Tecnologías de conversión Térmica de Residuos Solidos Universidad Técnica Federico Santa Maria Departamento Procesos Químicos Biotecnológicos y Ambientales Tecnologías de conversión Térmica de Residuos Solidos

Fundamentos Se Clasifican de acuerdo con su requerimiento de oxigeno Incineración  Combustión estequiométrica de O2 ( o superior) Gasificación  Combustión Sub estequiométrica de O2 Pirolisis  Ausencia de O2

Sistemas de Pirolisis

Pirolisis Definición: Es el procesamiento térmico de residuos en ausencia total de Oxigeno Existe mucha confusión con este proceso por la similaridad en el objetivo que tiene con la Gasificación, es decir, convertir los RSU en combustibles gaseosos , líquidos o sólidos.

Pirolisis La principal diferencia entre ambos sistemas es que en pirolisis utilizan una fuente de combustible externa para conducir las reacciones endotérmicas, no siendo así en la gasificación que se sostienen sin aportes externos y utilizan el oxigeno para la combustión parcial Se usa ampliamente como proceso industrial para producción de: - Carbón vegetal a partir de madera y de coque - Gas de coquización a partir de carbón - Gas combustible y betún a partir de fracciones pesadas de petróleo

Pirolisis Descripción del proceso: -Proceso altamente endotérmico , debido requiriendo una fuente de calor externa (también llamado destilación destructiva). - La mayoría de las sustancias orgánicas son térmicamente inestables, pudiéndose romper con un calentamiento libre de oxigeno mediante una combinación de desintegración térmica y reacciones de condensación.

Pirolisis Las tres fracciones de componentes más importantes producidas en el proceso son: 1. Una corriente de gas (principalmente) H2, CH4, CO y otros gases, según el material pirolisado 2. Una fracción líquida alquitrán o aceite que contiene Ac. acético, acetona, metanol e hidrocarburos oxigenados complejos. Con un procesamiento adicional se transforma en aceite combustible sintético sustituyendo al aceite combustible convencional fuel oil Nº 6. 3. Coque inferior consistente en C casi puro, más otros materiales inertes presentes en los RS

Pirolisis Los elementos más importantes del proceso son: - Horno eléctrico con temperatura de ~ 900 ºC - Retorta en que se producen los gases procedentes de la combustión - Condensadores de aire, que recogen la fracción de aceites pesados - Precipitadotes electrónicos, que recogen restos de aceite y amoníaco mediante H2SO4, y CO2 y H2S mediante sosa cáustica - Condensadores de agua

Pirolisis En USA, se instaló un sistema completo de pirolisis, el cual fracaso tras 2 años en funcionamiento. Las causas principales fueron: 1.- Imposibilidad del sistema primario para cumplir con las especificaciones de pureza del aluminio y el vidrio, afectando la rentabilidad. 2.- Incapacidad del sistema para producir aceite de pirolisis vendible ( Alta humedad )

Pirolisis (USA)

Pirolisis Ventajas - Obtención de productos más aprovechables - Menor contaminación ambiental Desventajas - Complejidad de los sistemas - Dificultad de producción de una alimentación uniforme.

Sistemas de Gasificación

Gasificación Definición: Es el proceso de combustión parcial en el que un combustible es quemado a propósito con menos aire que el estequiométrico (combustión subestequiométrica). Aunque el proceso e descubrió en el siglo XIX, solo recientemente ha sido aplicado al tratamiento de residuos sólidos.

Gasificación Descripción del proceso - Con este proceso se obtiene una importante reducción de volumen y la recuperación de energía en forma de combustible. El proceso se basa en la combustión parcial de un combustible carbonoso para generar un combustible rico en gas con altos contenidos de CO, H2, y algunos HC saturados (Principalmente CH4).

Gasificación Las cinco reacciones principales en la gasificación son: - C + O2  CO2 exotérmica - C + H2O  CO + H2 endotérmica - C + CO2  2 CO endotérmica - C + 2 H2  CH4 exotérmica - C + H2O  CO2 + H2 exotérmica

Gasificación El calor necesario para sostener el proceso se obtiene de las reacciones exotérmicas, mientras que los componentes de la combustión son generados principalmente por las reacciones endotérmicas. El funcionamiento de os gasificadores refinados al aire es bastante estable, produciendo una cantidad de gas constante en una amplia gama de tazas de entrada de aire

Gasificación Un gasificador , funcionando a presión atmosférica, con aire como oxidante, los productos finales del proceso son un gas de bajo poder calorífico que se puede caracterizar en volumen por: - 10% de CO2, 20% de CO, 15% de H2 y un 2% de CH4, siendo el resto N2. - Un coque que contiene carbono y los inertes originales del combustible y líquidos condensables parecidos al aceite pirólítico.

Gasificación Tipos de gasificadores: Los sistemas de gasificación mas utilizados son 1. Lecho fijo vertical 2. Lecho fijo horizontal 3. Lecho fijo fluidizado

Gasificación Lecho fijo Vertical - Es más simple que los otros tipos, y tiene costos menores de inversión. - Este reactor es más sensible a las características mecánicas del combustibles, requiere un combustible uniforme, homogéneo, como el CDR densificado. - El flujo del combustible a través del gasificador se produce por gravedad, con aire y combustible fluyendo conjuntamente a través del reactor. . Los productos finales son principalmente un gas de bajo poder calorífico y coque.

Gasificación

Gasificación Estos gasificadores pueden conseguir bajas emisiones gaseosas contaminantes con dispositivos simples para el control de la contaminación atmosférica. También pueden ser operados con oxigeno puro como oxidante en vez de aire. Este tipo de operación provoca la producción de un gas con poder calorífico medio con un contenido energético de 270 a 3000 KJ/m3.

Gasificación

Gasificación Lecho fijo Horizontal - Es el gasificador comercialmente mas conocido y de mayor disponibilidad. Sin embargo es más conocido como “Incineradora de aire restringido” o “Incineradora Pirolítica”. - Está formada por dos componentes principales: Cámara de combustión primaria: Los residuos se gasifican mediante una combustión parcial en condiciones subestequiométricas, produciéndose un gas de bajo poder calorífico.

Gasificación Cámara de combustión secundaria: En esta cámara , se quema con oxigeno adicional el gas procedente de la cámara primaria. Se produce a altas temperaturas (650ºC a 870ºC), siendo una combustión completa donde el calor recuperado se utiliza ara la generación de vapor o agua caliente en una caldera adjunta. Algunas aplicaciones incluyen la incineración de residuos de madera en una fabrica de madera laminada, donde se aprovecha e vapor en el proceso de producción.

Gasificación Lecho fluidizado - Mismos equipos que en incineración, con mínimas modificaciones para que operen como gasificador Hay algunos funcionando: - Ontario: 1 ton/h alimentado con CDRd - Japón :dual LF para combustible LF para coque - Italia : CDRd gas de bajo PC; se usa en calderas

Gasificación No se han conseguido resultados fiables con gasificadores de combustión en masa (escala real y piloto) Es necesario un procesamiento del CDR para separar inertes logrando mejor rendimiento de reactores y menores emisiones atmosféricas. En general, no se consideran como tecnología comercial