Studies on tar formation and conversion for the development of a three-stage gasifier

La gasificacion autotermica de biomasa y residuos en lecho fluido para generacion electrica distribuida presenta notables ventajas respecto a otras opciones. No obstante esta tecnologia presenta ciertas limitaciones que frenan su implantacion comercial: la limitada conversion del combustible, debida a la incompleta conversion del carbonizado, y la elevada temperatura de condensacion del gas, causada por la alta concentracion de alquitranes pesados en este. Las medidas que se han desarrollado para hacer frente a ambos problemas se basan en metodos complejos o caros, haciendo inviable la implantacion de esta tecnologia en sistemas de pequena o mediana escala. El Grupo de Bioenergia de la Universidad de Sevilla esta desarrollando una nueva tecnologia (FLETGAS) que persigue el objetivo de obtener un gas combustible a partir de biomasas y residuos apto para ser quemado en motores de gas. El sistema se basa en tres etapas: gasificacion en lecho fluido a baja temperatura (700-800°C), reformado con vapor a alta temperatura (1200°C) y filtracion en un lecho movil de carbonizado. La presente tesis estudia la formacion y conversion de alquitranes e hidrocarburos ligeros en las diferentes etapas del nuevo gasificador con objeto de determinar las condiciones de funcionamiento que permitan reducir la concentracion de alquitranes pesados en el gas producto y, por tanto, producir un gas con un punto de rocio suficientemente bajo para ser quemado en un motor. En la primera parte de la tesis (Capitulos 3 y 4) se estudia la influencia de las condiciones de operacion sobre los productos de la devolatilizacion de lodos secos de depuradora (DSS) en un lecho fluido de laboratorio. Se ha determinado el efecto de la temperatura y la el vapor sobre la composicion de alquitran, estableciendose los principales mecanismos de conversion durante la generacion primaria de volatiles (en el lecho denso) y secundaria (freeboard). Se ha estudiado tambien el efecto de la operacion con dos temperaturas diferentes en el reactor (lecho denso y freeboard), demostrando que este modo de operacion influye decisivamente en la composicion de los volatiles. Por el contrario, a temperaturas inferiores a 900°C, el vapor afecta muy poco a la cantidad y naturaleza de los alquitranes generados. Se han obtenido correlaciones entre hidrocarburos ligeros y alquitranes que sirven para estimar de forma rapida el punto de rocio del gas. En la segunda parte de la tesis (capitulo 5) se ha investigado la conversion de alquitranes aromaticos (naftaleno y tolueno) sobre varios lechos de carbonizado en un reactor de lecho fijo de laboratorio. Los resultados experimentales han demostrado que el lecho de carbonizado reduce eficazmente la concentracion de alquitran. A temperaturas superiores a 850°C, tiempos de residencia de 0,3 s y concentraciones de vapor de mas del 15 vol% se alcanzan conversiones casi completas de los alquitranes analizados. Se han obtenido expresiones cineticas para la conversion de alquitran sobre los diferentes carbonizados teniendo en cuenta su desactivacion. Se ha utilizado la cinetica obtenida para simular el proceso FLETGAS corroborando trabajos anteriores (Nilsson et al., 2012) donde se demostraba que la tercera etapa del nuevo gasificador seria capaz de convertir el alquitran pesado hasta los niveles necesarios para generar un gas de salida con el punto de rocio deseado.