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