Ingeniería, Tecnología y Consultoría Tecnología de

Ingeniería,

Tecnología y Consultoría

Tecnología de Gasificación de Biomasa

Datos del Ponente

Ponente: Pedro Rodríguez Muñoz

Ocupación: Director de la División de Ingeniería

Empresa: INERCO Ingeniería, Tecnología y Consultoría

Dirección: Parque Tecnológico de La Cartuja

Thomas Alva Edison, 2

41092 Sevilla

Teléfono: 95 446 8100

E-mail: [email protected]

Fundada en 1984

Capital social privado e independiente

ACTIVIDADES DE INERCO

Consultoría en Medio Ambiente, Prevención de Riesgos y

Seguridad Industrial

Ingeniería y optimización de procesos

Tecnologías energéticas

Con un profundo conocimiento de la realidad industrial

Químico, Petroquímico y Refino

Electricidad y Gas

Cemento y Siderúrgico

Sevilla

Madrid

Tarragona

En España

Nicaragua

ESPAÑA

Venezuela

Ecuador

Colombia

Brasil

ChileArgentina

Egipto

Líbano

México

Venezuela

Costa de Marfil

International

Perú

En el mundo

Polonia

Marruecos

PRESENTACIÓN DIVISIÓN INGENIERÍA

División de Ingeniería


Refino de Petróleo

Industria Química

Industria Petroquímica

Generación Eléctrica

Combustibles Alternativos

Energías Renovables

SECTORES

Nuevos Procesos, Plantas Piloto y Escalado Industrial


BIOMASA

- Gasificación

- Co-Combustión

- Preparación y Alimentación de Combustibles

SOLAR

- Generación Solar Térmica

BIOCOMBUSTIBLES

- Bioetanol

- Biodiesel

HIDROGENO

- Generación y Almacenamiento a partir de Renovables

EÓLICA

- Parques Eólicos


SECTORES: ENERGÍAS RENOVABLES

TIPOLOGÍA DE PROYECTOS


Plantas de Proceso

Plantas de Generación Eléctrica

Servicios Auxiliares, OSBL´s, BOP´s

Parques de Almacenamiento

Estaciones de Carga y Descarga de CC.CC y FF.CC

Instalaciones Específicas: PCI, Vapor, Condensado, Torres de Refrigeración, etc

Ingeniería Específica de alguna especialidad

ALCANCE DE LOS SERVICIOS

- Ejecución de Proyectos Llave en Mano ó EPCM´s

- Ingeniería de la Propiedad. Dirección de Proyectos

- Ingeniería de Procesos

- Ingeniería Mecánica

- Ingeniería de Obra Civil - Dirección y Supervisión de Obras

- Anteproyectos: Centrales Térmicas y Refinerías de Petróleo

- Ingeniería Eléctrica

- Ingeniería de Instrumentación

- Ingeniería de Tuberías

- Ingeniería Conceptual, Básica y de Detalle

- Ingeniería de Integración

- Ingeniería por especialidades

- Gestión de Compras

- Gestión de Autorizaciones Sustantivas (Permitting)



Revamping de la Planta H3 de Refinería La Rábida


Planta Desulfuración de Fuel Gas de ASESA (Tarragona)


Planta Llenado de Botellas de Butano. CEPSA GL (Cádiz)


AMPLIACIÓN CLH MALAGA


AMPLIACIÓN CLH BARCELONA


Planta de Fraccionamiento de Aire de MESSER. Tarragona


Almacenamiento de Ácido Sulfúrico Atlantic Copper


Combustibles Alternativos. Lafarge Sagunto


Planta de BioEtOH de BCL en Babilafuente (Salamanca)


Interconexión BD San Roque Refinería Gibraltar


REPOW PS10 SOLUCAR SOLAR


PROYECTO EUREKA 5 SOLUCAR SOLAR


Parque Eólico Casares

Biomasa y los ProcesosTermoquímicos

para su Aprovechamiento


III Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética. Univ. De Huelva


BIOMASA: conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal o

procedente de la transformación de la misma.

