CARATULACARATULA………….EDWIN………….EDWIN

1.1. INTRODUCCIONINTRODUCCION

Se denomina gasificación de biomasa a un conjunto de reacciones termoquímicas,

que se producen en un ambiente pobre en oxigeno y que da como resultado la

transformación de un sólido en una serie de gases susceptibles de ser utilizados

en una caldera, en una turbina o en un motor, tras ser debidamente

acondicionados.

En el proceso de gasificación, la celulosa se transforma en hidrocarburos más

ligeros, incluso en monóxido de carbono e hidrógeno. Esta mezcla de gases

llamada gas de síntesis o “syngas”, tiene un poder calorífico inferior (PCI)

equivalente a la sexta parte del poder calorífico inferior del gas natural, cuando se

emplea aire como agente gasificante.

El agente gasificante es un gas, o mezcla de ellos, que aporta calor para iniciar

las reacciones, y oxígeno. La gasificación no es una tecnología desarrollada

recientemente, sino que ha sido un recurso habitual en periodos de carencia o

escasez de combustibles ligeros, ya que permite convertir sólidos (carbón,

biomasa) en gases que pueden ser empleados en motores de combustión interna,

calderas y turbinas. Por otro lado, la gasificación como concepto de proceso

puede aplicarse para sintetizar combustibles líquidos de alta calidad (proceso

Fischer-Tropsch).

El rendimiento del proceso de gasificación varía dependiendo de la tecnología, el

combustible y el agente gasificante que se utilice, en el rango de 70-80%. El resto

de la energía introducida en el combustible se invierte en las reacciones

endotérmicas, en las pérdidas de calor de los reactores, en el enfriamiento del

syngas, necesario para su secado (eliminación de vapor de agua) y filtración, y en

el lavado (cuando es necesario eliminar los alquitranes).

Además de sustituir a combustibles ligeros de origen fósil, la gasificación permite

obtener altos rendimientos eléctricos a partir de biomasa, cuestión ésta muy difícil

mediante combustión directa para generación de vapor y posterior expansión de

éste en un turbo alternador. Mediante gasificación se pueden alcanzar

rendimientos eléctricos de hasta un 30-32% mediante el uso de moto-generadores

accionados por syngas, mientras que con un ciclo Rankine convencional simple

las cifras rondan un 22% de rendimiento eléctrico.

Como en todos los sistemas de producción/transformación de energía, es

necesaria cierta alimentación eléctrica para mantener todo el proceso en

depresión, para evitar la fuga de cualquiera de los gases que se producen en el

proceso.

En este documento se presentan los elementos principales que intervienen en el

proceso de gasificación de biomasa, las características deseables de los

combustibles y las aplicaciones más comunes.

2.2. -OBJETIVOS:-OBJETIVOS: … … Diseñar un gasificador para producir gas combustible de manera eficiente.

Dar a conocer que el gas producido puede ser usado en motores de

combustión interna, turbinas o en equipos de producción de calor.

Demostrar que través de la conversión termoquímica es factible

transformar desechos madereros y agrícolas en un gas combustible

denominado gas pobre.

Dar a conocer que la capacidad energética que estos equipos gasógenos

pueden generar abastecen diferentes niveles de exigencia principalmente

para las pequeñas y medianas empresas.

Contribuir a la no formación de gases de efecto invernadero.

3.3. -FUNDAMENTO TEORICO:-FUNDAMENTO TEORICO:

3.1.3.1. BIOMASA.BIOMASA. La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable procedente del

aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso

biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos

(plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El

aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por

combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas

más tarde como combustibles o alimentos.

No se considera como energía de la biomasa, aunque podría incluirse en un

sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales

y personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un

porcentaje elevado, en el proceso de la respiración celular.

Tipos de biomasa

Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias

empleadas, como la biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general

(troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales,etc.); y la biomasa

animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos,

excrementos, etc.).

Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material

empleado como fuente de energía

Natural

Es aquella que abarca los bosques, árboles, matorrales, plantas de cultivo, etc.

Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de residuos

o subproductos, con un alto poder energético, que no sirven para la fabricación

de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeñas, y que se pueden

aprovechar como fuente energética.

Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energía. De la

misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las

industrias de transformación de la madera, como los aserraderos, carpinterías

o fábricas de mueble y otros materiales más. Los “cultivos energéticos” son

otra forma de biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con

fines exclusivamente energéticos, es decir, para aprovechar su contenido de

energía. Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, árboles como

los chopos u otras plantas específicas. A veces, no se suelen incluir en la

energía de la biomasa que queda restringida a la que se obtiene de modo

secundario a partir de residuos, restos, etc.

Los biocarburantes son combustibles líquidos que proceden de materias

agrícolas ricas en azúcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas

vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodiésel). Este tipo

también puede denominarse como “cultivos energéticos”. El bioetanol va

dirigido a la sustitución de la gasolina; y el [biodiesel] trata de sustituir

al gasóleo. Se puede decir que ambos constituyen una alternativa a los

combustibles tradicionales del sector del transporte, que derivan del petróleo

Residual

Es aquella que corresponde a los residuos de paja, aserrín, estiércol, residuos

de mataderos, basuras urbanas, etc.

