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DISEÑO Y MONTAJE DE UN REACTOR DE DISEÑO Y MONTAJE DE UN REACTOR DE PIROLISIS A ESCALA LABORATORIO PARA PIROLISIS A ESCALA LABORATORIO PARA EL TRATAMIENTO DE BIOMASA VEGETAL EL TRATAMIENTO DE BIOMASA VEGETAL

RESIDUAL PROCEDENTE DE PLAZAS DE RESIDUAL PROCEDENTE DE PLAZAS DE MERCADO DE BUCARAMANGAMERCADO DE BUCARAMANGA

ANGEL GABRIEL BELTRAN BARRERAANGEL GABRIEL BELTRAN BARRERAIVAN RODRIGO ROJAS REYESIVAN RODRIGO ROJAS REYES

DirectorDirectorLUIS MARIANO IDARRAGA BERNALLUIS MARIANO IDARRAGA BERNAL

Ingeniero Químico, Msc.Ingeniero Químico, Msc.

DISEÑO Y MONTAJE DE UN REACTOR DE PIROLISIS A ESCALA LABORATORIO PARA EL TRATAMIENTO DE BIOMASA VEGETAL RESIDUAL PROCEDENTE DE PLAZAS DE MERCADO DE BUCARAMANGADISEÑO Y MONTAJE DE UN REACTOR DE PIROLISIS A ESCALA LABORATORIO PARA EL TRATAMIENTO DE BIOMASA VEGETAL RESIDUAL PROCEDENTE DE PLAZAS DE MERCADO DE BUCARAMANGAANGEL GABRIEL BELTRAN BARRERA - IVAN RODRIGO ROJAS REYESANGEL GABRIEL BELTRAN BARRERA - IVAN RODRIGO ROJAS REYES

PROYECTO DE GRADO. ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICAPROYECTO DE GRADO. ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

QUE ES LA PIROLISIS?QUE ES LA PIROLISIS?La pirólisis es un proceso de conversión termoquímica de la materia orgánica, altamente endotérmico, en un ambiente libre de oxígeno. Los compuestos basados en carbono contenidos en el residuo se descomponen para dar lugar a la formación, gases, hidrocarburos condensables y biocarbón.

Figura 1. Temperaturas de degradación térmica para los materiales lignocelulósicos.

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METODOLOGÍAMETODOLOGÍA

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DISEÑO Y MONTAJE DEL REACTORDISEÑO Y MONTAJE DEL REACTOR

Figura 2. Figura 2. Fotografía del Reactor de Pirolisis PRBR MARK II.

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PUESTA EN MARCHA DEL REACTORPUESTA EN MARCHA DEL REACTOREl reactor se alimenta con de cáscara de piña, aproximadamente 50 g, con un porcentaje de humedad inferior al 15%, ocupando por completo el área de calentamiento provista por el horno eléctrico

Una vez introducida la biomasa se procede al cierre hermético del reactor.

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ZONA CALENTAMIENTO Y REACCIÓNZONA CALENTAMIENTO Y REACCIÓNEl cuerpo del reactor está elaborado en acero A304L Sch40 con una longitud de 50 cm y diámetro interno de 3.68 cm. Se diseñó y elaboró un horno tubular eléctrico, para alcanzar y mantener la temperatura de la reacción de pirolisis, la velocidad media de calentamiento es de 23 ºC/min.

Figura 3. Figura 3. Perfil de temperaturas en la superficie y centro del reactor, t = 20 min, T = 450 ºC.

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Figura 4. Figura 4. Distribución de temperaturas para la superficie y el centro del reactor.

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CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTESCARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES

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RESULTADOSRESULTADOS

El poder calorífico superior para los residuos lignocelulósicos puede oscilar entre los 12.56 – 14.65 MJ/kg; la densidad de las cascaras de piña procesadas y secas es de 279 kg/m3. El poder calorífico superior teórico para el biochar obtenido a temperaturas de 450ºC es de 30.47 MJ/kg; La densidad del biochar es de 93.047 kg/m3.

ParámetrosParámetros Valor [%P]Valor [%P]

HumedadHumedad 13.89

Volátiles y Carbón FijoVolátiles y Carbón Fijo 82.75

CenizasCenizas 3.37

ParámetrosParámetros Valor [%P]Valor [%P]

HumedadHumedad 5.38

Volátiles y Carbón FijoVolátiles y Carbón Fijo 87.65

CenizasCenizas 6.98

Tabla 1. Tabla 1. Análisis próximo mediante prueba TGA para la cascara de piña.

Tabla 2. Tabla 2. Análisis próximo mediante prueba TGA para el biochar.