De su uso se deriva:

Balance neto de CO2 nulo

Emisiones de SO2 bajas

Combustible autóctono

Revalorización residuo




QUÉ ES BIOMASA?

BIOMASA

RESIDUOS CULTIVOS

INDUSTRIALES

AGROGANADEROS

FORESTALES

SÓLIDOS URBANOS

MADERA

AGROALIMENTARIA

LODOS

AGRICOLAS

GANADEROS

Papel

Mueble

Cáscaras

Huesos

Desechos

Podas

Paja

Cascarilla

Poda

Entresaca

HERBACEOS

LEÑOSOSSauces

Chopos

Cereales

Cardo

Pataca

Sorgo

NATURAL




PROCEDENCIA DE LA BIOMASA

BIOMASA

GASIFICACIÓNCOMBUSTIÓN BIOMASA(Caldera, hornos, etc.)

APROV. DIRECTO APROV. INDIRECTO




POSIBILIDADES DE APROVECHAMIENTO

DIGESTIÓN

Energía Térmica Energía Eléctrica Otros Productos Químicos Combustibles Líquidos

PIRÓLISIS

ProcesoAporte de O2

(sobre teórico)

Combustión > 100 %

Gasificación 20 – 40 %

Pirolisis 0




PROCESOS TERMOQUÍMICOS

Aporte de O2:

Tecnología de Gasificaciónde Biomasa




GASIFICACIÓN: proceso termoquímico en el que un solido es

transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones a

alta temperatura y cantidad limitada de agente oxidante.




GASIFICACIÓN DE BIOMASA

Fase de secado:

Biomasa húmeda + Calor ->Biomasa seca + vapor de agua

Fase de pirolisis (descomposición térmica):

Biomasa seca+ Calor-> Char+CO+CO2+C2H4+Alquitrán

Fase de oxidación (gasificación char):

Char+O2+H2O(v)->CO2+Calor

Char+CO2+Calor->2CO

Char +H2O(v)+Calor->CO+H2





Fases:

Descomposición de la biomasa

(1) Biomasa + calor => Char + Líquidos + Gases (endotérmica)

Craqueo de los hidrocarburos

(2) Líquidos + calor => Gases (endotérmica)

Gasificación del char

(3) C + H2O => CO + H2 (endotérmica)

(4) C + CO2 => 2 CO (endotérmica)

Reformado de hidrocarburos en fase gas

(5) CnHm + nH2O => n CO + (n+ ) H2 (endotérmica)





Reacciones más importantes :

Oxidación del char e hidrocarburos

(6) C + O2 > CO2 (endotérmica)

(7) CnHm + (2n+ ) O2 > n CO2 + H2O (exotérmica)

Reacción de intercambio

(8) CO + H2O > CO2 + H2 (ligeramente exotérmica)





Reacciones más importantes :

El agente oxidante utilizado juega un papel relevante en la calidad del

gas generado.

Agente gasificantePCS

(MJ/m3)

Composición del gas obtenido (% en volumen)Uso

H2 CO CO2 CH4 N2 C

Aire <6 9-20 14-24 9-20 1-7 48-53 - Combustible

Oxígeno 10-20 32 48 15 2 3 -Combustible

Gas de síntesis

Vapor de agua 10-20 50 20 22 6 - 2Combustible

Gas de síntesis

Gas natural 42 70-100





Agentes Oxidantes:

En función de agente gasificante

Aire

Oxígeno

Vapor

En función de aporte térmico

Directos (Autotérmicos)

Indirectos

En función de Presión

Atmosféricos

Presurizados

En función del diseño

Lecho fijo

Lecho Fluido

Entrained Flow





Tipos de Reactores:

Reactores extendidos comercialmente

Lecho Fijo Downdraft (en contra corriente)

Updraft (en iso corriente)

Crossdraft (fluju cruzado)

Lecho Fluidizado Bubbling Fluidized Bed (BFB)

Circulating Fluidized Bed (CFB)

Twin-bed





Tipos de Reactores:

LECHO FIJO 'DOWN-DRAFT'

- Construcción y operación relativamente sencilla.

