Carbonización de residuos forestales y preparación de pellets de carbón vegetal

Carbonización de residuos forestales y preparación de pellets de carbón vegetal DR. NESTOR TANCREDI PROF. AGREGADO DE FISICOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMIC

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Carbonización de residuos forestales y preparación de pellets de carbón vegetal DR. NESTOR TANCREDI PROF. AGREGADO DE FISICOQUÍMICA FACULTAD DE QUÍMICA DETEMA-CÁTEDRA DE FISICOQUÍMICA POLO TECNOLÓGICO DE PANDO-ÁREA ENERGÍA UDELAR

JORNADA DE BIOMASA FORESTAL INIA LAS BRUJAS-TACUAREMBÓ 18 DE ABRIL DE 2013

[email protected] t @f d

carbón vegetal y carbonización y pirólisis: descomposición térmica en ausencia de

oxígeno y material vegetal: lignocelulósico { { {

Hemicelulosa Celulosa l l Lignina

HEMICELULOSA

CELULOSA

LIGNINA LIGNINA

LIGNINA

Pirólisis Gases: Incondensables :H2, CO, CO2 CH4…

Material

Vapores:

lignocelulósico

Condensables: H2O, Metanol, Acético …, Alquitranes Acético, Sólido: Carbón vegetal

carbón vegetal y Usar residuos y Recuperar volátiles y Menor contenido de S y N q que mineral y Usos varios: barbacoa, combustible, metalurgia

(“acero verde”), silicio, mejorador de suelos

Residuos de industria forestal ¾C O S E C H A

935 kTon/año kT / ñ (2006) ( 6) ™ 10-15% de la madera producida ™ 15 –20 20 % como nutrientes (hojas, corteza) ™

¾A S E R R A D E R O S

535 kTon/año / (2006) ™ 40-60% de la madera producida ™ 12 –20 % aserrín ™

DNTEN, 2007 – Faroppa,2010

Diagrama de flujo PDT 47-08 Residuos de aserradero (Eucalyptus grandis),

Carbón vegetal

Pirólisis

presecados

(horno acero)

Molienda y tamizado

Curado

Pellet de

Pellet

carbón

carbón

crudo

Aglomeración y

Carbón

compresión

molido

Alquitrán Melaza Almidón

Aglomerante

Horno instalado en el PTP

Materia p prima: recortes

Horno

Parrilla

Ciclón

700

1500

600

1300

T2 (ºC)

T1 (ºC)

Temperaturas internas del horno

1100

500

900 400 700 300 500 200

300

100 0 0,00

100

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

100 -100 20,00

Tiempo (h) Ts 1

Tc 1

Ti 1

Ts 2

Tc 2

Ti 2

Gráficos de temperatura contra tiempo. Símbolos cerrados: experiencia 1, símbolos í b l abiertos: bi experiencia i i 2. Ts: T temperatura en parte superior i d dell horno, Tc temperatura en parte central,Ti temperatura en parte inferior del horno En el eje principal de ordenadas se grafican las temperaturas de la primer experiencia, p p , mientras q que en el eje j de coordenadas secundario se grafican las temperaturas correspondientes a la segunda experiencia

Temperaturas internas del horno E Ensayos 6, 6 7y8 800

Temperatura (ºC) T

700 600 500 400 300 200 100 0 0

5

10 tiempo (horas)

Ensayo 6

Ensayo 7 (*)

Ensayo 8

15

20

Rendimientos Ensayo

Masa de madera (kg)

1 2 3 4 5 6 7 8

47.15 61.14 100.46 100.90 49.93 50.83 51.40 53.02

Rendimien Rendimiento Madera sin to de de carbonizar carbón condensables (%, b.h.) (%,b.s.) (%,b.h.) 0 1.1 0 18.0 3.3 0 28.3 ~0 13.4 7.9 55.7 16.0 15.2 28.7 23.1 6.5 nd 21.0 nd d ~0 26.8 7.4 ~0

Notas: En el ensayo 4 se recolectó cerca de 1 kg de alquitrán, el que se había acumulado en la trampa. Ap partir del ensayo y 5 se obtuvieron entre 100 y 200 g gramos de alquitrán q en cada ensayo. y

Propiedades p de alquitrán q y carbón

Análisis de materias primas y carbón Análisis inmediato (% en peso, base seca) Muestra

Humedad Cenizas Volátiles Carbono fijo

Análisis Elemental (% en peso, base seca, libre cenizas) C H N Oa

Residuo de madera

9.4

0.2

87.8

12.0

48.48

5.91

0.04

45.57

C bó Carbón

6 6.1

1.1

19.3

79.6 6

77.20

2.50

0.00 20.30

Alquitrán de madera Melaza

12.6

4.1

67.9

28.0

39.96

6.25

0.06

53.73

19.0

5.6

88.4

6.1

42.66

3.78

0.91

52.61

Almidón

12.0

0.3

98.2

1.5

46.89

5.61

0.29

47.21

Propiedades de materias primas y carbón Muestras

Poder calorífico inferior inferior, base seca ( MJ kg-1)

Densidad aparente (g cm-3)

Densidad global (g cm-3)

Residuo de madera

17.6

0.72

0.21-0.28

Aserrín Carbón Carbón en polvo

íd 29.2

0.33

0.28 0.12

íd

-

0.22

20.4

1.17

0.31

11.7 11 7 16.1

11.48 48 0.55

0.30 0 30 0.19

Alquitrán de madera Melaza Almidón

Preparación de briqueta de carbón

Preparación de pellets de carbón

Análisis de pellets de carbón Análisis inmediato (% en peso peso, base seca) Muestra Pellet aglomerado con alquitrán Pellet aglomerado con melaza Pellet aglomerado con almidón

Humedad Cenizas Volátiles Carbono fijo

Análisis Elemental (% en peso peso, base seca, seca libre cenizas) C H N Oa

9.5

2.8

46.1

51.1

74.41 3.75 0.27 21.57

1.8

5.0

33.4

61.6

67.77 3.07 0.37 28.79

3.0

1.3

25.1

73.6

80.12 2.94 0.00 16.94

Propiedades de pellets de carbón M Muestras

Poder P d calorífico l ífi inferior, base seca ( MJ kg-11)

Densidad D id d aparente (g cm-3)

Densidad D id d global (g cm-3)

Pellet aglomerado con alquitrán

29.5

0.58

0.31

Pellet aglomerado con melaza

24.8

0.56

0.30

Pellet aglomerado con almidón

30.2

0.36

0.19

Densidad energética g

Muestra

Densidad Energética DE*, (kJ/m3)

Densidad Energética al empaquetar** DEE, (kJ/ m3 )

13.6

3.7 – 5.3

Residuo de madera Aserrín Carbón

5.3 96 9.6

Carbón en polvo

35 3.5 6.4

Pellet a. alquitrán

17.1

9.1

Pellet a. melaza

13.9

7.4

Pellet a. almidón

10.9

5.7

*pci pci x densidad aparente ** pci x densidad global

Conclusiones ¾ Varios parametros influyen en desempeño

del horno ™ ™

Rendimiento del orden 30% R Recuperacion i alquitranes lq it

¾ Pellets aumentan la densificacion

energetica ™

Madera=Carbon

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