TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS - Ategrus ... · Oxidación (combustión) incompleta . de la...
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Combustibles Alternativos Renovables Ecológicos, S.L - NIF: B-25737198 P.I. Verdunes - 25400 Les Borges Blanques (LLEIDA) - T:+34 973 150 650. - F:+34 973 150 701 Joan Solé; Dr. Ing. Agrónomo Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS
Transcript of TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS - Ategrus ... · Oxidación (combustión) incompleta . de la...
Combustibles Alternativos Renovables Ecológicos, S.L - NIF: B-25737198 P.I. Verdunes - 25400 Les Borges Blanques (LLEIDA) - T:+34 973 150 650. - F:+34 973 150 701
Joan Solé; Dr. Ing. Agrónomo
Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS
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Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
Índice 1. Que es la gasificación?
2. Porqué gasificar?
3. Aplicaciones del syngas
4. Biomasa y residuos: Energía competitiva
5. CONCLUSIONES
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Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
1. Que es la gasificación?
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Gasificación. Conceptos generales
La gasificación de biomasa es un proceso termoquímico que se basa en la conversión de un combustible solido en un gas, denominado SYNGAS.
En la gasificación de la biomasa se dan tres procesos de transformación:
Oxidación (combustión) incompleta de la biomasa que da como resultado monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y libera calor.
Transformaciones termoquímicas (mayoritariamente de reducción) por acción de la temperatura que descomponen el sólido en hidrocarburos gaseosos y líquidos y carbono libre.
Oxidación (combustión) total de hidrocarburos gaseosos y carbono liberando calor. Imagen gasificador CARECO para
producción de vapor industrial en Salamanca
Imagen gasificador CARECO para producción eléctrica en
Xátiva (Valencia)
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Gasificación. Conceptos generales
• La gasificación se puede asimilar a una combustión en condiciones de defecto de oxígeno (de un 20% a un 30% del aire estequiométrico).
• Conviven en la gasificación reacciones de combinación con el oxígeno propias de la combustión (reacciones de oxidación) y reacciones sin oxígeno (reacciones de reducción).
BIOMASA
C7H1.0O4
AIRE
O2 + 3,76 N2
SYNGAS a 800 ºC
H2 + CO + CH4 + C2H4 + CO2 + N2 + H2O + CxHy
Reac
cion
es
de
gas
ifica
ción
Reacciones de gasificación
C+ H2O CO + H2 C + 2H2O CO2 + 2H2
C + 2 H2 CH4 C + CO2 2CO
CH4+ 2H2O CO + 3H2 CO + H2O CO2 + H2
Reacciones de reducción
C+ ½ O2 CO C+ O2 CO2
CO+ ½ O2 CO2 H2+ ½ O2 H2O
CH4+ 2O2 CO2 + H2O
C2H4+ 3O2 2CO2 + 2H2O
Reacciones de combustión
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Ventajas de la gasificación en lecho fluido burbujeante
Composición del Syngas
El resultado de estos procesos es la transformación de la biomasa en un SYNGAS combustible de bajo poder calorífico en el entorno de 1500 Kcal/Nm3 (entre un 12% y un 16% del PCI del Gas Natural) que tiene una composición aproximada (% en volumen, seco):
Monóxido de carbono (CO): 13 – 17 %
Hidrógeno (H2): 10 – 14 %
Metano (CH4): 3– 5 %
Etileno (C2H4): 1 - 2 %
Etano (C2H6): < 0,5 %
Propano (C3H8): < 0,5 %
Dióxido de carbono (CO2): 15 - 17 %
Nitrógeno (N2): 45 - 50 %
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Gasificación. Topología del gasificador
Aire de gasificación
Alimentación Biomasa
hasta 750-850ºC (modo gasificación)
Lecho fluido
Sólidos
SYNGAS a 800 ºC
Nivel fluidificado
Nivel sin fluidificar
Reactor
de gasificación
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2. Porqué gasificar?
