Influencia de la temperatura, rampa de calentamiento y catalizador en la calidad de los productos obtenidos en la pirólisis de residuos de biomasa forestal en régimen continuo

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo estudiar la influencia de la temperatura, la velocidad de calentamiento y el uso de catalizador en el proceso de pirólisis de biomasa residual forestal (pinus radiata), para optimizar los vapores generados, con el fin de obtener un gas aprovechable con alto contenido en H2 y CO (gas de síntesis). La biomasa residual procedente de la entresacada de los bosques de Mungia (Bizkaia) ha sido pirolizada en una planta semi industrial de tornillo en continuo, que está conectada a un segundo reactor donde los vapores de pirólisis son tratados térmica y/o catalíticamente con el propósito de promover el craqueo y obtener una mayor fracción gaseosa. Además, la fracción sólido o charcoal producido se puede aprovechar como reductor en la industria metalúrgica. Se han realizado ensayos con rampa de calentamiento (térmicos) y ensayos en los que la temperatura en las cuatro zonas del horno de pirólisis se mantenía constante (isotermos) a 500, 700 y 900 ºC, para entender la influencia que tiene la temperatura final y la rampa de calentamiento, tanto en los rendimientos como en las características de los productos obtenidos. Teniendo en cuenta el consumo energético que implica operar a temperaturas muy altas (900 ºC), los mejores resultados se pueden atribuir a 700 ºC en el ensayo isotermo (700, 700, 700 y 700 ºC), alcanzándose un rendimiento en gas del 50,8% y un contenido en gas de síntesis (H2+CO) de 55,3%. Asimismo, a esta temperatura se consigue un charcoal con muy buenas características para su uso como reductor en la industria siderúrgica. El uso del catalizador de níquel CRG-LHR a 700 ºC (300, 500, 700, 700 ºC) provoca un aumento en la fracción gaseosa (hasta 57,91%) en detrimento de los líquidos, mientras que la fracción sólida se mantiene constante. La proporción en hidrógeno y CO aumentan hasta 50,6% y 29,8% respectivamente y las características del charcoal no se ven afectadas.

The aim of this work is to study the influence of temperature, heating rate and the use of catalyst in the pyrolysis of woody biomass (pinus radiate), to optimized the pyrolysis vapors, in order to produce an useful gas fraction with high proportion of H2 and CO (synthesis gas). Biomass waste coming from Munguia’s forests (Biscay) has been pyrolyzed in a semi industrial plant with a continuous screw, connected to a second reactor where the formed pyrolysis vapors are thermally and/or catalycally treated, in order to promote further cracking and to obtain a higher fraction of gases. Furthermore, the solid fraction or charcoal could be use as reducer in metallurgical industry. Tests with different heating rates (thermal) in those the temperature of the four zones of the pyrolysis oven remain constant (isothermal) at 500, 700 and 900 ºC have been carried out for the porpuse of understanding the influence of the final temperature and the heating rate, in the pyrolysis yields as well as in the characteristics of the products obtained.. Taking account the energy consumption that involves operating with high temperatures (900 ºC), the best results are reached at 700 ºC in the isothermal tests (700, 700, 700 and 700 ºC), achieving 50,8% gas yield and 55,3% synthesis gas (H2+CO). Additionally, at this temperature a charcoal with excellent characteristic for his use in the metallurgical industry as reducer is obtained. The use of niquel catalyst CRG-LHR at 700 ºC (300, 500, 700, 700 ºC) increase gaseous fraction yield (up to 57,9%) in detrimental of liquids, whereas the solid fraction remains constant. The hydrogen and CO proportions increase up to 50,6% and 29,8% respectively and the characteristics of charcoal are not affected.

Lan honen helburua tenperatura, berotze abiadura eta katalizatzailearen eragina ikastea da basoan sortutako biomasa hondakinak (pinus radiata) erabiltzen duen pirolisi prozesuan, sortzen diren gasak optimizatzeko, hau da, H2 eta CO (sintesi gasa) kontzentrazio handia duen gas baliagarria eskuratzeko. Mungiako (Bizkaia) basoetatik datorren biomasa hondakinak torloju amaigabea duen planta semi industrial batean pirolizatuak izan dira. Honek, bigarren erreaktore batekin konektaturik dago non pirolisiko lurrinak termikoki edota katalitiko tratatuak izaten dira, krakeoa sustatzeko eta gas frakzio handiagoa lortzeko asmoarekin. Bestalde, ekoiztutako frakzio solidoa edo charcoala metalurgia industrian erabili daiteke erreduktore gisa. Berotze abiadura duen saiakuntzak (termikoak) eta pirolisi labeko lau guneak tenperatura konstante mantendu diren saiakuntzak (isotermoak) egin dira 500 ºC-tan, 700 ºC-tan eta 900 ºC-tan, azkeneko tenperatura eta berotze aldaparen eragina, bai prozesuaren errendimenduak bai lortu diren produktuen ezaugarriak ulertzeko. Tenperatura altuetan (900 ºC) lan egiteak ekartzen duen energia kontsumoa kontuan izanda, lortu diren emaitzarik hoberenak 700 ºC-ko saiakuntza isotermoari (700, 700, 700 eta 700 ºC) esleitu ahal diezaiokegu, %50,8-ko gas errendimendua eta %55,3-ko sintesi gasa (H2+CO) lortuta. Gainera, tenperatura honetan metalurgia industriarako erreduktore moduan ezaugarri oso onak dituen solidoa lortzen da. CRG-LHR nikel katalizatzailea 700 ºC-ko saiakuntzan (300, 500, 700, 700 ºC) erabilera gas frakzioaren areagotzea (%57,9 arte) sorrarazten du likidoen kalterako, ostera frakzio solidoa konstante mantentzen da. Hidrogeno eta CO proportzioa %50,6 eta %29,8arte handitzen da hurrenez hurren eta solidoaren ezaugarriei ez diote eragiten.