Uso energético de la biomasa a través del proceso de gasificación
Palabras clave:
procesos termoquímicos, gasificación, agente gasificante, catalizadores, biomasa, tipos de gasificador
Resumen
En este artículo se realiza una revisión bibliográfica sobre los procesos termoquímicos para la valorización energética de la biomasa, con especial atención en el proceso de gasificación. Este trabajo articula conceptos fundamentales y parámetros operacionales de la gasificación que definen la calidad y la cantidad de los biocombustibles gaseosos generados en el proceso. Se realiza una descripción de los procesos de caracterización de la biomasa para los procesos de gasificación y las condiciones óptimas de trabajo, especificando ventajas y desventajas de los agentes gasificantes. Posteriormente, se exponen las etapas de modelación del proceso y los tipos de gasificadores y catalizadores.
Referencias bibliográficas
Abnisa, F., Arami-Niya, A., Wan, W., Sahu, J. y Noor, I. (2013). Utilization of oil palm tree residues to produce bio-oil and bio-char via pyrolysis. Energy Conversion and Management, 76, 1073-1082.
Atimtay AT. (2001). Cleaner energy production with integrated gasification combined cycle systems and use of metal oxide sorbents for H2S cleanup from coal gas. Clean Technologies and Environmental Policy, 2(4):197-208
Jensen, A., y Webb, C. (1995). Treatment of H2S-containing gases: a review of microbiological alternatives. Enzyme Microb. Technol., 17(1), 2-10
Andersson, K., Skov-Skj0th, M., y H0jlund, P. (2017). Industrial-scale gas conditioning including topsoe tar reforming and purification downstream biomass gasifiers: An overview and recent examples. Fuel, 203, 1026-1030.
Anis, S., y Zainal, Z. (2011). Tar reduction in biomass producer gas via mechanical, catalytic and thermal methods: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(5), 2355-2377.
Aysu, T., y Durak, H. (2016). Bio-oil production via catalytic supercritical liquefaction of syrian mesquite (Prosopis farcta). The Journal of Supercritical Fluids, 109, 26-34.
Basu, P. (2010). Gasification theory and modeling of gasifiers. En Biomass gasification and pyrolysis (pp. 117-165). Boston, EE. UU.: Academic Press.
Dayton, D., French, R., y Milne, T. (1995). Direct observation of alkali vapor release during biomass combustion and gasification. 1. Application of molecular beam/mass spectrometry to switchgrass combustion. Energy and Fuel, 9(5), 855-865.
Escalante, H., Orduz, J., Zapata, H., Cardona, M., y Duarte, M. (2017). Atlas del potencial energético de la biomasa residual en Colombia. Recuperado de http://www.si3ea.gov.co/Home/Bio- masa/tabid/76/language/es-CO/Default.aspx
Boudart M, y Djega-Mariadassou G. (1984). Kinetics of heterogeneous catalytic reactions (vol. XVIII). Princeton: Princeton University Press.
Caubet, S., Corte, P., Fahim, C., y Traverse, J. (1982). Thermochemical conversion of biomass: Gasification by flash pyrolysis study. Solar Energy, 29(6), 565-572.
González, C. (2017). Colombia cumple las metas del IPSE para energías renovables. Recuperado de http://twenergy.com/co/a/colombia-cumple-las-metas-del-ipse-para-energias-renova- bles-2507
Dou, B., Zhang, M., Gao. J., Shen, W., y Sha, X. (2002). Eliminación a alta temperatura de NH3, azufre orgánico, HCl y componente de alquitrán de gas derivado del carbón. Ind. Eng. Chem. Res., 41(17),4195-4200.
Dou, B., Chen, B., Gao, J., y Sha X. (2006). HCl removal and chlorine distribution in the mass transfer zone of a fixed-bed reactor at high temperature. Energy Fuel, 20(3), 959-963.