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COMBUSTIÓN DE BIOMASA UN PROCESO COMPLEJO
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Secado
Pirólisis
Combustión
Post-combustió
El agua contenida en la biomasa por acción del
calor del hogar se evapora evitando que la biomasa
se caliente inhibiendo cualquier reacción Una vez seca se producen
reacciones de reducción que transforman la
biomasa en gases, líquidos y sólidos de base orgánica Con menos carbono, el oxigeno es
suficiente para oxidar completamente la matèria orgànica restante
Materia inerte
En presència de oxigeno adicional se oxidan los gases y partículas orgánicas volantes
presentes en los humos
Aire primario
Aire secundario
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Concepto XyloSteam TM. Integración de ventajas
CÓMO RESOLVER UN PROBLEMA COMPLEJO?
Partiéndolo en unidades homogéneas y resolviendo cada una de la mejor manera En otras palabras… En lugar de una solución genérica para todo soluciones específicas para cada reto
Todo a la vez…y que sea lo que Dios quiera
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Concepto XyloSteam TM. Integración de ventajas
XyloSteam™ = ∑ de ventajas
Biomasa Gasificación Oxidación térmica
XyloSteam™
Generación de calor por
recuperación
Ventajas Ventajas Ventajas
Sólido Gases Gases
calientes Vapor
Suma de ventajas Ventajas que suman
Biomasa: Energía renovable y competitiva Gasificación: Eficiencia, flexibilidad y versatilidad Oxidación térmica: Alta conversión y garantía ambiental Generador de calor por recuperación: Bajo mantenimiento y alta durabilidad
Ventajas
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Ventajas de la gasificación en lecho fluido burbujeante
Sin piezas móviles en el reactor Tecnología (CareCo) originaria de EE.UU. Tecnología sencilla y segura de operar y mantener, con alta eficiencia. Alta disponibilidad: > 8.000 horas/año
Alta inercia; arranque inmediato 2 horas de paro = arranque en 10 minutos 2 días de paro = arranque en 2 horas
Homogeneidad El Syngas se produce de manera estable sin variaciones significativas en su composición
Sin problemas de alquitranes Los alquitranes (“Tars”) están en fase gaseosa a más de 700 ºC. Se emplea OLIVINA en el lecho como catalizador de las reacciones de gasificación y para reducir la producción de alquitranes.
Versátil Permite el uso de diferentes biomasas, así como una misma biomasa en distintas condiciones (humedad, granulometría, etc.)
Sistema compacto Dimensiones compactas al necesitar menor volumen de aire en comparación con sistemas de combustión. Implica menores costes de limpieza de humos (sistemas de menor tamaño)
Menores emisiones Tanto a través de los humos, como menor producción de partículas gruesas en las cenizas (facilidad de manejo), con posibilidad de uso de biomasas residuales. Sin emisión de dioxinas ni furanos.
Facilidad de control Temperaturas uniformes de conversión y control en función de la regulación del aire de entrada
Sin escorias Temperatura de gasificación inferior a la temperatura de fusión de cenizas
Modulación continua Modulación continua del 30 al 100% de la potencia de diseño del gasificador
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Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
3. Aplicaciones del syngas
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APLICACIONES DEL SYNGAS
• Térmicos. Secado, Generación agua caliente • Térmicos. Generación vapor • Eléctricos. Motor combustión interna • Eléctricos. Turbina contrapresión • Carburantes (BTL) • Otros
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Concepto XyloSteamTM. Integración de sistemas probados
Silo de biomasa
Depósito nodriza
Sistema de alimentación
Gasificador Cámara
de oxidación
Generador de vapor pirotubular (por recuperación)
Aire oxidación
Filtro de mangas
Elevador
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Producción de vapor
Caldera recuperación 220 ºC Recuperador 150 ºCrdt: 88% rdt: 98% Antorcha
