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
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)
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
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)
Catalizador
Oleaginosas
Semillas
Aceite vegetal crudo
Aceite vegetal refinado
Alcohol
Glicerina
-Industria alimentaria-Industria cosmética
Energía
VehículosCO2
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Catalizador
Oleaginosas
Semillas
Aceite vegetal crudo
Aceite vegetal refinado
Alcohol
Glicerina
-Industria alimentaria-Industria cosmética
Energía
Vehículos
CO2
Aceite de palmaAceite de JatrophaAceite de higuerilla
Materias primas
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
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
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%
ADITIVOS OXIGENADOS A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DEL GLICEROL
Rutas de Valorización del Glicerol
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
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)
Disminución en el punto de fluidez
Reducción en un 23% del material particulado
Material particulado: Hollín
HC pesadossulfatos
Conclusiones
PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS, H2 Y NANOTUBOS DE CARBONO A PARTIR
DE ETANOL, BIOGÁS Y GLICEROL
BiomasaBiocombustiblesBioetanol
Biogás (CH4/CO2)
“bio-gas de síntesis”
CO H2
Descomposición catalítica
Reformado
BiodieselGlicerol
Reformado
Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono
Reformado
Bio-Nanotubos
Múltiples aplicacionesSecuestro de
carbonoNanotubos/CauchoNanotubos/Asfalto
Nanotubos/Titanio mesoporoso
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”
PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS VÍA REACCIÓN FISCHER-TROPSCH (FT)
Carbón o Biomasa
Natural gas
Proceso F-T
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
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)
PROCESO DE GASIFICACIÓN (CARBÓN-BIOMASA)
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
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.
• 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
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.
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
Fundación CARTIF 9 - 13 junio 2008
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
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.
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)
ADECUACIONES
ARMADO - FILTROS
ARMADO – MOTOR-GENERADOR
Gasificación
Carbón Biomasa
Co-gasificación
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.
www.wix.com/quirema_udea/[email protected]
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
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