El aprovechamiento energético de la biomasa residual, por ejemplo, supone la

obtención de energía a partir de los residuos de madera y los residuos

agrícolas (paja, cáscaras, huesos...), las basuras urbanas, los residuos

ganaderos, como purines o estiércoles, los lodos de depuradora, etc. Los

residuos agrícolas también pueden aprovecharse energéticamente y existen

plantas de aprovechamiento energético de la paja residual de los campos que

no se utiliza para forraje de los animales.

Los residuos ganaderos, por otro lado, también son una fuente de energía.

Los purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse

energéticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogás) que se produce

a partir de ellos, para producir calor y electricidad. Y de la misma forma puede

aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un

gas o biogas combustible, al fermentar los residuos orgánicos, que se puede

captar y se puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y

calor en los que se puede denominar como plantas de valorización energética

de biogas de vertedero.

Biomasa seca y húmeda

Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa,

también se puede clasificar en:

Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industria

maderera y del mueble, etc.

Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de

depuradora, purines, etc.

Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los

procesos de transformación a los que se puede ser sometida para obtener la

energía pretendida.

Ejemplos de biomasa

3.2.3.2. GASIFICADOR ( DESCRIPCION GENERAL Y AHONDAR EN EL MODELO DE GASIFICADOR ( DESCRIPCION GENERAL Y AHONDAR EN EL MODELO DE

NOSOTROS)NOSOTROS)……ANDREA……ANDREA

3.3.3.3. PARTES DE GASIFICADOR( NUESTRO)PARTES DE GASIFICADOR( NUESTRO)………….ANDREA………….ANDREA

3.4.3.4. QUIMICA DE LOS PROCESOS DE GASIFICACION ( NUESTROS) QUIMICA DE LOS PROCESOS DE GASIFICACION ( NUESTROS)

………….ANDREA………….ANDREA

3.5.3.5. CLASIFICACION DE GASIFICADORES: CLASIFICACION DE GASIFICADORES: ………….ANDREA ………….ANDREA

3.6.3.6. TECNOLOGIAS DE GASIFICACCION. TECNOLOGIAS DE GASIFICACCION.

Gasificador De Lecho Agitado: La primera planta de gasificación de carbón con lecho agitado

soplada con O2, a escala industrial, se construyó en 1936.

La configuración de un gasificador de ceniza seca y lecho agitado se representa en la Fig 3.6-1

Fig 3.6-1: Gasificador de lecho agitado y ceniza seca

Es una unidad cilíndrica de alta presión, que opera entre:

350 a 450 psig 2410 a 3100 kPa

La carcasa principal del gasificador está rodeada de una camisa de agua de refrigeración.

El carbón calibrado entra por la parte superior a través de una tolva esclusa y desciende hacia el lecho, bajo el control de una parrilla giratoria.

La temperatura de la zona de combustión, próxima al fondo de la vasija, es de unos 2000ºF (1093ºC); el gas sale de la zona de secado y de desvolatilización a 1000ºF (538ºC).

El proceso de lecho agitado tiene una capacidad limitada.

El gasificador tiene un diámetro de 13,1 ft (4 m) y una capacidad nominal de secado del orden de

14,9 m3N/s, equivalente a unas 600 Ton/día de carbón puro sin humedad ni cenizas.

La eficiencia del gas frío es del orden de 80% y puede llegar hasta el 89% si se incluyen los

líquidos hidrocarburados, y viene dada por la expresión:

Eficiencia del gas frío= poder calorifico superior del gassin Sa60 ° Fpoder calorifico superior del carbonalimentado

Gasificador de lecho fluidificado: Fue la primera unidad comercial de gasificación del carbón, y

constituyó la aplicación inicial de la tecnología de lecho fluidificado. El primero de estos

gasificadores se pusieron en operación en Leuna, Alemania, en el año 1926; en la actualidad estas

unidades se han reemplazado por:

Gasificadores de flujo arrastrado

Unidades presurizadas de lecho agitado

Gasificador de flujo arrastrado: Esta tecnología comenzó como un proceso a presión atmosférica,

para producir gas combustible o gas de síntesis, a partir de combustibles carbonados sólidos o

líquidos. El desarrollo original a nivel de laboratorio lo realizó F. Totzek a finales de los años 1930,

en la empresa Heinrich Koppers GMBH, de Essen, Alemania.

La primera planta comercial de gasificación de flujo arrastrado se construyó en Francia, en 1949,

estando la mayor parte de las que se construyeron aún operativas; su principal aplicación es la

producción de H2 para la síntesis del NH3.

En la Fig 3.6-2 se presenta el esquema de un gasificador de flujo arrastrado a presión atmosférica,

en el que:

El carbón se pulveriza y alimenta por medio de transportadores de tornillo, a través de quemadores opuestos, hacia el interior de un gasificador que tiene una sección horizontal elíptica.