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BIOCHAR COMO CARBÓN ACTIVADOBIOCHAR COMO CARBÓN ACTIVADO

Figura 5. Figura 5. Activación química de biochar y pruebas de adsorción de azul de metileno.

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Usando como referencia carbón activado comercial, se obtuvieron rendimientos del 83.33% para el biochar activado con H3PO4 y un 14.02% para el biochar obtenido directamente del reactor.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

1

2

3

4

5

6x 10

-3

Tiempo [=] min

Azu

l de

Met

ileno

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orbi

do [=

] g

Carbón Activado ComercialCarbón Activado H3PO4

Figura 6. Figura 6. Azul de metileno adsorbido [g] en carbón activado.

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CARACTERIZACIÓN DE BIOGÁSCARACTERIZACIÓN DE BIOGÁSLos gases fueron recuperados en tubos de ensayo al vacío durante el pico más alto de producción; se almacenaron a temperatura inferior a los 4ºC. Se realizó el análisis por cromatografía GC/SM.

La producción de gases combustibles alcanza un alto potencial de llama a la temperatura máxima de pirolisis 450ºC aproximadamente.

COMPUESTODióxido de carbono Etil 2-Oxopropanoato

Propano 1-PropenoÁcido hidrazoico 2-PentanonaÁcido isocianico Ciclopropeno

Cloruro de (2E)-2-Butenoilo Propeno

Tabla 3. Tabla 3. Compuestos químicos del biogás.

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CARACTERIZACIÓN DE BIOOILCARACTERIZACIÓN DE BIOOILEs un biocombustible, de fácil transporte, manipulación y almacenamiento, tiene un poder calorífico equivalente al 40% del diésel. Se realizó el análisis por cromatografía GC/SM.

Los condensables a partir de los cuales tiene origen son inestables térmicamente debido a la presencia de compuestos como los fenoles y los aldehídos.

COMPUESTOMetanol Ácido acético

Diclorometano FenolHexano 2-Metoxi fenol

Acetato de etilo 4-Etil fenolTolueno 5-Metil-2-Furancarboxaldehido

2-Furancarboxaldehido 2-Metil fenol

Tabla 4. Tabla 4. Compuestos químicos del biooil.

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REPRODUCIBILIDAD DEL SISTEMAREPRODUCIBILIDAD DEL SISTEMASe realizaron cuatro pruebas bajo condiciones constantes de operación en el sistema: temperatura: 450ºC, presión atmosférica y masa de cascara de piña promedio 52.28 g.

No. PruebaNo. Prueba Biomasa [g]Biomasa [g] Biochar [%P]Biochar [%P] Biooil [%P]Biooil [%P] Biogás [%P]Biogás [%P]66 52.01 32.47 27.14 29.8377 52.24 33.65 24.76 31.0388 52.14 33.28 26.31 29.8799 52.72 33.73 27.19 28.53

Tabla 5. Tabla 5. Pruebas de reproducibilidad, condiciones constantes de operación.

[%P] σ [%P] Int. Inferior Int. SuperiorBiochar [%P] 33.28 0.57 32.81 33.75Biooil [%P] 26.35 1.13 25.42 27.28Biogás [%P] 29.82 1.02 28.97 30.66

Tabla 6. Tabla 6. Tratamiento estadístico de datos e intervalos de confianza del 90%.

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Tabla 7. Tabla 7. Variabilidad de rendimiento [%P] respecto a desviación estándar.

No. PruebaNo. Prueba Biochar [g]Biochar [g] Biooil [g]Biooil [g] Biogás [g]Biogás [g] Perdidas [g]Perdidas [g]66 16.89 14.12 15.52 5.4977 17.58 12.94 16.21 5.5188 17.35 13.72 15.57 5.5099 17.78 14.34 15.04 5.56

Tabla 8. Tabla 8. Balance de masa de las pruebas de reproducibilidad.

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Una vez calculados los rendimientos obtenidos para los efluentes del reactor y de realizado el análisis estadístico de los datos, además de su comparación con otros autores, se concluye que el diseño realizado cumple con los requisitos que demanda un proceso de pirolisis.

La reproductibilidad comprobada del proceso asegura que pueda ser usado para ensayos posteriores para el análisis de diferentes fuentes de biomasa residual vegetal. El análisis del biochar como fuente de carbón activado permite ver que este tiene una alta capacidad de adsorción muy cercana a la que posee el carbón activado comercial, puede llegar a emplearse como sustituto efectivo del carbón activado comercial.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

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GRACIAS!!!GRACIAS!!!

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