIS

SEPARADORDE H2

H2

OXÍGENO

HORAS VALLE

HORAS PUNTAPILA DE ALTA

TEMPERATURA

ÁNODO

CÁTODO

COMPRESOR T.G.

T.V.

∼

∼

∼