Modelo cinético para el proceso de gasificación de briquetas de carbón con biomasa en reactor de lecho fijo

Spa: El objetivo de la investigación consiste en estudiar y seleccionar de un modelo cinético del proceso de gasificación, en reactor de lecho fijo, de briquetas producidas a partir de mezclas de carbón de bajo rango con biomasa de plantas invasivas en cultivos agrícolas, y residuos vegetales postco...

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Autores:: Ardila Barragán, Marco Antonio

Tipo de recurso:: Doctoral thesis

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Repositorio:: RiUPTC: Repositorio Institucional UPTC

Idioma:: spa

Description
Summary:	Spa: El objetivo de la investigación consiste en estudiar y seleccionar de un modelo cinético del proceso de gasificación, en reactor de lecho fijo, de briquetas producidas a partir de mezclas de carbón de bajo rango con biomasa de plantas invasivas en cultivos agrícolas, y residuos vegetales postcosecha y postproceso. Para este fin se caracterizaron carbones de la provincia Centro de Boyacá, con el propósito de seleccionar el carbón que, de acuerdo con el estado del arte se ajuste más a las propiedades de los carbones usados en procesos de gasificación y cogasificación; como resultado se escogió un carbón subituminoso tipo A. Las biomasas se seleccionaron bajo criterios de disponibilidad y procesos productivos predominantes en la región; en estos términos las muestras probadas fueron: Chenopodium album (cenizo), aserrín de eucalipto y semilla de guayaba. Se fabricaron briquetas con tres tipos de mezcla carbón-biomasa vegetal: de plantas invasivas en cultivos agrícolas, de residuos postcosecha y de residuos postproceso, en proporción másica de 3:1, aglomeradas con parafina; se caracterizaron mediante análisis próximos, elementales y tecnológicos, para determinar las propiedades fisicoquímicas, necesarias para determinar los rendimientos del proceso de gasificación. Las pruebas de gasificación se realizaron en dos fases; en la primera, con briquetas en un microgasificador de lecho fijo a nivel de laboratorio, inyectando aire al 50% como agente gasificador, para analizar la factibilidad del proceso e identificar variables y parámetros de referencia; se observaron características particulares del proceso de pirólisis a 523 °C, de combustión incompleta y de la posible producción de gases combustibles en el reactor. En la segunda fase, pruebas se realizaron con muestras de briquetas y diferentes agentes gasificadores (aire, CO2 y vapor de agua), bajo condiciones de lecho fijo en un analizador termogravimétrico, con el fin de obtener información diferencial de tiempo, temperatura y gasto de masa registrada en el TGA, para hacer el análisis termodinámico y cinético del proceso. El balance de masa y energía se efectuó a partir de las eficiencias de: conversión de carbono (Ecc), producción de gas (Yg), y Valor Calorífico Alto del gas (VCAg) y eficiencia térmica (Eth). La composición del syngas obtenido experimentalmente, se analizó con respecto a las composiciones de equilibrio del sistema, obtenidas por simulación del proceso en HSC. se concluye también que, técnicamente es factible la obtención de gas de síntesis, a mayores escalas de producción, utilizando briquetas en gasificadores de lecho fijo para lograr alta homogeneidad en el flujo y la composición de la carga. Finalmente, se determinaron los valores de los parámetros cinéticos de la ecuación de Arrhenius: Energía de activación (Ea), Factor pre-exponencial de Arrhenius (A) y la relación de conversión de masa (), para calcular la constante cinética (k) y la velocidad de reacción del proceso de gasificación. Se establece que, solamente los modelos de difusión unidimensional y tridimensional de simetría esférica, cumplen con las condiciones necesarias para calcular la velocidad de reacción del proceso; esto se asume teniendo en cuenta que la reacción gas-sólido tiene lugar en un lecho fijo, donde las partículas estáticas de un combustible sólido están expuestas al flujo unidireccional de un agente gasificador (gas), donde la difusión a través de la masa depende a la presión y concentración del gas, las cuales son variables no controladas para las condiciones de operación.

Modelo cinético para el proceso de gasificación de briquetas de carbón con biomasa en reactor de lecho fijo

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