Simulación de obtención de gas de síntesis a partir de la Cascarilla (Cuesco) de Palma en Aspen Plus

El presente proyecto de investigación se centra en el desarrollo de una simulación computacional en Aspen Plus del proceso de conversión de gasificación tipo downdraft, empleando como biomasa (materia prima) el cuesco obtenido del proceso de extracción de aceite de palma. El proceso de gasificación...

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Autores:: González Castro, Nicoll Mariana
Suárez Camacho, María Alejandra

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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En el desarrollo de esta simulación, se realiza cada una de las etapas en bloques separados, adicionalmente, entre cada etapa intervienen separadores que facilitan el redireccionamiento de los componentes. Finalmente, se realiza un tratamiento al gas de síntesis con el fin de remover la humedad y las impurezas. Este proceso se somete a diferentes condiciones como: variaciones en la temperatura, la cual va sujeta a las variaciones del agente gasificante, empleando inicialmente, el aire y posteriormente, una mezcla de aire-vapor. La relación de equivalencia y la relación vapor/biomasa se han parametrizado, la relación de equivalencia entre valores de 0,2-0,34 y la relación vapor/biomasa entre 0,25-0,35. Esto se realiza con el fin de determinar, por medio de indicadores de comparación (relación H/C, eficiencia de conversión de carbono CCE, eficiencia del gas frío CGE, poder calorífico del gas de síntesis y relación biomasa/gas de síntesis), su influencia en la producción y calidad del combustible gaseoso. Las propiedades fisicoquímicas del cuesco de palma de aceite fueron tomadas de un estudio realizado por la Universidad Nacional de Colombia “Pirolisis de Biomasa”. Los resultados obtenidos son validados utilizando información reportada en literaturaAgradecimientos 2 Resumen 3 Abstract 3 Listado de tablas 4 Listado de gráficos 5 Listado de símbolos 6 1. Introducción 11 2. Generalidades 13 2.1. Objetivo General 13 2.2. Objetivos Específicos 13 3. Metodología 14 4. Marco teórico 14 4.1. Materia prima: Biomasa 14 4.2. Descripción de las materias primas 15 4.2.1. Palma de aceite (palma africana) 16 4.3. Subproductos sólidos (%) 16 4.3.1. Proceso productivo del aceite de palma [19], [20] 16 4.4. Caracterización del cuesco de palma 20 4.4.1. Análisis Próximo 20 4.4.2. Análisis Último 21 4.5. Aspen plus 22 5. Descripción del proceso 23 5.1. Biomasa-Cuesco de palma 23 5.2. Normalización de los valores de referencia 24 5.3. Proceso de conversión 24 5.3.1. Procesamiento termoquímico 24 5.4. Gasificación 25 5.4.1. Etapas de la gasificación 26 5.4.2. Reacciones presentes en la gasificación 27 5.4.3. Tipos de gasificadores 27 5.5. Parámetros a variar en el proceso de gasificación 28 5.5.1. Agente gasificante 29 5.5.2. Temperatura: 30 5.5.3. Relación aire-combustible 30 5.5.4. Relación equivalente 30 5.5.5. Relación vapor/biomasa 31 5.6. Cálculos previos a la simulación 31 5.6.1. Balance teórico de la biomasa: 31 5.6.2. Relación aire-combustible teórico 31 5.6.3. Flujo de aire teórico 32 5.6.4. Relación Aire-combustible real 32 5.6.5. Flujo de aire real 32 5.6.6. Flujo de vapor de agua 32 6. Simulación en Aspen Plus 33 6.1. Equipos empleados en la simulación 33 6.2. Cálculos y consideraciones para realizar la simulación 35 6.3. Propiedades de la biomasa 36 6.1. Distribución de tamaño de partícula 37 6.2. Especificaciones unidad de secado 37 6.2.1. Especificaciones biomasa de entrada (BIOMASS) 38 6.2.2. Especificaciones del aire de secado (AIR) 38 6.2.3. Especificaciones bloque HEATER 39 6.2.4. Especificaciones bloque RSTOIC 39 6.2.5. Especificaciones bloque FLASH 2 39 6.2.6. Especificaciones bloque calculadora WATER 39 6.3. Especificaciones unidad de pirolisis 40 