MODELAMIENTO DEL TRANSPORTE DE MASA Y ENERGÍA DURANTE LA PIRÓLISIS RÁPIDA DE BIOMASA PARA LA OBTENCIÓN DE BIOACEITE

Autores/as

  • Mario Alejandro Sánchez Posada Universidad EIA
  • Juan Carlos Maya Universidad Nacional de Colombia
  • Farid Chejne Universidad Nacional de Colombia
  • Adriana Quinchía Universidad EIA

DOI:

https://doi.org/10.26507/ponencia.1627

Palabras clave:

Pirólisis de biomasa, pirólisis rápida, modelamiento, fenómenos de transporte

Resumen

Anualmente se producen en Colombia 78 millones de toneladas de residuos agrícolas que en su mayoría no son aprovechados o no son valorizados como productos de alto valor (Cury et a. , 2017). La pirólisis rápida mediante un calentamiento a tasas superiores a 500 °C/s y en ausencia de oxígeno, permite convertir la biomasa en biochar y bioaceite con rendimientos de líquido entre el ~50 y 70%. Dicho aceite puede posteriormente refinarse para obtener productos de alto valor como acetol, ácido acético, furfural, levoglucosan, entre otros. A pesar de que el proceso de pirólisis rápida es conocido, aún quedan muchos retos por solucionar en cuanto a la optimización del proceso para obtener altos rendimientos de líquidos (bioaceite), por lo que se requieren esfuerzos adicionales en modelado y simulación para encontrar las condiciones de operación que puedan maximizar el rendimiento.

El trabajo realizado consiste en el modelamiento del transporte de masa y energía para una partícula de biomasa con forma cilíndrica y propiedades de transporte anisotrópicas reproduciendo de esta manera más realista la morfología de las partículas en los reactores de pirólisis. El modelo permite predecir el perfil de calentamiento de la partícula, la tasa de conversión de la partícula y la evolución de especies químicas como biochar, gases permanentes y vapores condensables, siendo estos últimos quienes dan origen a una fracción importante del bioaceite. El modelo tiene como novedad que considera una partícula con morfología y propiedades de transporte más realista, tiene en cuenta además la producción de una fase líquida intermedia conocida como metaplast o celulosa activa (Dufour, 2012) y que además puede acoplarse posteriormente a balances de poblaciones para estudiar la emisión de gotas (aerosoles) directamente desde la partícula de los que se obtiene la fracción más pesada del bioaceite (Iisa et al. 2019). Adicionalmente, como novedad, el modelo permite modelar el perfil de presión al interior de la partícula manteniendo la coherencia con los perfiles de velocidad al interior de esta al considerar el desplazamiento del pico de presión dentro la partícula, lo que puede permitir estudios posteriores sobre la atrición de la partícula durante el calentamiento.

Con el modelo desarrollado se ha evaluado el efecto de parámetros de proceso como el tamaño de la partícula, el encogimiento radial y longitudinal del partícula, la temperatura del reactor de la humedad inicial, y las propiedades de transporte como la porosidad y la permeabilidad de la partícula sobre los rendimientos de bioaceite que pueden obtenerse, mostrándose por tanto el modelo como una herramienta útil para posteriores modelos de optimización que busquen maximizar los rendimientos durante la pirólisis rápida de biomasa.

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Citas

Cury, K., Aguas, Y., Martínez, A., Olivero, R. & Chams, L. (2017). Residuos agroindustriales su impacto, manejo y aprovechamiento. Revista colombiana de ciencia

animal 9, 122-132.

Dufour, Anthony, Bajil Ouartassi, Roda Bounaceur, and André Zoulalian. 2011. “Modelling Intra-Particle Phenomena of Biomass Pyrolysis.” Chemical Engineering Research and Design 89 (10): 2136–46. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2011.01.005.

Iisa, Kristiina, Ann Christine Johansson, Esbjörn Pettersson, Richard J. French, Kellene A. Orton, and Henrik Wiinikka. 2019. “Chemical and Physical Characterization of Aerosols from Fast Pyrolysis of Biomass.” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, no. February: 1–9. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2019.04.022.

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Publicado

07-09-2021

Cómo citar

[1]
M. A. Sánchez Posada, J. C. Maya, F. Chejne, y A. Quinchía, «MODELAMIENTO DEL TRANSPORTE DE MASA Y ENERGÍA DURANTE LA PIRÓLISIS RÁPIDA DE BIOMASA PARA LA OBTENCIÓN DE BIOACEITE», EIEI ACOFI, sep. 2021.
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