El combustible se oxida, produciendo una temperatura en la zona de llama de 3500ºF (1927ºC); las pérdidas de calor y las reacciones endotérmicas reducen la temperatura de los gases a 2700ºF (1482ºC).

El gas producto caliente se enfría aún más, mediante el apagado, que consiste en un enfriamiento rápido con agua.

hasta 1700ºF (927ºC), para solidificar las partículas de ceniza líquida arrastradas, antes de que los gases entren en la caldera de recuperación de calor, (caldera de gases de escape).

La eficiencia del gas frío del gasificador Totzek soplado con O2 era del 67%, que parece algo baja, pero hay una fracción de la energía del carbón que se convierte en calor, que se recupera por medio de la camisa de refrigeración y de la caldera de recuperación de calor. La combinación de estas fuentes de energía junto con las últimas mejoras introducidas incrementa la eficiencia total hasta un 90%.

La mayoría de los gasificadores utilizan un diseño de doble cabezal, mediante el equipamiento de dos quemadores dispuestos en oposición, que tienen una capacidad total de 4,73 m3N/s, equivalente a 210 Ton/día de carbón puro, sin agua ni ceniza.

Fig 3.6-2: Gasificador de flujo arrastrado

Gasificador primitivo a presión atmosférica.- El primer gasificador del tipo de flujo arrastrado a presión atmosférica fué diseñado y construido por B&W, Fig 3.6-3, y se puso en marcha en 1951 en la planta del U. S. Bureau of Mines, en Morgantown, USA, en las siguientes condiciones:

Fig 3.6-3 Gasificador primitivo soplado con O2

Estaba alimentado con O2 soplado Podía gasificar 500 lb/h = (0,06 kg/seg)

de carbón, produciendo 147,3 m3N/h de gas de síntesis El revestido de refractario, comprendía dos zonas de reacción, primaria y secundaria:

Zona primaria con temperaturas superiores a 3000ºF (1650ºC)

En la zona secundaria se operaba a 2200ºF (1204ºC)

Esta unidad llegó a operar con éxito durante 1200 horas.

Gasificadores Primitivos Presurizados: El primer gasificador, de fuego descendente, se

caracterizó por una alimentación axial de 500 lb/h (0,006 kg/s) de carbón, con alimentadores

tangenciales de vapor y de O2; la unidad diseñada para operar a 450 psig (3100 kPa),

funcionó con regularidad en el período 1950-70.

En 1955 comenzó a operar en Belle, West Virginia, USA un gasificador a escala industrial. La

unidad tenía:

diámetro = 15 ft (4,6 m)

altura = 88 ft (26,8 m)

Se diseñó para gasificar 16 Ton/día de carbón, produciendo 7,75 m3N/s de CO y de H2.

Fig 3.6-4: Planta piloto de gasificación en Alliance, Ohio, USA

Fig 3.6-5: Gasificador Bi-gas de B&W

Fig 3.6-6: Gasificador de flujo arrastrado de 1000 Ton/día

La zona de gasificación estaba revestida de refractario, y el suelo y las paredes estaban refrigera-

das por agua. El gasificador operó durante más de un año, hasta su puesta fuera de servicio,

debido al bajo coste del gas natural disponible en el mercado.

En 1960, se construyó una unidad piloto en el centro de Alliance, Ohio, USA., cuyo esquema se

re-presenta en la Fig 3.6-4, que estaba alimentada con aire; se utilizó en un programa conjunto

con Gene-ral Electric, para el estudio de los ciclos combinados configurados con turbina de gas y

turbina de vapor.

La unidad tenía un gasificador de 3 Ton/h con:

Reciclado del subcoque Equipo mecánico de limpieza de gas Un combustor ciclón refrigerado por gas

La instalación se mantuvo funcionando tres años, y con ella se estudiaron los gasificadores de

fuego vorticial y piqueras de escoria horizontales y verticales.

En 1976 se construyó un gasificador de 5 Ton/h y 1500 psig (10.340 kPa) para la planta piloto Bi-

gas, en Homer City, Pennsylvania, USA, Fig 3.6-5, con el que se demostró la producción de gas

natural sintético a partir del carbón.

Características Del Gasificador De Flujo Arrastrado: La combustión y el funcionamiento de un

gasificador de flujo arrastrado con alimentación de carbón pulverizado, son similares a las de una

caldera de carbón pulverizado.

La Fig Fig 3.6-6 representa un diseño de un gasificador presurizado de 850 a 1000 Ton/día con

una caldera recuperadora de calor residual; este gasificador, construido con una pared de

vasija de 2” (51 mm) de espesor, está diseñado para funcionar a una presión relativamente

baja, del orden de 50 psig (345 kPa); la temperatura de la zona de combustión es de 3400ºF

(1870ºC), y el gas que sale de la uni-dad tiene una temperatura de 1800ºF (982ºC).

El cerramiento estanco a gases de la pared membrana facilita un espacio anular que separa

el reactor de gasificación y la vasija presurizada, por lo que ésta, a temperatura relativamente

baja, no está en contacto con los gases corrosivos producidos.