Dou, B., Gao, J., y Sha, X. (2001). A study on the reaction kinetics of HCl removal from high- temperature coal gas. Fuel Processing Technology, 72(1), 23-33.
Dou B., Pan, W., Ren, J., Chen, B., Hwang, J., y Yu, T. (2007). Single and combined removal of HCl and alkali metal vapor from high-temperature gas by solid sorbents. Energy Fuel, 21(2), 1019-1023
El-Rub, A., Bramer, E., y Brem, G. (2004). Review of catalysts for tar elimination in biomass gasification processes. Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(22), 6911-6919.
Gupta, R., Turco, B., Portzer, J., y Cicero, D. (2001). Desulfuración de gas de síntesis en un reactor de transporte. Environ. Progr, 20(3), 187-195.
Gustafsson, E., Strand, M., y M. Sanati, M. (2007). Physical and Chemical characterization of aerosol particles formed during the thermochemical conversion of wood pellets using a bubbling fluidized bed gasifier. Energy Fuel, 21(6), 3660-3667.
Hansson, K., Samuelsson, J., Tullin, C., y Amand, L. (2004). Formation of HNCO, HCN, and NH3 from the pyrolysis of bark and nitrogen-containing model compounds. Combust Flame, 137(3), 265-277
Higman, C., y van der Burgt, M. (2008). Gasification (2a ed., vol. XVI). Amsterdam-Boston: Gulf Professional Pub.-Elsevier Science.
Hoffmann, A., y Stein, L. (2008). Gas cyclones and swirl tubes: principles, design, and operation (2a ed., vol. XXVI). Berlin: Springer.
Szemmelveisz, K., Szucs, I., Palotás, A., Winkler, L., Eddings, E. (2009) Examination of the combustion conditions of herbaceous biomass. Fuel Processing Technology, 90(6), 839-847.
Knight, R. (2000). Experience with raw gas analysis from pressurized gasification of biomass. Biomass and Bioenergy, 18(1), 67-77.
Kohl. A., y Nielsen, R. (1997). Gas purification (5a ed., vol. VIII). Houston: Gulf Publishing.
Kosstrin H. (1980). Direct formation of pyrolysis oil from biomass. En Proceedings specialists workshop on fast pyrolysis of biomass (pp. 79-104). Copper Mountain, EE. UU.: Solar Energy Research
Korens, N., Simbeck D., y Wilhelm D. (2002). Process screening analysis of alternative gas treating sulfur removal for gasification (Task Order n.o 739656-00100). EE. UU.: Department of Energy National Energy Technology Laboratory Pittsburgh.
Machado, C. (2010). Situación de los biocombustibles de 2a y 3a generación en América Latina y Caribe. Recuperado de http://www.bivica.org/upload/biocombustibles-situacion.pdf
McKendry, P. (2002a). Energy production from biomass (part 1): Overview of biomass. Bioresource Technology, 83(1), 37-46.
McKendry, P. (2002b). Energy production from biomass (part 2): Conversion technologies. Bioresource Technology, 83(1), 47-54.
McKendry, P. (2002c). Energy production from biomass (part 3): Gasification technologies. Bioresource Technology, 83(1), 55-63.
Miguez, J. (s. f.). Procesos termoquímicos para la obtención de energía a partir de la biomasa residual (combustión, gasificación, pirolisis). Recuperado de https://procesosbio.wikispaces.com/file/ view/PROCESOS+TERMOQU%C3%8DMICOS+PARA+OBTENCION+DE+BIOMASA.pdf
Miandad, R., Barakat, M., Aburiazaiza, A., Rehan, M., Ismail, I., y Nizami, A. (2017). Effect of plastic waste types on pyrolysis liquid oil. International Biodeterioration & Biodegradation, 119, 239-252.
Moreno-Contreras, G., Serrano-Rico, J., y Palacios-Restrepo, J. (2009). Industrial waste combustion performance in a bubbling fluidized bed reactor. Ingeniería y Universidad, 13(2), 251-266.