35% humedad 10.091 kWv 15 tn/h2.900 PCI kcal/kg Gasificador y
3,50 tn/h cámara oxidación11.803 kWb 0% humedad rdt: 92%
4.654 PCI kca l/kg
0 kWg
35% humedad
2.900 PCI kcal/kg3,50 tn/h
11.803 kWb
1.100 ºC11.468 kWt
Filtro de mangas
730 kWt 730 kWt
Rendimiento global:
85,5%
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Producción eléctrica en motogeneradores
Filtro electrostàticordt: 96%
40% humedad2.663 PCI kcal/kg Gasificador y
2,32 tn/h recuperador Limpieza mecánica Antorcha7.193 kWb 0% humedad rdt: 92% rdt: 98% 5.547 kWg
4.804 PCI kcal/kg6.582 kWg 6.450 kWg
5.348 kWg
25% humedad
3.500 PCI kcal/kg1,77 tn/h
7.193 kWb
Limpieza húmedardt: 86%
223 kWt
Recuperación térmica
Secado de biomassa Trafo servicios Cuadro servicios
156 kWe
kWb kiloWatios biomasakWg kiloWatios syngaskWe kiloWatios electricidad
2.000 kWe kWt kiloWatios calor1.950 kWe
50 kWe 5.348 kWg
1.794 kWe
Trafo potencia Autoconsumo generador Motogeneradoresrdt: 98% 3% esperado: 37,4%
garantía: 35,5%
Rendimiento global esperado:
27,1%
Rendimiento global garantizado:
25,8%
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Cogeneración en turbina a contrapresión
9.299 kWv 12 tn/h
Caldera recuperación 300 ºC Recuperador 150 ºCrdt: 80% rdt: 98% Antorcha
35% humedad2.900 PCI kcal/kg Gasificador y
3,25 tn/h cámara oxidación10.960 kWb 0% humedad rdt: 92%
4.654 PCI kca l/kg
0 kWg
35% humedad
2.900 PCI kcal/kg3,25 tn/h
10.960 kWb
1.000 ºC11.624 kWt
Filtro de mangasrdt: 96%
1.744 kWt 1.744 kWt
9.299 kWv 12 tn/h
8.102 kWv 12 tn/h
Secado de biomassa Trafo servicios Cuadro servicios
86 kWe
kWb kiloWatios biomasakWg kiloWatios syngaskWe kiloWatios electricidad
1.088 kWe kWt kiloWatios calor1.073 kWe
15 kWe
987 kWe
Trafo potencia Autoconsumo generador Turbina contrapresiónrdt: 99% 1,4% esperado: 11,7%
garantía: 11,1%
Rendimiento global:
83,7%
Rendimiento eléctrico:
9,8%
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4. Biomasa i Residuos: Energía competitiva
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Ventajas de la biomasa
Aspectos económicos
Aspectos ambientales Imagen ambiental positiva Disminución emisiones relacionadas con efecto invernadero Ciclo de CO2 neutro Posibilidad de ahorro por derechos de emisión de CO2
Diversidad de orígenes (agrícola, forestal, industrial , subproductos…) Prevención de incendios y plagas
Aspectos sociales Independencia energética exterior Generación inducida de empleo nacional Puesta en valor de trabajos de limpieza forestal Importantes excedentes de biomasa nacional Desarrollo del medio rural y arraigo de población
Otros aspectos
Aprovechamiento de subproductos de la propia actividad Posibilidad de “cerrar círculos” Estabilidad de precios Costes energéticos estables Mejora de la competitividad industrial Fuente de energía renovable, local y gestionable Aprovechamiento de las cenizas generadas (abonos) 85 €/MWh
74 €/MWh 48 €/MWh
36 €/MWh 36 €/MWh
16 €/MWh 7 €/MWh
Gasoil C Propano Fuel-oil
Gas Natural Pellet
Astilla de Madera Astilla de subproductos
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BIOMASA. Ejemplos
OTRAS BIOMASAS VALORIZABLES (Ejemplos)
Lodos de depuradora Madera de recuperación Orujo de oliva
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Concepto XyloSteam TM
altamente rentable
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EJEMPLO: Consumo de vapor 6 tn/h 8.000 horas al año
Ahorro de energía en la generación de vapor según consumo medio y horas de operación al año
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000
AH
ORR
O (M
€/a
ño)
OPERACION (h/año)
4 ton/h 10 ton/h 16 ton/h 25 ton/h 6 ton/h
Caso tipo: 6 ton/h consumo medio de vapor ESCENARIO ACTUAL Potencia máxima de la instalación 10 Ton/hora Horas año de funcionamiento 8.000 horas/año (333 días) Producción media 6.000 kg/hora de vapor Combustible actual gas natural Demanda térmica 33.5 GWth Precio gas natural 0.036 €/kwh Coste anual gas natural 1.205.000 €
