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IngenieríadeProcesosaPresiónDepartamentodeIngenieríaQuímicayTecnologíadelMedioAmbiente
UniversidaddeValladolidhttp://www.iq.uva.es/hpp/
Instituto de Investigación
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RadiaciónInfrarroja
RadiaciónSolar
SostenibilidaddelEco‐sistema
FotosintesisCiclodevidayalimentos
95billones 109 tonC/yH2OCO2
Orgánicos
Elhombrees partedeleco‐sistema
Laúnica respuesta para una sociedad sostenible es
establecer Reciclado demateriales utilizando energía solarenarmonía coneleco‐sistema.
La tierra puede considerarse como un sistema cerrado
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Petróleo fuel
Materias primas
Compuestosclave
Moléculassencillas
ComoEtanoPropanoBenceno
Química OrgánicaAdición degruposfuncionales
Procesos QuímicosEtapas múltiplesDisolventes,Catalizadores IncopatibilidadMedio ambiental Excesivo consumo deenergía
Productospetro‐químicos
Energíasolar
H2O
CO2
Compuestos claveMoléculas complejas
congruposfuncionales
Comola
D‐glucosa Productosquímicos debiomasa
Refinería Petroleo
Uso deenergía térmica
Química OrgánicaEliminación yredistribucióndegrupos funcionales Una nuevasistematización delaquímica orgánica
Procesos QuímicosSencillos &Compactos Procesos decentralizados.Producir sololosuficiente
CO2Agotamiento
Lasostenibilidadsepuedeconseguirconprocesosconbalancedecarbonneutro
IndustriaQuímicabasadaenlabiomasa
Industriapetroquímica
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Enverde:principalesmateriasprimas.amarillo:principalesproductos.rosa:principalesmétodosdeproducción
Enverde:principalesmateriasprimas.amarillo:principalesproductos.rosa:principalesmétodosdeproducción
Alimentos
Biomasa
componentes nocomestibles
Celulosa
Lignina
Hemicelulosa
Energíatérmica
H2,CH4
Nuevos Materiales
Oligosacáridos
Glucosa
Productosquímicos
Compuestosquímicosbase
Fueleslíquidos
Compuestos
químicafina
Solubilización
Reacciones
transformación
Separacion
Incineración/SCWO
Gasificación
Hidrólisis
Diagramadebloquesdeunarefineríadebiomasa
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Objetivos Correspondencia Fenomenos implicados
Reducción delcoste delos equipos
Equipos compactos
Etapas más sencillas
Una etapa oreacciones todo en uno
Procesos ultrarápidos
AltorendimientoAltaselectividad
Materias primasalternativas
Compatibleconelmedioambiente
Utilización dedisolventeslimpios
H2O
CO2
Eficienciaenergética Mejorartecnologías Ingeniería Química
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Cantero et al. , Reaction engineering for process intensification of supercritical water biomass refining, J. Supercrit Fluids 96 (2015) 21-35.
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SCW as solvent and reaction media
Cellulose Hydrolysis at 300 C and 20 MPa
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Condicionesdeoperación
Temperatura:327– 387ºC
Presión:30MPa
tdereacción:0.35– 0.5s
separaciónsólidolíquido
Efluenteinicial
EfluenteAlas24h
Celulosasólida
SeparacióndeCelulosa,Lignina,Hemicelulosayproductoslíquidosdedegradación.
24h
celulosadealtapureza
89.8‐ 100%celulosa
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Alta selectividad de la hidrólisis de la celulosaAl operar con tiempos menores a 1 segundo
Rendimientos de la hidrólisis en agua presurizada frente al tiempo
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¿Por que?, por el diferente comportamientocinetico de la hidrolisis de la celulosa y glucose…
-5-4-3-2-1012345
0,0014 0,0016 0,0018
ln k
T-1, K-1
CelluloseCelluloseGlucose
Cantero et al. Kinetic analysis of cellulose depolymerization reactions in near critical water. The Journal of Supercritical Fluids. 75, 48-57, 2013.
Kinetic Constant
Ea(kJ/mol)
T<374ºC 154.4±9.5T>374ºC 430.3±6.3
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0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Yiel
d, (w
/w)
tR, (s)
400-27 400-25 400-23 350-27350-23 350-18 300-27 300-23
Temperature (ºC) – Pressure (bar)
Cantero, et al. Governing chemistry of cellulose hydrolysis in supercritical water, ChemSusChem. 8 (2015) 1026–1033.
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-2
-1
0
1
2
0,0014 0,0016 0,0018
Ln k
hmf, (
s-1)
T-1 (K-1)
Biomass Concentration (BC)
-5
-4
-3
-2
-1
0
0,0014 0,0016 0,0018
Ln k
hmf, (
L·mol
-1·s-1
)
T-1 (K-1)
BC + Water Concentration
B
0
5
10
15
20
25
0,0014 0,0016 0,0018
Ln k
hmf, (
L·mol
-1·s-1
)
T-1 (K-1)
BC + Ions ConcentrationC
Deviation of the Arrhenius law would suggest a bad reaction
model evaluation
Governing chemistry of cellulose hydrolysis in supercritical water, ChemSusChem. 8 (2015) 1026–1033.
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Reacciónenunaetapa
Rutadesíntesisindustrial
G
Rutadesíntesisapartirbiomasa
Reaccionesdetransformación
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Equipment: needs and opportunities
17
NEW
NEW
BIOMASS PUMP
VALVE STEM
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Aire
2061
Separacióndegases
UnidadesKg/h
ProducciónenergíaOASC
Producción dealimentosY
Refineria debiomasa
Fotosíntesis 3%eff
Granjade100ha
Nitrógeno1587
Oxygeno474
Aguaderefrigeración
2800Luzsolar
240MW
Dióxido deCarbono 1467Agua 500
Oxígeno 1067
Biomasa900
Residuo deBiomasa400
Conagua2240
Alimentos500
Químicos
1760kW120kWCO2 652Agua5261Fertilizantesinorgánicos
KAraietal,JSupercritFluids2009
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• Modelodeproduccióndescentralizada.Producirsololosuficiente basándoseenlascaracterísticasdellugar
• Localizacióndelasmateriasprimasydelaenergía
• Sociedadsostenible:comunidadauto‐suficienteytecnológicamentedesarrollada.