En la parte inferior de la unidad, que es la zona de gasificación, los tubos están recubiertos con

refractario, a fin de soportar las altas temperaturas necesarias para mantener fluida la escoria.

Las calderas convencionales con combustores ciclón que tienen ceniza fluida, utilizan este tipo

de superficies claveteadas revestidas de refractario.

Las Ventajas Que Caracterizan A Los Gasificadores De Flujo Arrastrado, Pueden Ser:

Insensibilidad a las características del carbón.- Diversos gasificadores de lecho agitado o de lecho

fluidificado pueden aceptar carbones aglutinantes, finos y de cualquier rango. Con alimentación

del carbón en fase densa, en contraposición a las lechadas, estos gasificadores se acomodan

rápidamente a amplias variaciones del contenido en humedad del carbón.

Fácil manipulación y mezcla, que permiten unidades de gran tamaño.- Al igual que en las

calderas de carbón pulverizado, el tamaño de una unidad se puede incrementar añadiendo

quemadores; la alta velocidad del flujo permite tratar, en un gasificador de dimensiones dadas,

una cantidad elevada de carbón por hora.

Rápida respuesta al control.- Esto se debe a su baja densidad de sólidos, comparada con la de

otros tipos de gasificadores.

Escoria granular densa, que se reutiliza fácilmente.- Es un material similar al que corresponde a

calderas con piquera de escoria, que se ha utilizado como relleno para carreteras; no crea

problemas de contaminación del aire o del agua.

Alta producción de gas de síntesis (CO +H2) y baja de CO2 y H2O.- El gas obtenido en un

gasificador con lecho agitado y fondo seco contiene, en volumen, 60% de H2O y 10% de CO2, en

contraste con el 2% de cada uno de estos componentes, para el caso de un gasificador de flujo

arrastrado con alimentación seca.

No genera líquidos hidrocarburados.- No hay presencia de breas, aceites y fenoles, por lo que

se evitan los problemas de manipulación asociados a la presencia de estos productos, así como los

requisitos de tratamientos especiales para el agua de lavadores.

La reinyección del subcoque que no ha reaccionado es más simple que en el caso de un flujo

que cuenta con presencia de breas.

Alta fiabilidad ya que no hay partes móviles en el hogar.- Se ha eliminado la parrilla rotativa, por-

que el carbón pulverizado se dispersa a través del gasificador se calienta rápidamente hasta los

niveles de temperatura de ablandamiento no entra en contacto con las partículas contiguas de

carbón

Pared membrana refrigerada, que reduce el mantenimiento.- La duración de un gasificador de

este tipo, dotado con tubos claveteados revestidos de refractario, está probada en combustores

ciclón y en las calderas con piqueras para escoria fundida, lo que contrasta con los mayores

requisitos de mantenimiento de los gasificadores recubiertos de refractario no refrigerados.

Las Desventajas Que Caracterizan A Los Gasificadores De Flujo Arrastrado, Pueden Ser:

No son económicos para tamaños muy pequeños.- Debido a su alta capacidad de gasificación,

para una vasija de tamaño dado se requieren pocos gasificadores para llegar a una determinada

producción de gas. La reducción del tamaño del gasificador requiere una evaluación detallada de:

Los parámetros de escala para la vasija presurizada

El equipo de preparación del carbón (pulverizadores)

El equipamiento correspondiente a la recuperación de calor

Apenas produce metano.- La producción de metano se favorece generalmente con gasificadores

de lecho agitado, de menos temperatura y mayor presión.

El control del flujo del carbón es más complejo.- El mantenimiento de condiciones uniformes de

liberación de calor y de escorificación requiere un preciso control de los flujos de carbón.

Los sistemas de alimentación de carbón pulverizado en fase densa necesitan, por seguridad,

dispositivos de inertización. La alimentación de carbón y el reciclado del subcoque se simplifican,

posibilitando mayores presiones con las lechadas de carbón, aunque éstas conllevan

penalizaciones por Cinquemado.

La reducción de carga se limita con algunos carbones.- En general, es posible reducir la carga

hasta el 25% de la nominal; para algunos carbones con alta temperatura de fusión de la ceniza, el

mantener una adecuada escorificación fluida puede ser difícil a cargas bajas.

Régimen relativamente alto de O2 y de recuperación de calor.- Estas características están

asocia-das con la alta temperatura propia del proceso de flujo arrastrado. Los costes de la

recuperación de calor exceden a los de los lechos fluidificados o agitados. Como las paredes del

gasificador y la caldera recuperadora de calor absorben el 85% de la energía liberada como calor

sensible (que representa el 25% de la energía del carbón), se estima que en la mayoría de los

carbones la eficiencia total de la energía química recuperada del gasificador es del orden del 96%.

3.7. GASIFICADORES MODERNOS

Las nuevas generaciones de gasificadores de carbón, fabrican gas de síntesis para la industria quí-mica.

Los gasificadores de flujo arrastrado operan en un campo que cubre desde 800 ÷ 1650 Ton/día.