Moragues, J. y Rapallini, A. (2011). Energía de la biomasa. Recuperado de http://www.iae.org.ar/renovables/ren_biomasa.pdf
Núñez, C., Contreras, J., y Vargas, F. (2013). Control de una planta prototipo de gasificación de biomasa mediante redes neuronales. Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo, 4(5), 161-168.
van Paasen, S., y Kiel, J. (2004). Tar formation in fluidized-bed gasification-impact of gasifier operating conditions. Ponencia presentada en 2a world conference and technology exhibition on biomass for energy, industry and climate protection, Roma, Italia. Recuperado de ftp://ftp.ecn. nl/pub/www/library/report/2004/rx04029.pdf#page=26
Pröll, T., Siefert,. I., Friedl, A., y Hofbauer, H. (2005). Removal of NH3 from biomass gasification producer gas by water condensing in an organic solvent scrubber. Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(5),1576-1584.
Lovell, R., Dylewski, S., y Peterson, C. (1981). Control of sulfur emissions from oil shale retorts (EPA/600/7-82/016). Washington, D. C.: Environmental Protection Agency.
Razo, C, Saucedo A, Astete-Miller, S, Hepp, J., y Vildósola, A. (2007). Producción de biomasa para biocombustibles líquidos: el potencial de América Latina y el Caribe. Chile: Unidad de Desarrollo Agrícola División de Desarrollo Productivo y Empresarial, CEPAL.
Romero, A. (2010). Aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles. Rev. R. Acad. Cienc. Exact. Fís. Nat., 104(2), 331-345.
Seville, J. (1997). Gas cleaning in demanding applications (1a ed., vol. xv). London-New York: Blac- kie Academic & Professional.
Singh, D., Hernandez-Pacheco, E., Hutton, P., Patel, N. (2004). Carbon deposition in an SOFC fueled by tar-laden biomass gas: a thermodynamic analysis. Journal of power sources, 142(1), 194-199.
Smeenk J, y Brown RC. (1997). Evaluation of an integrated gasification/Fuel cell power plant. En Third biomass conference of the Americas. Congreso realizado en Montreal, Canadá.
Smeenk J, Brown, R y Eckels, D. (1999). Determination of vapor phase alkali content during biomass gasification. En Fourth biomass conference of the Americas August. Congreso realizado en Oakland, California, EE. UU.
Stevens D. (2001). Acondicionamiento de gas caliente: avances recientes en sistemas de biomasa a gran escala (informe n.o NREL / SR-510-29952). EE. UU.: NREL.
Szyszlak-Barglowicz, J., Zajijc, G., y Piekarski, W. (2012). Energy biomass characteristics of chosen plants. International Agrophysics, 26(2), 175-179. doi:10.2478/v10247-012-0025-7.
Tran, T., y Smith, A. D. (2017). Evaluation of renewable energy technologies and their potential for technical integration and cost-effective use within the U.S. energy sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 1372-1388.
Torres, W, Pansare, S., y Goodwin, J. (2007). Hot gas removal of tars, ammonia, and hydrogen sulfide from Biomass gasification gas. Catalysis Reviews, 49(4):407-456.
Turn S., Kinoshita, C., Ishimura, D., y Zhou, J. (1998). The fate of inorganic constituents of biomass in fluidized bed gasification. Fuel, 77(3), 135-146.
Uribe-Soto, W., Portha, J., Commenge, J., y Falk, L. (2017). A review of thermochemical processes and technologies to use steelworks off-gases. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 809-823.
Urien, A. (2013). Obtención de biocarbones y biocombustibles mediante pirólisis de biomasa residual (tesis de maestría). Máster Universitario en Ciencia y Tecnología Química, Universidad Nacional de Educación a Distancia, Colombia.
