PRODUCTOS DE VALOAGREGADO A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DE BIOMASA Y DESARROLLO R

TECNOLÓGICO DE GASIFICADORES

Dra. Diana LópezInstituto de Química

Universidad de Antioquia

PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIA PARA LA ENERGÍA

RECURSO HUMANO Docentes-Investigadores: 7Técnicos de laboratorio: 2Estudiantes de doctorado 10Estudiantes de maestría: 2Estudiantes de pregrado: 12

PRODUCCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Artículos científicos en revistas especializadas

internacionales: 96Comunicación en congresos, seminarios, charlas: 92Patentes obtenidas (3), en proceso (4)

Líneas de investigación Reducción del impacto ambiental causado por

el uso de combustibles fósiles Reactividad y conversión de combustibles Catalizadores para la conversión de

hidrocarburos

Productos a partir de la conversión de biomasa

• Producción de biodiesel• Aditivos oxigenados a partir de la

conversión del glicerol• Producción de gas de síntesis, H2 y

nanotubos de carbono a partir de etanol, biogás y glicerol

• Producción de hidrocarburos vía reacción Fischer-Tropsch

• Proceso de Gasificación (carbón-biomasa)

Catalizador

Oleaginosas

Semillas

Aceite vegetal crudo

Aceite vegetal refinado

Alcohol

Glicerina

-Industria alimentaria-Industria cosmética

Energía

VehículosCO2

PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Catalizador

Oleaginosas

Semillas

Aceite vegetal crudo

Aceite vegetal refinado

Alcohol

Glicerina

-Industria alimentaria-Industria cosmética

Energía

Vehículos

CO2

Aceite de palmaAceite de JatrophaAceite de higuerilla

Materias primas

Reacciones convencionales e in situ

Aceite de higuerilla crudo, pre-esterificación con H2SO4 Transesterificación con KOH 1%Relación molar EtOH-aceite 60:1, T = 60°C Reacciones con EtOH-Hexano. Hexano 20% v/v aceite

Aceite nordestinaEtanol Etanol/hexano

Convencional 97.6 97.3

In situ 53.5 42.7

Tiempo de reacción (min)3 5 7 10

Concentración de catalizador (% w/w)

0.5 26.5 29.5 29.0 34.3

1.0 57.2 56.0 54.2 70.3

1.5 64.6 61.6 66.3 80.1

Rendimiento mediante calentamiento convencional 78,6%

60°C, 1.5% KOH, relación molar etanol-aceite 10:1, 1h

Reacciones bajo microondas

Efecto del tiempo de reacción y de la concentración de catalizador en el rendimiento a biodiesel.

Aceite de higuerilla refinado, relación molar EtOH-aceite 10:1, T = 60°C

Reacciones catálisis heterogénea

Catalizador RendimientoCaO 1% 0.8%

CaO 2% 0.9%CaO 2% - Tratamiento térmico a 800°C 10 %

Carbonato de sodio 2% SaponificaciónCarbonato de Potasio 3% 75%

Aceite de higuerilla crudo

Reacción con aceite de higuerilla crudo - pre-esterificación Catalizador hemimorfita Zn4Si2O7(OH)2 H∙ 2O 3%T = 90°C, t= 4h Rendimiento: 66.2%

ADITIVOS OXIGENADOS A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DEL GLICEROL

Rutas de Valorización del Glicerol

Glicerol

Ni/La2O3

400°C – 700°CT

Gas de síntesis

Condensados de glicerol

Aditivo

-H2O

Ensayo del aditivo en un motor tipo diesel

Efecto del aditivo en las propiedades del combustible

Descomposición catalítica del glicerol

Nombre EstructuraPeso

molecular g/mol

Acetaldehído 44

Acetona

58

Acroleína 56

Metanol 32

Etanol 46

Hidroxiacetona 74

Nombre EstructuraPeso

molecular g/mol

Acido acético 60

Acido Propiónico 74

1,2 propanodiol

76

1,3 propanodiol

76

Glicerol 92PEG-8

Octaetilenglicol (p.m= 370)

Disminución en el punto de fluidez

Reducción en un 23% del material particulado

Material particulado: Hollín

HC pesadossulfatos

Conclusiones

PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS, H2 Y NANOTUBOS DE CARBONO A PARTIR

DE ETANOL, BIOGÁS Y GLICEROL

BiomasaBiocombustiblesBioetanol

Biogás (CH4/CO2)

“bio-gas de síntesis”

CO H2

Descomposición catalítica

Reformado

BiodieselGlicerol

Reformado

Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono

Reformado

Bio-Nanotubos

Múltiples aplicacionesSecuestro de

carbonoNanotubos/CauchoNanotubos/Asfalto

Nanotubos/Titanio mesoporoso

CO + H2Metanol

Fischer-Tropsch

GasolinaDieselAlcoholesVinil acetato

DMEGasolinaDieselOlefinasÁcido acético

Celdas combustibles

Urea

H2

AcrilatosEtilen glicol

Acido acético

EtanolCO

“bio-gas de síntesis”

CO H2

“bio-compuestos sintéticos”

PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS VÍA REACCIÓN FISCHER-TROPSCH (FT)

Carbón o Biomasa

Natural gas

Proceso F-T

Bajo costo

Su alta estabilidad térmica

Sistemas altamente dispersos

Inhibe la sinterización de las partículas metálicas

Evita la deposición de C

Estabilidad térmica

Co/MgOSelección

MgOÓxidos mixtos

CoO-MgO

Ni/MgO

Sistemas Catalíticos

Evaluación Catalítica en la Síntesis F-T

Selectividad

Condiciones Reducción = 450ºC, 20 mL/min H2 puro, 15 h.