Los gasificadores de lecho fluidificado de alta temperatura, 580 Ton/día Los desarrollos recientes más significativos de la gasificación de carbón para producción

de energía eléctrica, se encuentran en los gasificadores de flujo arrastrado soplados con O2

Se utilizan diversos sistemas de alimentación de carbón, secos y en lechada.

Gasificador Texaco: Este proceso de gasificación de carbón, de flujo arrastrado, se representa en la Fig 3.7-1.

Fig 3.7-1 Proceso de gasificación de carbón de flujo arrastrado y Gasificador GE Energy (Chevron-Texaco)

Es de flujo descendente de materias primas, y se alimenta con una lechada de carbón-agua de

60 ÷ 65% de sólidos en peso y oxígeno. Opera a presión, hasta 900 psi (6200 kPa), y está revestido

con refractario.

El gas bruto sale de la unidad entre:

2300 a 2700ºF

1260 a 1482ºC y está separado de la escoria

El gas sintético se refrigera mediante una caldera radiante, seguida de una caldera de

convección que genera vapor saturado a 1600 psi (11031 kPa), que son los refrigeradores de gas

sintético. Existen 64 plantas en funcionamiento, 15.000 MWt Syngas, y 6 en proyecto.

Existen diversas opciones para la refrigeración del gas:

a) Utilizando los refrigeradores de radiación y convección con lo que se facilita la máxima

eficiencia

b) Sustituir el refrigerador radiante por un enfriamiento rápido con agua y eliminar el

refrigerador de convección para minimizar el coste de la instalación

c) Emplear sólo el refrigerador radiante, que facilita una recuperación parcial del calor del

gas sintético, y tiene un coste y una eficiencia intermedia entre los anteriores

La eficiencia de gas frío, para el proceso mostrado en la Fig 3.6-8, es del 77%; si a la energía del

gas combustible obtenido se añade la energía del vapor producido, la eficiencia sube al 95%.

La conversión global de C con carbones Pittsburg nº 6 y 8, es de 96,9% y 97,8%, respectivamente.

La conversión del C se define como él %C que existe en el carbón, convertido en gases o en

productos líquidos (breas).

Gasificador Shell (SCGP): Este proceso de gasificación de carbón se muestra en la Fig 3.7-2 el

carbón se pulveriza, se seca y se alimenta a tolvas-esclusas para su presurización, siendo la

presión de operación de 350 psi (2.410 kPa), menor que la del Texaco.

Las paredes membrana están refrigeradas por agua

Los quemadores están dispuestos en oposición y en una configuración en el reactor similar

a la del diseño Koppers-Totzek. El gas bruto sale de la unidad entre:

2500 a 3000ºF

1371 a 1649ºC y la mayor parte de la ceniza sale a través de la piquera de

escoria en estado fundido

El gas sintético contiene una pequeña cantidad de Cinquemado y una significativa fracción

de ceniza fundida.

Existen 26 Plantas operativas, 8500 MWt Syngas, y 24 en proyecto.

Fig 3.7-2: Proceso típico con refrigerador de gas sintético y gasificador Shell SCGP

Para mantener las partículas de ceniza independientes, el gas caliente de salida se

enfría rápidamente con gas reciclado frío. Posteriormente tiene lugar un enfriamiento en el

refrigerador de gas sintético, que consta de secciones de radiación y de convección.

Con el gas bruto caliente se puede obtener algo de sobrecalentamiento en el vapor.

La eficacia de gas frío del gasificador Shell es del orden del 80%, como mínimo.

La recuperación combinada de energía química y térmica es de un 97%.

La eficiencia se reduce:

Con el secado de carbones de alimentación de baja calidad.

Cuando la combustión directa del carbón no se emplea para el secado.

El efecto del secado del carbón puede rebajar la eficiencia al 94 %.

Para la mayoría de los carbones, se consigue procesar más del 99% del C.

Gasificador Dow: Es una unidad de gasificador escorificador de flujo arrastrado, de dos etapas,

alimentado con lechada de carbón; incluye una caldera pirotubular, un sobrecalentador y un

economizador, para recuperar el calor del gas.

Los carbones se llevan al estado de lechada, con agua, que contiene una carga de sólidos

del orden de 50÷ 55% en peso.

Aproximadamente el 75% de la lechada se gasifica con O2 en la primera etapa.

El gas caliente que sale de la primera etapa, a unos 2600ºF (1427ºC) se utiliza para

gasificar el 25% del carbón res-tante, en la segunda etapa.

Ambas etapas cuentan con revestimiento refractario y no están refrigeradas.

El primer reactor es similar a la unidad Koppers-Totzek, con dos quemadores en oposición y

con evacuación de escoria.

Estas características aseguran una alta conversión del C y una óptima evacuación de la escoria.

La inyección directa de la lechada de carbón en la entrada correspondiente a la segunda etapa, en-

fría rápidamente el gas caliente y gasifica el carbón adicional, facilitando una temperatura de

salida del gas del orden de 1900ºF (1038ºC).

Esto elimina la necesidad de una caldera radiante, requiriendo aguas abajo una menor

recuperación de calor.