Woolcock, P., y Brown, R. (2013). A review of cleaning technologies for biomass-derived syngas. Biomass and Bioenergy, 52(supplement C), 54-84. doi:10.1016/j.biombioe.2013.02.036
Zhou, J, Masutani, S., Ishimura, D., Turn, S., y Kinoshita, C. (1997). Release of fuel-bound nitrogen in biomass during high temperature pyrolysis and gasification. En Proceedings of the 32nd Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (vol. 27, pp. 1785-1790). EE. UU.: IECEC.
Atimtay AT. (2001). Cleaner energy production with integrated gasification combined cycle systems and use of metal oxide sorbents for H2S cleanup from coal gas. Clean Technologies and Environmental Policy, 2(4):197-208
Jensen, A., y Webb, C. (1995). Treatment of H2S-containing gases: a review of microbiological alternatives. Enzyme Microb. Technol., 17(1), 2-10
Andersson, K., Skov-Skj0th, M., y H0jlund, P. (2017). Industrial-scale gas conditioning including topsoe tar reforming and purification downstream biomass gasifiers: An overview and recent examples. Fuel, 203, 1026-1030.
Anis, S., y Zainal, Z. (2011). Tar reduction in biomass producer gas via mechanical, catalytic and thermal methods: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(5), 2355-2377.
Aysu, T., y Durak, H. (2016). Bio-oil production via catalytic supercritical liquefaction of syrian mesquite (Prosopis farcta). The Journal of Supercritical Fluids, 109, 26-34.
Basu, P. (2010). Gasification theory and modeling of gasifiers. En Biomass gasification and pyrolysis (pp. 117-165). Boston, EE. UU.: Academic Press.
Dayton, D., French, R., y Milne, T. (1995). Direct observation of alkali vapor release during biomass combustion and gasification. 1. Application of molecular beam/mass spectrometry to switchgrass combustion. Energy and Fuel, 9(5), 855-865.
Escalante, H., Orduz, J., Zapata, H., Cardona, M., y Duarte, M. (2017). Atlas del potencial energético de la biomasa residual en Colombia. Recuperado de http://www.si3ea.gov.co/Home/Bio- masa/tabid/76/language/es-CO/Default.aspx
Boudart M, y Djega-Mariadassou G. (1984). Kinetics of heterogeneous catalytic reactions (vol. XVIII). Princeton: Princeton University Press.
Caubet, S., Corte, P., Fahim, C., y Traverse, J. (1982). Thermochemical conversion of biomass: Gasification by flash pyrolysis study. Solar Energy, 29(6), 565-572.
González, C. (2017). Colombia cumple las metas del IPSE para energías renovables. Recuperado de http://twenergy.com/co/a/colombia-cumple-las-metas-del-ipse-para-energias-renova- bles-2507
Dou, B., Zhang, M., Gao. J., Shen, W., y Sha, X. (2002). Eliminación a alta temperatura de NH3, azufre orgánico, HCl y componente de alquitrán de gas derivado del carbón. Ind. Eng. Chem. Res., 41(17),4195-4200.
Dou, B., Chen, B., Gao, J., y Sha X. (2006). HCl removal and chlorine distribution in the mass transfer zone of a fixed-bed reactor at high temperature. Energy Fuel, 20(3), 959-963.
Dou, B., Gao, J., y Sha, X. (2001). A study on the reaction kinetics of HCl removal from high- temperature coal gas. Fuel Processing Technology, 72(1), 23-33.
Dou B., Pan, W., Ren, J., Chen, B., Hwang, J., y Yu, T. (2007). Single and combined removal of HCl and alkali metal vapor from high-temperature gas by solid sorbents. Energy Fuel, 21(2), 1019-1023
El-Rub, A., Bramer, E., y Brem, G. (2004). Review of catalysts for tar elimination in biomass gasification processes. Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(22), 6911-6919.
Gupta, R., Turco, B., Portzer, J., y Cicero, D. (2001). Desulfuración de gas de síntesis en un reactor de transporte. Environ. Progr, 20(3), 187-195.