6.3.1. Especificaciones bloque RYIELD 40 6.3.2. Especificaciones bloque calculadora COMBUST 41 6.3.3. Especificaciones N2 41 6.3.4. Especificaciones bloque RGIBBS 41 6.3.5. Especificaciones bloque SEP 2 42 6.4. Especificaciones unidad de oxidación – reducción empleando aire 42 6.5. Especificaciones unidad de oxidación – reducción empleando mezcla de aire: vapor 42 6.5.1. Especificaciones del vapor de agua oxidación-reducción 43 6.5.2. Especificaciones unidad MIXER 43 6.5.3. Especificaciones unidad RSTOIC 44 6.6. Especificaciones unidad de tratamiento del SYNGAS 44 6.6.1. Especificaciones bloque SSPLIT 45 6.6.2. Especificaciones bloque SEP 2 46 6.6.3. Especificaciones bloque COOLER 46 6.7. Análisis de sensibilidad 46 6.8. Escenarios 46 6.8.1. Agente gasificante: 100% Aire 46 7. Resultados 48 7.1. Resultados generales 48 7.2. Escenarios simulados con 100% aire 49 7.2.1. Efecto del ER en la composición del SYNGAS 49 7.2.2. Efecto del ER en la temperatura final de gasificación 50 7.3. Escenarios simulados mezcla aire: vapor de agua 50 7.3.1. Efecto del ER y del S/B en la composición de CO 51 7.3.2. Efecto del ER y del S/B en la composición de CO2 51 7.3.3. Efecto del ER y del S/B en la composición de CH4 52 7.3.4. Efecto del ER y del S/B en la composición de H2 53 7.3.5. Efecto del ER y del S/B en la composición de N2 53 7.3.6. Efecto del ER y del S/B en la temperatura de gasificación 54 7.4. Indicadores de comparación 55 7.4.1. Indicadores de calidad del gas 55 7.4.2. Indicadores del desempeño del proceso 59 7.5. Características del proceso de gasificación más adecuado para el cuesco de palma 64 8. Conclusiones y recomendaciones 65 8.1. CONCLUSIONES 65 8.2. RECOMENDACIONES 67 Referencias 67PregradoThis research project focuses on the development of a computational simulation in Aspen Plus of the downdraft type gasification conversion process, using as a biomass (raw material) the shell obtained from the palm oil extraction process. The gasification process is divided into 4 stages: drying, pyrolysis, oxidation and reduction. In the development of this simulation, each of the stages is carried out in separate blocks, additionally, between each stage, separators are involved that facilitate the redirection of the components. Finally, a synthesis gas treatment is carried out in order to remove moisture and impurities. This process is subjected to different conditions such as: variations in gasification temperature, which is subject to variations of the gasifying agent, initially using air and subsequently, a mixture of air-steam. The equivalence ratio and the steam/biomass ratio have been parameterized, the equivalence ratio between 0.2-0.34 values and the steam/biomass ratio between 0.25-0.35. This is done in order to determine by means of comparison indicators (H/C ratio, CCE carbon conversion efficiency, CGE cold gas efficiency, calorific value of the synthesis gas and biomass/syngas ratio) its influence on the production and quality of the gaseous fuel. The physicochemical properties of oil palm cuesco were taken from a study conducted by the National University of Colombia "Biomass Pyrolysis"Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaSimulación de obtención de gas de síntesis a partir de la Cascarilla (Cuesco) de Palma en Aspen PlusSimulation of obtaining synthesis gas from the Cascarilla (Cuesco) of Palma in Aspen PlusIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringPalm hullSimulationAspen PlusGasificationSynthesis gasInnovaciones tecnológicasAceites vegetalesBiomasaIngeniería en energíaCuesco de palmaSimulaciónAspen PlusGasificaciónGas de síntesisA. 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Simulación de obtención de gas de síntesis a partir de la Cascarilla (Cuesco) de Palma en Aspen Plus

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