No se precisa energía para el reciclado del gas extinguido, o para la compresión de

grandes volúmenes de gas frío, aso-ciada al reciclado.

Gasificador Winkler de alta temperatura (HTW): Está basado en la tecnología Winkler de lecho

fluidificado, relativa a la gasificación del reactivo lignito bituminoso alemán, con ceniza seca. El

reciclado de los finos arrastrados por el gas bruto da lugar a una mejor conversión del C; la

operación a la presión de 130 psig (896 kPa) para un diámetro dado del gasificador, facilita un

régimen de producción de gas de síntesis que es más del doble del obtenido a presión atmosférica.

Desde 1986, en la planta de ligni-to bituminoso de Barrenrath, en Huerth, Alemania, opera una

unidad HTW que procesa 1,6 millones de Ton/año de lignito seco, produciendo 800.000

Ton/año de metanol. Permite el empleo de carbones no aglutinantes para lograr una alta

conversión del C, alcanzándose una conversión del 95%, con lignitos bituminosos alemanes.

El lecho opera a temperaturas de

1400 a 1500ºF

760 a 816ºC

La eficiencia del gas frío es del 82% cuando se sopla O2.

Gasificador ConocoPhillips E-GasTM: Se muestra esquemáticamente en la Fig 3.7-4 Exis-te una

planta operativa que genera 590 MWt Syngas, y otras 6 plantas en proyecto

Gasificador de escoria BGC/Lurgi: Se muestra esquemáticamente en la Fig 3.7-5, y es muy

parecido al escorificador Lurgi de ceniza seca (BGL); la diferencia radica en que la unidad

BGC/Lurgi fluidifica la ceniza del carbón, facilitando la utilización de carbones de alta y baja cali-

dad. Las breas y los aceites se reinyectan, con lo que la eficiencia del gas frío llega al 88%,

llegando al 90%, cuando se tienen en cuenta líquidos hidrocarburados. Una ventaja de la

escorificación del carbón consiste en que el requerimiento de vapor es sólo un 15% del necesario

en el Lurgi convencional, cuando gasificaba carbón bituminoso.

Fig 3.7-3.- Gasificador Wincler de alta temperatura

Fig 3.7-5.- Gasificador de escoria fundida BGC/Lurgi

Fig 3.7-4 Gasificador Conoco Phillips E-Gas

4.4. JUSTIFICACION DEL MODELO ELEGIDO:JUSTIFICACION DEL MODELO ELEGIDO:

………….CINTIA………….CINTIA

5.- DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL GASIFICADOR:5.- DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL GASIFICADOR:

5.1.- PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

El diseñador debe tener plena comprensión de la base principios de la gasificación, selección de materiales, fabricación, así como la economía de la fabricación y utilización de la estufa.

El procedimiento paso a paso a continuación es el siguiente:

1. Preparar el diseño conceptual de la estufa. Hacer varios conceptos es mejor, así que habrá más alternativas de diseño para elegir durante el fase de desarrollo. Hacer un estudio cuidadoso de las funciones de los componentes y la forma en que se optimice su diseño. Haga una lista de las ventajas y limitaciones de todos los conceptos antes de llegar a una decisión del diseño final. A partir del diseño de las existentes unidades viables es mucho mejor que a partir de "cero".

2. Identificar todos los componentes que necesitan ser cuantificados a partir desde el más importante a lo menos. Esto puede incluyen la tolva de combustible, la cámara de combustión, quemadores y ventilador

3. Recopilar los datos necesarios para el cálculo de la literatura. Si no se dispone de datos, llevar a cabo experimentos para generar la información necesaria en el diseño.

4. Determinar la cantidad de energía necesaria para la estufa. Esto puede ser estimada a partir de la energía necesaria para cocinar alimentos o para calentar cierta cantidad de agua.

5. Determinar la cantidad de combustible que se suministra a la estufa necesaria para cumplir con la energía necesaria para cocinar o ebullición.

6. Calcular el tamaño de la cámara de combustión del estufa en términos de diámetro y la altura del reactor. Nótese que para estufa de gas, el diámetro del reactor determina la potencia de salida de la estufa, mientras que la altura del cilindro dicta el momento de la operación. Cuanto más grande sea el diámetro, más fuerte es la potencia de salida de la estufa. Aumentar el diámetro dos veces dará lugar a una cuatro veces más en la potencia de salida de la estufa. Por otra parte, el tiempo para operar la estufa se ve afectada por la altura del reactor. como mencionado en el apartado anterior de este Manual, en la zona de combustión se mueve alrededor de 1 a 2 cm por minuto el interior del reactor. Por lo tanto, para un reactor de 60-cm de largo, la estufa se puede esperar que opere durante 30 a 60 minutos. Otros parámetros como el grosor del aislamiento y tamaños de los materiales también se pueden calcular aunque estos no son muy importantes para pequeñas estufas de este tipo.

7. Calcular la cantidad de aire y la cantidad de biomasa necesario para gasificar.. Estos son importantes información en la selección del ventilador o soplante necesario para el reactor.