ESCENARIO con XyloSteam™ Combustible XyloSteam™ astilla forestal Precio astilla forestal 50 €/Ton PCI biomasa forestal 13.590 KJ/kg (3180 kcal/kg) % humedad de la astilla < 25 % HR Consumo anual biomasa 10.100 Ton Coste anual biomasa 505.000 €
RESULTADOS ECONÓMICOS XyloSteam™ Coste sistema XyloSteamTM 1.800.000 €
Ahorro en combustible anual 700.000 €
Payback 2,6 Años (incluido O&M)
TIR proyecto (7 años) 37 %
Cash –Flow (12 años) > 8M€
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EJEMPLO: Consumo de vapor 6 tn/h 8.000 horas al año
XyloSteam™
45 a 70% de reducción de costes energéticos
* Para el caso de generación 6 ton/h de vapor. 8.000 horas/año de operación y biomasa a 50 €/tn
Caldera convencional de gas natural
XyloSteam TM
Costes de vapor
1.205.000 € Gas Natural 36,0 €/MWh
Costes de vapor
505.000 € Biomasa
15.8 €/MWh
AHORRO en costes de vapor 700.000 €/año*
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701
EJEMPLO: Consumo de vapor 6 tn/h 8.000 horas al año
1,0 Años
2,0 Años
3,0 Años
4,0 Años
10 €/Tn 20 €/Tn 30 €/Tn 40 €/Tn 50 €/Tn 60 €/Tn 70 €/Tn
Pay-back (años) en función de precio biomasa
5.000.000 €
7.500.000 €
10.000.000 €
12.500.000 €
10 €/Tn 20 €/Tn 30 €/Tn 40 €/Tn 50 €/Tn 60 €/Tn 70 €/Tn
Cash - Flow (12 años) en función de precio biomasa
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Concepto XyloSteam TM
Referencia en España y Portugal
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NIF
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Referencias en España
Játiva (Valencia)
CARACTERÍSTICAS Tipología Producción
eléctrica
Combustible Biomasa. Astilla
Potencia 1.55MWe (5.5 MWth)
Entrada en servicio
2010
Motores GE Jenbacher JMS – 320 (x2)
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Referencias en España
Ejea de los Caballeros (Zaragoza)
CARACTERÍSTICAS Tipología Producción
eléctrica
Combustible Biomasa. Astilla
Potencia 2.0 MWe (7.2 MWth)
Entrada en servicio
2011
Motores GE Jenbacher JMS – 320 (x3)
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Referencias en España
Aldeaseca de la Frontera (Salamanca)
CARACTERÍSTICAS Tipología Producción de
vapor
Combustible Harinas cárnicas
Capacidad 12 Ton/hora de vapor
Entrada en servicio
2013
Potencia 10 MWth
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Referencias en Portugal
Sao Joao da Madeira (Porto) (en construcción)
CARACTERÍSTICAS Tipología Producción de
vapor
Combustible Harinas cárnicas
Capacidad 20 Ton/hora de vapor
Entrada en servicio
2014
Potencia 16 MWth
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Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
5. CONCLUSIONES
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701
CONCLUSIONES
La gasificación de biomasa y/o residuos es un proceso termoquímico que convierte cualquier producto de base orgánica en un gas combustible.
La gasificación en lecho fluido burbujeante permite: Alta conversión energética Flexibilidad de trabajo a distintas cargas (desde 30% a 100% en continuo) Versatilidad frente a combustibles diversos (forma, composición y humedad)
La gasificación permite dividir la conversión energética de biomasa y residuos en unidades individuales en las que aplicar las mejores técnicas de manera eficiente.
El syngas de biomasa y/o residuos se puede utilizar: En la generación de vapor Uso director en hornos y secadores En generación eléctrica en motores En cogeneración en turbinas de gas a contrapresión
En el contexto económica actual, la sustitución de gas natural o fuleóleo por gas de biomasa y/o residuos permite una reducción de la factura energética térmica del 35% al 75% con retornos que oscilan entre 2,5 y 3,5 años para aplicaciones industriales de larga utilización.
Combustibles Alternativos Renovables Ecológicos, S.L - NIF: B-25737198 P.I. Verdunes - 25400 Les Borges Blanques (LLEIDA) - T:+34 973 150 650. - F:+34 973 150 701
Joan Solé; Dr. Ing. Agrónomo
TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS
Gasificación de biomasa para usos térmicos y/o eléctricos
GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
