Pirólisis

EUROCLIMA Bioenergy Workshop, 12 y 13 de marzo, Santiago-Chile
Actividades en Bioenergía
Unidad de Desarrollo Tecnológico
Dra. Cristina Segura Castillo
Jefe de Área Bioenergía
Unidad de Desarrollo Tecnológico
• Centro de I&D fundado en 1996 y dependiente de la Vicerrectoría de I+D
de la Universidad de Concepción. Nuestro campo de acción es: BIOREFINERÍAS FORESTALES .
• Áreas de Trabajo: (1) Biomateriales, (2) Bioenergía, (3) Productos
Químicos, (4) Medio Ambiente y (5) Gestión Tecnológica.
• 104 colaboradores contratados, 25 investigadores académicos asociados y
aprox. 50 estudiantes/año.
• Infraestructura: 3800 m² construidos; numerosas plantas piloto y 6
laboratorio especializados.
INTRODUCCIÓN
• Chile posee una industria forestal bien desarrollada, cuenta con
aproximadamente 2,3 millones de hectáreas de plantaciones
productivas, que generan un volumen considerable de residuos,
tanto madereros como del manejo forestal.
• Fuente renovable atractiva para impulsar proyectos energéticos en
el país.
• Aprovechamiento integral de la biomasa: Biorefinerías
Disponibilidad de Biomasa para Uso
Energético
Uso actual
Adicional
Industrias
(residuos de pino y
eucalipto)
4,5 M ton
Leña
(madera nativa)
8,5 M ton
Plantaciones (2014)
(20% de 10 Mm3)
1 M ton
Subproducto Forestales
2 M ton
Paja de trigo
Total
13 M ton
Bosque Nativo
(manejo sustentable)
Total
1,5 M ton
2 M ton
6,5 Mton
Características de la Biomasa
• Biomasa disponible está dispersa, de calidad heterogénea y
baja densidad energética.
PROCESOS TERMOQUIMICOS
Pirólisis
Torrefacción
Pirólisis
rápida
Pirólisis
intermedia
Pirólisis
lenta
Gasificación
~ 250 °C
~ 500 °C
~ 500 °C
~ 400°C
~ 800°C
~ 30 min
~1s
minutos
largo
largo
0%
75 %
50 %
30 %
5%
Líquido
86%
12%
20%
35%
10%
Sólidos
14%
13%
30%
35%
85%
Gases
Torrefacción
Materia prima:
• Residuos cosecha forestal o bosque nativo manejado
sustentablemente.
Propósito:
• Facilitar la conminución del material (molienda más fácil).
• Aumentar el poder calorífico de la biomasa (aumento en un
15-20%).
• Aumentar densidad másica de pellets fabricados del material
torrefactado en comparación con la biomasa forestal
(aumento de un 20%, aprox.).
Aplicación:
Producción de pellets para uso industrial.
Torrefacción
Combustible sólido
Densidad másica
kg/m3 estéreo
Densidad energética
MWh/m3 estéreo
Aserrín de pino (50% agua)
200
0,6
Pellet de pino
650
3,2
Pellet de pino torrefactado
800
4,9
Carbón
830
6,9
Chip de madera
200-400 kg/m 3
Pellets de madera
650 kg/m3
Pellets
torrefactados
850 kg/m3
Carbón
850 kg/m3
Diseño de planta piloto de UDT
Planta Piloto de Torrefacción UDT
Torrefacción
Material torrefactado
Torrefacción
Gráfico Van Krevelen para Eucalipto
0.15
0.14
eT
d
nto
e
m
Au
0.13
H/C
0.12
0.11
EG-15 minutos
0.10
EG-30 minutos
0.09
Materia Prima
Carbón Isla Riesco
0.08
Carbón Tocopilla
0.07
0.06
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
O/C
0.7
0.8
0.9
1.0
PIROLISIS RAPIDA DE BIOMASA
Biomasa
Secado
Reactores:
Lecho fluidizado burbujeante,
lecho fluidizado circulante,
cono rotatorio ablativo,
tornillo Auger,
de flujo laminar
< 10%
Molienda
< 3 mm
Pirólisis
rápida
500 °C
<2s
Gases
CO, CO2
CH4, H2, C nHm
Condensación
Bio-oil
Carboncillo
• Densificar energéticamente biomasa.