8. Haz un dibujo de fabricación de la estufa que indica el calcula dimensión. Utilizar dimensión estándar, tanto como sea posible, para minimizar el desperdicio de materiales, así como para evitar gastos adicionales por "hacer y rehacer." Ejemplo, si la longitud calculada es 1,12 m, 1,2 m utilizar de longitud estándar.

9. Fabrique la estufa de acuerdo a las especificaciones de la diseño. Pregunte al fabricante por sus sugerencias en el mejora del diseño, especialmente en la construcción de la estufa.

10. Prueba de la estufa y solicitar comentarios de otras personas especialmente en la operación.

Materiales:

Plancha negra galvanizado de 1-20 de grosor. Soplador Válvula para controlar soplador Varillas de acero para soportes Mallas. Biomasa

Herramientas:

Cortador de planchas de metal Rolado taladro para agujeros soldaduras

la plancha de hierro galvanizado negro se utiliza para construcción del cilindro interno , externo y la respectiva hornilla asi como para la base soporte de nuestro gasificador.

Para el conjunto del quemador, el cilindro exterior se hace generalmente de material de lámina galvanizada con el mismo calibre que el del reactor. El cilindro interior, la parte del quemador que está directamente en el contacto con los gases inflamables, generalmente requiere el uso de acero inoxidable debido a su buena resistencia al calor. El bote apoyo y el mango del conjunto de quemador incluyendo el marco para el residuo carbonoso rejilla y la palanca también están hechos de acero inoxidable material para una mejor durabilidad. Por otro lado, el aislamiento de la cocina está hecha de tierra , que es un buen aislante . La ceniza de cascarilla de arroz es también muy barato ya que puede ser obtenido a partir de las cáscaras de arroz quemadas encontrados ya sea en los lados de carreteras o en el campo.

Un ventilador o soplador se utiliza para proporcionar el aire necesario para gasificación. Ventilador y ventilador puede ser fácilmente comprado desde cualquier proveedor eléctrico. Un válvula se utiliza para regular la cantidad de aire emitido por el ventilador. Se conecta con las conexiones eléctricas de el ventilador para que este último puede cambiar fácilmente durante el despegue y operación.

5.2.- CÁLCULOS DE DISEÑO

Cálculos de diseño A continuación se presentan algunos parámetros importantes que deben ser considerarse para determinar el tamaño apropiado de los gases de la biomasa, teniendo en cuenta la potencia de salida deseada. la tamaño de la estufa se puede estimar fácilmente mediante el cálculo de estos parámetros. Los siguientes parámetros y su fórmula se presentan aquí y su fórmula para calcular el requisito básico en el diseño de gasificador de biomasa.

5.2.1.- ENERGÍA NECESARIA - Se refiere a la cantidad de calor que debe ser suministrada por la estufa. Esto puede ser determina en base a la cantidad de alimentos para ser cocinados y / o agua para ser hervida y su correspondiente energía calorífica específica, como se muestra en la Tabla 11 a continuación

Tabla:. Energía necesaria para la cocción de alimentos y para hervir agua.

alimentos Calor especifico(Kcal/Kg-ºC)

Energía total(Kcal/Kg)

Arroz 0.42-0.44 79.3Carnes 0.48-0.93 56.5Verduras 0.93 74.5agua 1 72

La cantidad de energía necesaria para cocinar los alimentos puede ser calculada con la fórmula,

Donde

Qn - la energía necesaria, Kcal / h

MF - la masa de los alimentos, en kg

Es - específico de energía, kcal / kg

T - tiempo de cocción, h

Ejemplo. Un kilo de arroz tiene que ser cocinada dentro de los 15 minutos, lo que es la energía necesaria para cocinar el arroz?

5.2.2.-ENTRADA DE ENERGÍA - Esto se refiere a la cantidad de energía necesaria en términos de combustible que se alimenta en la estufa. este puede ser calculado utilizando la fórmula,

Donde:

FCR - tasa de consumo de combustible, en kg / h

Qn - la energía térmica necesaria, Kcal / h

HVf - valor de calentamiento del combustible, Kcal / kg

ξG - Eficiencia del gasificador estufa,%

5.2.3.- DIÁMETRO DEL REACTOR - Esto se refiere al tamaño del reactor en términos del diámetro de la sección transversal del cilindro donde la biomasa se está quemando. es una función de la cantidad del combustible consumido por unidad tiempo (FCR) a la tasa de gasificación específico (SGR) de biomasa, que está en el intervalo de 110 a 210 o 56 kg/m2-hr a 130 como se revela por los resultados de varias pruebas sobre la biomasa . Como se muestra a continuación, el reactor de diámetro puede ser calculado utilizando la fórmula,

Donde:

D - diámetro del reactor, m

FCR - tasa de consumo de combustible, en kg / h

SGR - tasa específica de gasificación de cáscara de arroz,

110-210 kg/m2-hr

5.2.4.- ALTURA DEL REACTOR - Esto se refiere a la distancia total desde la parte superior y el extremo inferior del reactor. este determina el tiempo que la estufa de ser operado en una carga de combustible. Básicamente, es una función de un número de variables tales como el tiempo requerido para operar el gasificador (T), la tasa de gasificación específico (SGR), y el densidad de la cascarilla de arroz (RRH). Como se muestra a continuación, la altura de el reactor puede ser calculada utilizando la fórmula:

Donde:

H - longitud del reactor, m

SGR - tasa específica de gasificación de cáscara de arroz, kg/m2-hr

T - tiempo necesario para consumir la cáscara de arroz, h

RRH - la densidad de la cáscara de arroz, en kg / m3

5.2.5.- TIEMPO PARA CONSUMIR BIOMASA - Se refiere al total de tiempo necesario para gasificar completamente la biomasa del reactor. Esto incluye el tiempo para encender el combustible y el tiempo para generar gas, más el tiempo para quemar completamente todo el combustible en el reactor. La densidad de la biomasa (RRH), el volumen del reactor (Vr), y el consumo de combustible tasa (FCR) son los factores utilizados para determinar el total tiempo para consumir el combustible biomasa en el reactor. como se muestra a continuación, este puede ser calculada utilizando la fórmula,

Donde:

T - tiempo necesario para consumir la biomasa, h

Vr - volumen del reactor, m3

RRH - la densidad de la biomasa, kg/m3

FCR - tasa de consumo de la biomasa, en kg / h

5.2.6.- LA CANTIDAD DE AIRE NECESARIO PARA LA GASIFICACIÓN - Esto se refiere a la tasa de flujo de aire necesario para gasificar cáscaras de arroz. es muy importante para determinar el tamaño del ventilador o del soplador necesario para el reactor de gasificación en cáscaras de arroz. como se muestra, esto puede ser determinado simplemente utilizando el tipo de el consumo de combustible cáscara de arroz (FCR), el aire estequiométrico de cáscara de arroz (SA), y la recomendada equivalencia relación (e) para gasificar la cáscara de arroz de 0,3 a 0,4. Como se muestra, esto puede ser calculado utilizando la fórmula,

Donde:

AFR - caudal de aire, m3/hr

ε - relación de equivalencia, desde 0,3 hasta 0,4

FCR - tasa de consumo de la cáscara de arroz, en kg / h

SA - aire estequiométrico de biomasa, 4,5 kg de aire por kg de biomasa

ρa - la densidad del aire, 1,25 kg/m3

5.2.7.- VELOCIDAD DEL AIRE SUPERFICIAL - Esto se refiere a la velocidad del flujo de aire en el lecho de combustible. La velocidad del aire en biomasa causará la formación de canal, que puede afectan en gran medida de gasificación. El diámetro del reactor (D) y la tasa de flujo de aire (AFR) determinar lo superficial velocidad del aire en el gasificador. Como se muestra, esto puede ser calculado con la fórmula,

Donde:

Vs - velocidad superficial del gas, m / s

AFR - caudal de aire, m3/hr

D - diámetro del reactor, m

5.2.8- LA RESISTENCIA AL FLUJO DE AIRE - Se refiere a la cantidad de resistencia ejercida por el combustible y por el carbón en el interior del reactor durante la gasificación. Esto es importante en Para determinar si un ventilador o soplante una es necesaria para el del reactor. El espesor de la columna de combustible (Tf) y el resistencia específica (SR) de cáscara de arroz, que puede ser determinada en la Figura 39, dará información suficiente para la resistencia total necesaria para el ventilador o un soplador . como se muestra, esta puede ser calculada utilizando la fórmula,

Donde:

Rf - la resistencia de los combustibles, cm de H2O

Tf - espesor de la columna de combustible, m

Sr - resistencia específica, cm de agua / m de combustible.

5.3.- PLANOS DE CONSTRUCCION:

Foto modelo

I.- ESTRUCTURA VERTICAL DE GASIFICADOR ( TORRE)

II.- ESTRUCTURA DE LA BASE- SOPORTE DE LA TORRE

Vista superior

Vista frontal

III.- REJILLA INTERNA SOPORTE DE LA BIOMASA

Vista superior

vista lateral

IV.- HORNILLA DEL GASIFICADOR

Vista superior

Corte transversal

5.4.-SIMULACION DE LA CONSTRUCCION DE NUESTRO GASIFICADOR

La simulación de nuestra construcción fue todo en cartulina dúplex, antes de ser llevado al material metálico, como se muestra en las fotos:

5.5.- CONSTRUCCION DE NUESTRO EQUIPO:

FOTOS:

5.6.- COSTOS DE CONSTRUCCION:

MATERIALES:

Plancha de ½ y rolado 118.0

Soplador y accesorios 83.30

Disco de corte 5.00

MANO DE OBRA:

Servicio de torno la tapa 6.00

Servicio de soldadura 180.00

OTROS

Movilidad 25.00

Otros(madera ,ron de quemar, paños y mas) 30.0

TOTAL 447.30 S/.

5.5. CONCLUSIONES:CONCLUSIONES: ………….CINTIA ………….CINTIA6.6. RECOMENDACIONES:RECOMENDACIONES: ………….CINTIA ………….CINTIA