Energia renovable

Gasificación y pirólisis

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GASIFICACIÓN Y PIRÓLISIS
Enrique Velo García Profesor Titular de Universidad Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Universidad Politécnica de Cataluña Barcelona – España

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Módulo 7: Energía de la Biomasa

Presentación
En la siguiente práctica se pretende que el alumno consolide los conocimientos adquiridos en el bloque B sobre “Gasificación ypirólisis”. Se trata de realizar una serie de ejercicios de forma guiada incluyendo algunos ejemplos para facilitar la comprensión de los mismos. Los ejercicios están ordenados de forma lógica. El objetivo último es calcular la potencia eléctrica del motor y el rendimiento global de obtención de energía eléctrica a partir del gas de síntesis obtenido en un proceso de gasificación de biomasa. Por lotanto, se empezará calculando el poder calorífico del biocombustible, posteriormente se hará el cálculo del aire necesario para realizar la gasificación, se calculará la composición , el volumen, el poder calorífico del gas de síntesis obtenido y el rendimiento de la gasificación y, por último, se calculará la potencia del motor eléctrico y el rendimiento global del proceso. De esta forma, elalumno tendrá una visión completa del proceso de generación de energía eléctrica a partir de gasificación de biomasa.

1. Cálculo del poder calorífico de un biocombustible
A partir del análisis elemental [% en masa de C, H, O, N, S] y del análisis inmediato [carbono fijo, volátiles, W (humedad) y cenizas (A)] pueden utilizarse fórmulas más o menos exactas para determinar el poder calorífico de lossólidos combustibles. La fórmula de Dulong modificada nos da el poder calorífico superior, PCS: PCS = 337,3 C + 1418,9 (H - O/8) + 93,1 S + 23,3 N [kJ/kg] Multiplicando el contenido de hidrógeno (H) por 18/2 = 9 tenemos el agua que se forma en la combustión (kg de agua formada por kg de H presente en el combustible). Si le sumamos el agua contenida en el sólido (W) y multiplicamos todo por laentalpía de vaporización del agua a 25ºC (2.500 kJ/kg), tendremos la energía que no se recupera. PCI = PCS - 25(9 H +W) [kJ/kg] Nótese que no se tiene en cuenta la energía perdida con las cenizas. Para encontrar el poder calorífico útil de un residuo sólido que contiene humedad y cenizas, partimos del análisis elemental, considerando la composición elemental (% en masa), el % de humedad (W) y el %de cenizas (A) de forma que. C + H + O + S + N + W + A = 100

1.1 Cálculo del poder calorífico del bagazo de caña
El análisis elemental del bagazo de caña suministrado por el laboratorio (en base seca) es el mostrado en la tabla. base seca 48,75% 5,83% 41,67% 0,21% 0,00% base húmeda

C H O N S

Gasificación y pirólisis

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W (humedad) A (cenizas) 100% PCS (kJ/kg) PCI (kJ/kg)

25%100%

Tabla 1. Cálculo de la composición del sólido en base húmeda

a) Calcula el contenido en cenizas b) Calcula los % en base húmeda c) Calcula el PCS y el PCI para este bagazo de caña, en base seca y en base húmeda. A partir de la composición del sólido y teniendo en cuenta determinados coeficientes de reparto (a determinar experimentalmente), se puede hacer una estimación del volumen ycomposición del gas a obtener. El primer paso es el cálculo del aire estequiométrico necesario para una oxidación completa (o combustión estequiométrica, esto es, sin aire en exceso).

2. Cálculo del aire estequiométrico
Calculamos primero el aire necesario para una combustión (oxidación) completa: A partir de la composición del sólido (base húmeda) calcula el aire necesario para una combustióncompleta (aire estequiométrico) mi i 1 2 3 4 5 6 Compon. C H O N S W % masa Mi ni = mi/Mi producto γi neO,i (kmol O /kmol Comp) (kmol/100kg,comb)

25,00%

(kg/kmol) (kmol/100kg,comb) 12 1 16 14 32 18

CO2 H2O N2 SO2 -1 0

TOTAL
Tabla 2. Cálculo del oxígeno estequiométrico

Hay que tener en cuenta para calcular los moles de O atómico estequiométricos para la oxidación completa, que las...