Gustafsson, E., Strand, M., y M. Sanati, M. (2007). Physical and Chemical characterization of aerosol particles formed during the thermochemical conversion of wood pellets using a bubbling fluidized bed gasifier. Energy Fuel, 21(6), 3660-3667.
Hansson, K., Samuelsson, J., Tullin, C., y Amand, L. (2004). Formation of HNCO, HCN, and NH3 from the pyrolysis of bark and nitrogen-containing model compounds. Combust Flame, 137(3), 265-277
Higman, C., y van der Burgt, M. (2008). Gasification (2a ed., vol. XVI). Amsterdam-Boston: Gulf Professional Pub.-Elsevier Science.
Hoffmann, A., y Stein, L. (2008). Gas cyclones and swirl tubes: principles, design, and operation (2a ed., vol. XXVI). Berlin: Springer.
Szemmelveisz, K., Szucs, I., Palotás, A., Winkler, L., Eddings, E. (2009) Examination of the combustion conditions of herbaceous biomass. Fuel Processing Technology, 90(6), 839-847.
Knight, R. (2000). Experience with raw gas analysis from pressurized gasification of biomass. Biomass and Bioenergy, 18(1), 67-77.
Kohl. A., y Nielsen, R. (1997). Gas purification (5a ed., vol. VIII). Houston: Gulf Publishing.
Kosstrin H. (1980). Direct formation of pyrolysis oil from biomass. En Proceedings specialists workshop on fast pyrolysis of biomass (pp. 79-104). Copper Mountain, EE. UU.: Solar Energy Research
Korens, N., Simbeck D., y Wilhelm D. (2002). Process screening analysis of alternative gas treating sulfur removal for gasification (Task Order n.o 739656-00100). EE. UU.: Department of Energy National Energy Technology Laboratory Pittsburgh.
Machado, C. (2010). Situación de los biocombustibles de 2a y 3a generación en América Latina y Caribe. Recuperado de http://www.bivica.org/upload/biocombustibles-situacion.pdf
McKendry, P. (2002a). Energy production from biomass (part 1): Overview of biomass. Bioresource Technology, 83(1), 37-46.
McKendry, P. (2002b). Energy production from biomass (part 2): Conversion technologies. Bioresource Technology, 83(1), 47-54.
McKendry, P. (2002c). Energy production from biomass (part 3): Gasification technologies. Bioresource Technology, 83(1), 55-63.
Miguez, J. (s. f.). Procesos termoquímicos para la obtención de energía a partir de la biomasa residual (combustión, gasificación, pirolisis). Recuperado de https://procesosbio.wikispaces.com/file/ view/PROCESOS+TERMOQU%C3%8DMICOS+PARA+OBTENCION+DE+BIOMASA.pdf
Miandad, R., Barakat, M., Aburiazaiza, A., Rehan, M., Ismail, I., y Nizami, A. (2017). Effect of plastic waste types on pyrolysis liquid oil. International Biodeterioration & Biodegradation, 119, 239-252.
Moreno-Contreras, G., Serrano-Rico, J., y Palacios-Restrepo, J. (2009). Industrial waste combustion performance in a bubbling fluidized bed reactor. Ingeniería y Universidad, 13(2), 251-266.
Moragues, J. y Rapallini, A. (2011). Energía de la biomasa. Recuperado de http://www.iae.org.ar/renovables/ren_biomasa.pdf
Núñez, C., Contreras, J., y Vargas, F. (2013). Control de una planta prototipo de gasificación de biomasa mediante redes neuronales. Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo, 4(5), 161-168.
van Paasen, S., y Kiel, J. (2004). Tar formation in fluidized-bed gasification-impact of gasifier operating conditions. Ponencia presentada en 2a world conference and technology exhibition on biomass for energy, industry and climate protection, Roma, Italia. Recuperado de ftp://ftp.ecn. nl/pub/www/library/report/2004/rx04029.pdf#page=26
Pröll, T., Siefert,. I., Friedl, A., y Hofbauer, H. (2005). Removal of NH3 from biomass gasification producer gas by water condensing in an organic solvent scrubber. Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(5),1576-1584.