• Obtener un biocombustible.
• Producir un “bio-crudo” como materia prima para obtener productos
químicos y energía.
Tecnología de Pirólisis Rápida de Biomasa
Planta piloto de UDT
Pyrolysis gas recycle
Flue gases
Hot-gas filter
Cyclone
Quench
Air
0
Pyrolysis Gas Combustion
Electrostatic
Precipitator
Pyrolysis
Sand
Air
Biomass
Ash
10 kg/h
Char
Char combustion
Cyclone
Bio-oil
Reactor de pirólisis
Precalentador de arena
Tren de limpieza de gases
Condensador de bio-oil
Silo alimentador de biomasa
Precipitador
electroestático
Reactor combustión de carboncillo
Estanque de almacenamiento
Bio-oil
•
•
•
•
•
•
•
Mezcla compleja multicomponente (>400)
Alto contenido de oxígeno
Químicamente inestable
Amplio rango de PM MW (1000 Da)
Carácter coloidal
Sólidos finos dispersos
Detectable por GC-MS máx 40%
Caracterización del Bio-oil
Fecha
Temperatura de pìrólisis
Densidad
Viscosidad @ 40° C
Bio-oil envejecido 24h at 80° C
Insolubles en agua (lignina)
Número ácido total
° C
kg/m3
cSt
cSt
05-2010
520
1182
13.3
21.7
%p
mg KOH/g
17
64
Grupos carbonilos
Sólidos (como insolubles en etanol)
Solubles en agua, insolubles en éter
Contenido de agua
mol/kg
%w
%w
%w
4.9
0.66
26.7
28
Poder calorífico inferior
MJ/kg
16 – 19
FONDEF D07-I-1137: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido
Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa
Aplicaciones Bio-Oil
• Densificación Energética
Densified biofuels
kg/m3
MWh/m3
Aserrín de pino
200
0,6
Pellets de pino
650
3,2
Pellets de pino torrefactado
800
4,9
1200
6,3
Bio oil
• Combustible Industrial
–
–
–
–
–
Contenido calórico: 50% de Fuel Oil #6
Contenido de agua: 20-30%
Corrosividad: pH 2-3, incombatible con infrastructure existente
Inestable: mezcla reactiva, especialmente durante los primeros 6 meses
Difícil ignición: Pocos volátiles
Aplicaciones Bio-Oil
• Aplicaciones Químicas
– Humo líquido
– Lignina pirolítica: Polifenoles naturales
• Adhesivos fenol-formaldehído, materiales termoplásticos y otras
aplicaciones.
– Aldehídos: Glicolaldehído, 2-furfuraldehído
• Componente de resinas, disinfectante, etilen glicol bioquímico.
– Ácidos carboxílicos: Ácidos acético, fórmico, propiónico
• Aditivo ensilaje, pulpaje Acetosolv y aplicaciones tradicionales .
– Azúcares anhidros: Levoglucosano, celobiosano
• Fermención a etanol, materia prima para surfactante glicosídico,
dextrinas.
Conclusión
• Los procesos pirolíticos tienen grandes ventajas frente a otros
procesos de conversión: Se puede procesar todo tipo de materias
primas forestales, las capacidades de producción y costos de inversión
son bajos y la eficiencia energética de conversión es muy alta.
• La torrefacción es una alternativa altamente prometedora para
densificar energéticamente la biomasa forestal y, en función de ello,
masificar su aplicación.
• La pirólisis rápida permite obtener un producto líquido con altos
rendimientos, el que puede ser aplicado directamente o ser fuente de
diversas fracciones de productos químicos de interés comercial.
Muchas gracias
Dra. Cristina Segura
Jefe de Área Bioenergía
Unidad de Desarrollo Tecnológico
c.segura@udt.cl