- Se requiere baja humedad en los combustibles.

- Se produce un gas relativamente limpio.

- Gases de salida a alta temperatura.

- Posible fusión de cenizas y formación de escorias.

- Baja capacidad específica(1).

- Alto tiempo de residencia de los sólidos.

- Elevada conversión de la biomasa.

- Bajos niveles de partículas.

- Potencial de escalado muy limitado con tamaño máximo pequeño.

(1) Kg de sólido/ m3 de reactor.

LECHO FIJO DOWN-DRAFT




REACTORES DE LECHO FIJO

Downdraft:

LECHO FIJO 'UP-DRAFT'

- Construcción simple y robusta.

- Alta eficacia térmica.

- Gas con alto contenido en alquitranes.

- Baja temperatura del gas de salida.

- El gas producido es apto para su combustión directa.

- Facilidad de operación a bajo régimen.

- Elevados tiempos de residencia del sólido.

- Elevada conversión de la biomasa(1).

- Altos niveles de partículas.

- Fácil escalado hasta tamaños medios.

(1) Referido al grado de conversión al carbono

LECHO FIJO UP-DRAFT





Updraft:

LECHO FIJO ‘CROSS-DRAFT'

- Adecuado para carbón vegetal.

- Problemas en materiales por altas temperaturas en oxidación.

- El combustible sirve de aislamiento contra altas temperaturas.

- Capacidad mínima de transformar al alquitrán.

- Pueden funcionar a pequeña escala < 10 KW.

- Gran sencillez del conjunto de depuración (ciclón + filtro).

LECHO FIJO CROSS-DRAFT





Crossdraft:

LECHO FLUIDO BURBUJEANTE

- Se permiten variaciones en la calidad de los combustibles.

- Buen control de la temperatura y altas velocidades de reacción de sólido.

- Buen contacto y mezcla de gas-sólido.

- Moderado nivel de alquitranes en el gas producto.

- Elevada conversión de la biomasa.

- Temperatura salida reactor relativamente altas.

- Limitaciones a operar a bajas cargas.

- Alta capacidad especifica.

- Posibilidad de operar a carga parcial.

- Posible proceso catalítico en el lecho.

- Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo.

- Fácilmente escalable.

BUBBLING FLUIDIZED BED




REACTORES DE LECHO FLUIDO

Burbujeante:

LECHO FLUIDO CIRCULANTE

- Mayor dificultad de operación que un lecho fijo.

- Buen control de la temperatura y elevadas velocidades de reacción del sólido.

- Buen contacto y mezcla de gas-sólido.

- Gas de salida con niveles moderados de alquitranes.

- Alta conversión.

- Temperatura salida reactor relativamente altas.

- Limitaciones a operar a bajas cargas.

- Alta capacidad especifica.

- Buen contacto gas sólido.

- Mayor cantidad de partículas en el gas de salida que en un lecho fijo.

- Fácilmente escalable.

CIRCULATING FLUIDIZED BED





Circulante:

LECHO FLUIDO TWIN-BED

- Temperatura baja en el lecho: 580 ºC.

- Las partículas finas son transferidas a la cámara de combustión del ciclón.

- Temperatura alta en la cámara de combustión del ciclón: 1350-1450 ºC.

- Deposición de cenizas en las paredes de la cámara de combustión del ciclón.

- Comerciales a gran escala.

- Tecnología probada para RDF, residuos plásticos, lodos depuradora, etc.

- Consigue destrucción completa de los contaminantes orgánicos.

- Flexibilidad para cambiar la composición del combustible.

- Económica y medioambiente atractivo para gran escala.

LECHO FLUIDO TWIN-BED





Twin-bed:

ARRASTRE DE FLUJO

- Adecuado para la mayoría de los carbones.

- Altas temperaturas: 1300-1600 ºC.

- Altas presiones: 25-60 bar.

- Mayor necesidad de oxígeno.

- Menor cantidad de alquitranes.

- Partículas de alimentación muy finas (< 100 μm).

- La reacción tiene lugar en una nube de partículas muy fina.

- Mayor rendimiento (alta T y P).