Condiciones Reacción F-T = 270ºC, H2/CO = 2, 20 mL/min syngas.

Estado Estable48h Alta estabilidad (150 h)

Baja selectividad a la formación de ceras, con respecto a lo esperado para

catalizadores de Co

Interesante fracción C5 – C11 (rango gasolina)

PROCESO DE GASIFICACIÓN (CARBÓN-BIOMASA)

Amoniaco, Metanol, Hidrógeno

Diesel, Gasolinas

Gas natural sintético

Electricidad, Vapor

Combustibles gaseosos

Ciclos de generación

Combustibles líquidos

Químicos

CO H2

Usos potenciales del gas de síntesis

Aplicaciones en Energía Térmica

Ladrillera San Cristóbal S.A: Combustor-Gasificador: 160 kg/h con más de 6 años en

operación continua. El gas de combustión (20000 m3 a 200ºC) se diluye con aire y se utiliza para secar ladrillos. Ahorro entre 25-30% (Patente nacional).

Gasificador acoplado a un horno de producción de ladrillos: 700 kg/h. El gas producido se quema dentro del horno. Se mejoró la calidad del producto pues antes quemaban carbón y las cenizas se impregnaban en el ladrillo y lo manchaban (2 años en operación).

Cementos Argos S.A.: Diseño de un gasificador de 3400 Kg/h. Energía utilizada directamente en el horno.

• Colciencias-CIIEN: Gasificador 5 kg/h de mezclas carbón/biosólidos de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Medellín (solicitud de patente). Fase II: 5 ton seca/día. Evaluación con cascarilla de arroz, bagazo de caña, cuesco de palma.

• CYTED: Prototipo de generación de energía eléctrica y térmica en núcleos aislados de Iberoamérica mediante hibridación (Biomasa/Solar). 40 kW.

• Colciencias-ISAGEN: Gasificador 15 Kg/h en lecho fluidizado a alta presión (30 atm y 1000 ºC). (Solicitud de patente). Fase II: 1 ton/día. Ventaja: sale un gas con presión suficiente para la limpieza del gas y poder usarlo de manera eficiente en una turbina.

Aplicaciones en Energía Eléctrica

Estudio y diseño de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de la gasificación de madera en zona rural del municipio de Necoclí (Chocó). Financiado por el IPSE.

Lo que se encontró…

Gran deposición de madera en las playas del municipio

Usos de la madera para cercar terrenosQuema de la madera en la playa y en el

terreno destinado para elloContrabando de energíaPeligros por las instalacionesLos aserríos generan pequeñas

cantidades de desperdicios

Fundación CARTIF 9 - 13 junio 2008

Estrategia

Cuantificación de la madera que llega a las playas

Clasificación de la maderaCondiciones de la maderaReconocimiento del sistema de gasificaciónEvaluación energética de la madera de

Necoclí Diseño del proceso

Áreas de recolección – SIG.

17.73 Km. de playa aproximadamente.

1.Ceibita: 1.5 Km.2.Totumo: 4 Km.3.Casa blanca: 1Km.4.Cabecera Mpal: 3.1 Km.

Área total de muestreo: 9.6 Km.

Tecnología

Capacidad de generación: 40 kWe Brutos35 kWe Netos

Requerimientos:Madera 3.5 x 3.5 x 5 cm80 kg/h de maderaHumedad <20%

Gasificador en lecho fijo: DOWNDRAFT (India)

ADECUACIONES

ARMADO - FILTROS

ARMADO – MOTOR-GENERADOR

Gasificación

Carbón Biomasa

Co-gasificación

Proyectos 2011-2015

Producción de hidrocarburos vía licuefacción hidrotérmica de biomasa.

Producción de dimetileter (DME) a partir del gas de síntesis.

Producción de metano a partir del gas de síntesis.Pre-tratamiento de biomasa: líquidos iónicos y microondas.Producción de monolitos de carbono a partir de la torta de

higuerilla y jatropha para la adsorción de contaminantes.Producción de estruvita (fertilizante) a partir de los

diferentes procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales.

www.wix.com/quirema_udea/quiremadplope@gmail.com

COMPOSICIÓN DE LOS GASES OBTENIDOS

0.0

5.010.0

15.020.0

25.0

30.035.0

40.045.0

50.0

Aserrin Cisco Cascarilla

Com

posi

ción

gas

(%v)

CO

CO2

H2