Lovell, R., Dylewski, S., y Peterson, C. (1981). Control of sulfur emissions from oil shale retorts (EPA/600/7-82/016). Washington, D. C.: Environmental Protection Agency.
Razo, C, Saucedo A, Astete-Miller, S, Hepp, J., y Vildósola, A. (2007). Producción de biomasa para biocombustibles líquidos: el potencial de América Latina y el Caribe. Chile: Unidad de Desarrollo Agrícola División de Desarrollo Productivo y Empresarial, CEPAL.
Romero, A. (2010). Aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles. Rev. R. Acad. Cienc. Exact. Fís. Nat., 104(2), 331-345.
Seville, J. (1997). Gas cleaning in demanding applications (1a ed., vol. xv). London-New York: Blac- kie Academic & Professional.
Singh, D., Hernandez-Pacheco, E., Hutton, P., Patel, N. (2004). Carbon deposition in an SOFC fueled by tar-laden biomass gas: a thermodynamic analysis. Journal of power sources, 142(1), 194-199.
Smeenk J, y Brown RC. (1997). Evaluation of an integrated gasification/Fuel cell power plant. En Third biomass conference of the Americas. Congreso realizado en Montreal, Canadá.
Smeenk J, Brown, R y Eckels, D. (1999). Determination of vapor phase alkali content during biomass gasification. En Fourth biomass conference of the Americas August. Congreso realizado en Oakland, California, EE. UU.
Stevens D. (2001). Acondicionamiento de gas caliente: avances recientes en sistemas de biomasa a gran escala (informe n.o NREL / SR-510-29952). EE. UU.: NREL.
Szyszlak-Barglowicz, J., Zajijc, G., y Piekarski, W. (2012). Energy biomass characteristics of chosen plants. International Agrophysics, 26(2), 175-179. doi:10.2478/v10247-012-0025-7.
Tran, T., y Smith, A. D. (2017). Evaluation of renewable energy technologies and their potential for technical integration and cost-effective use within the U.S. energy sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 1372-1388.
Torres, W, Pansare, S., y Goodwin, J. (2007). Hot gas removal of tars, ammonia, and hydrogen sulfide from Biomass gasification gas. Catalysis Reviews, 49(4):407-456.
Turn S., Kinoshita, C., Ishimura, D., y Zhou, J. (1998). The fate of inorganic constituents of biomass in fluidized bed gasification. Fuel, 77(3), 135-146.
Uribe-Soto, W., Portha, J., Commenge, J., y Falk, L. (2017). A review of thermochemical processes and technologies to use steelworks off-gases. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 809-823.
Urien, A. (2013). Obtención de biocarbones y biocombustibles mediante pirólisis de biomasa residual (tesis de maestría). Máster Universitario en Ciencia y Tecnología Química, Universidad Nacional de Educación a Distancia, Colombia.
Woolcock, P., y Brown, R. (2013). A review of cleaning technologies for biomass-derived syngas. Biomass and Bioenergy, 52(supplement C), 54-84. doi:10.1016/j.biombioe.2013.02.036
Zhou, J, Masutani, S., Ishimura, D., Turn, S., y Kinoshita, C. (1997). Release of fuel-bound nitrogen in biomass during high temperature pyrolysis and gasification. En Proceedings of the 32nd Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (vol. 27, pp. 1785-1790). EE. UU.: IECEC.
Cómo citar
Peña, J., Martínez, P., Cortés, M., Chirivi, N., & Mendoza Geney, L. (2017). Uso energético de la biomasa a través del proceso de gasificación. Revista De Investigación, 10(2), 165–181. https://doi.org/10.29097/2011-639X.89
Descargas
Los datos de descargas todavía no están disponibles.