- Menor eficiencia térmica (enfriar antes de depurar el syngas).

- Utilizado para grandes capacidades > 100 MW.

- Control de operación complejo.

ENTRAINED FLOW





De Arrastre:

Downdraft Updraft BFB CFB

Presión (bar) 1 1 1-1,35 1-1,19

Temp. Operación reactor (ºC) 700-1.200 700-900 650-950 800-1.000

Reactante O2 o Aire O2 o Aire O2 o Aire Aire

PCI (MJ/m3) 4,5-5,0 5,0-6,0 4-15 4-7,5

Potencia <5 MWth <20 MWth 3-100 MW 20-100 MW

Alquitranes (g/Nm3) 0,015-0,5 30-150 10-50 10-30

Contenido en polvoBajo

(bajas velocidades)

Bajo

(bajas velocidades)

Muy bajo

(tras paso por ciclón)

Muy bajo

(tras paso por ciclón)

Nota: “Handbook Biomasa Gasification”.




CONDICIONES DE OPERACIÓN

La elección del sistema de gasificación dependerá del uso final del gas producto.

BFB or CFB

BFB or CFB




TAMAÑOS ÓPTIMOS

Producción de Energía Térmica Combustión gas pobre

(Horno, calderas,

secaderos, etc.)

Producción de Energía Eléctrica Combustión gas pobre

+

MCIA, Turbina Vapor, CC

Producción de Energía Térmica y Eléctrica Cogeneración




APLICACIONES

La gasificación de biomasa tiene un extraordinario potencialde aplicación:

Producción de electricidad:

· Una adecuada política de incentivos y primas

· Desarrollar y optimizar nuevas tecnologías de limpieza del gas

Producción de calor:

· Desarrollar y optimizar equipos adaptados a cada necesidad




APLICACIONES

GASIFICACIÓN

VAPOR/OXÍGENO AIRE

UHG LHG

Síntesis Conversión Fuel-Cell Turbinas Motores Calderas

CombustiblesLíquidos

Petroquímicos Amoniacos yFertilizantes

Electricidad Calor




APLICACIONES

Contaminante Sistemas de eliminación

Alquitrán

Craqueo térmico

Reformado catalítico (steam reforming)

Lavadores (scrubbers)

Partículas

Ciclones

Precipitadores electrostáticos

Filtros de mangas


Álcalis /Amoniaco/CloroEnfriamiento + Filtrado


Azufre (H2S, COS) Lavadores (scrubbers)




LIMPIEZA DEL GAS

Dificultades en los sistemas de alimentación y en granulometría

La humedad del combustible se incrementa

El ensuciamiento en la caldera se puede acelerar. Es necesario ser

cuidadoso si se alimenta biomasa con elevados contenidos en álcalis

y/o cloro

El contenido en inquemados en las cenizas puede crecer por encima

de la especificación de los fabricantes de hormigón

Se debe mantener la proporción de biomasa por debajo del 10% en

peso (por debajo del 5% del aporte energético a la caldera)




CO-COMBUSTIÓN

Directa:

Disminuyen las emisiones de partículas, NOx y SO2

Las dificultades asociadas al empleo de biomasa se trasladan al

gasificador, más flexible que la caldera y que admite variaciones en

las características de la biomasa

Las cenizas de ambos procesos se obtienen de forma separada




CO-COMBUSTIÓN

Indirecta con Gasificación:

Incluida en el BREF para Grandes Instalaciones de Combustión

Posibilidades de comercialización de los derechos de CO2




GASIFICACIÓN COMO MTD

Gasificación para aprovechamiento térmico y eléctrico avanzada

Existen grandes instalaciones de co-combustión

Primeros pasos en la síntesis de combustibles líquidos

Proyectos de I+D para producción de hidrogeno

No desarrollada comercialmente para aprovechamiento eléctrico

Proyectos de I+D para producción de hidrogeno

Centro de I+D para integración en Oxigasificación y captura de CO2

Centros de Investigación para síntesis de combustibles




ESTADO DE DESARROLLO

Europa:

España:

Tecnología de Gasificaciónde Biomasa de INERCO enLecho Fluido Burbujeante




Amplia experiencia de DIQMA en proyectos de I+D de gasificación

Planta piloto de 150 kw de gasificación en lecho fluido burbujeante

Gran colaboración entre INERCO y DIQMA en proyectos I+D




Proyecto parcialmente subvencionado por Organismos públicos yEntidades privadas:

- Agencia IDEA (Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa)

- Corporación Tecnológica de Andalucía

- Agencia Andaluza de la Energía (Consejería de Innovación,Ciencia y Empresa)

TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE INERCO

Antecedentes:

DIQMA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla

Asistencia técnica diseño conceptual y planificación pruebas

Análisis de resultados

Medida de contaminantes

ABORGASE

Localización planta demostración

Apoyo en construcción y apoyo en operación.

Colaboración en proyecto FORSU





Colaboradores:

Tipo reactor de gasificación Lecho Fluido Burbujeante

Potencia térmica 3 MWth

Aprovechamiento energético Térmico

Agente oxidante Aire

Presión/Temperatura de operación 0,3 barg / 800 ºC

Capacidad de tratamiento de Biomasa 15 t/día

Superficie ocupada 90 m2

Rendimiento térmico (sobre gas frío) 98% (75%)





Planta de Demostración:


Planta de Gasificación de Biomasa. INERCO

Pellets de madera

Hueso /orujillo

Pellets de colza

FORSU

Lodos de depuradora

LHV > 14,50 MJ/Kg

Tamaño < 20 mm

Contenido humedad < 10 %

Contenido cenizas < 3%




Biomasas Probadas:


Buena calidad del gas

CO2 (%v/v) 14-17

CO (%v/v) 11-20

CH4 (%v/v) 2-4

H2 (%v/v) 4-12

LHV(MJ/Nm3) 4,2-5,5




Calidad del Gas:


La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos

instantes la operación a régimen

EVOLUCION TEMPERATURA ANTORCHA EN OPERACION

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

16:48 21:36 2:24 7:12 12:00 16:48 21:36 2:24 7:12

HORA

TE

MP

ER

AT

UR

A (

ºC)




Estabilidad del Proceso:


Calidad del gas muy buena

La combustión del gas estable, alcanzándose en pocos

instantes la operación a régimen

Rendimiento de la planta en torno a 98% (75% sobre gas frío)

Más de 1.000 horas acumuladas en primeros Test-Run

Gran estabilidad de la planta

ESTADO ACTUAL: Fase Avanzada de Desarrollo de un sistema delimpieza del gas para el uso en motores paraproducción de Energía Eléctrica




Resultados Obtenidos:


PROYECTO: Demostración y Optimización de la Tecnología de

gasificación de biomasa para generación de energía eléctrica.

OBJETIVOS: Optimizar y demostrar el proceso completo desde

un punto de vista técnico, económico y ambiental.

Optimización del sistema de alimentación de biomasas

heterogéneas y de baja densidad.

Evaluación de la Oxigasificación (Gasificación conmezclas de O2 – CO2) para diferentes aplicaciones.





Proyecto DOTGe:

OBJETIVOS: Evaluación de la co-Combustion indirecta de biomasa

Evaluación de la Gasificación con O2 y vapor.

PARTNERS: CIUDEN, CIEMAT E INERCO

Proyecto parcialmente subvencionado por el Ministerio de Ciencia eInnovación (Plan E y FEDER).





Proyecto DOTGe:

Sede central

Parque Tecnológico de la Cartuja

C/ Tomás Alba Edison, 2. Edificio INERCO

41092 Sevilla (España)

Tel.: +34 954 468 100

Fax: + 34 954 461 329

Tarragona

Avenida de Roma, 7 – 2ª planta

43005 Tarragona (España)

Tel.: +34 977 24 99 30

Fax: +34 977 21 87 05

Madrid

C/ Jorge Juan, 50. Bajo Izq.

28001 Madrid (España)

Tel.: +34 91 001 1252

e-mail: [email protected]

http://www.inerco.com

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