Carbonización de residuos forestales y preparación de pellets

de carbón vegetal

D R N E S T O R T A N C R E D I

de carbón vegetal

D R . N E S T O R T A N C R E D IP R O F . A G R E G A D O D E F I S I C O Q U Í M I C A

F A C U L T A D D E Q U Í M I C AD E T E M A - C Á T E D R A D E F I S I C O Q U Í M I C A

P O L O T E C N O L Ó G I C O D E P A N D O - Á R E A E N E R G Í AP O L O T E C N O L Ó G I C O D E P A N D O Á R E A E N E R G Í A

U D E L A R

J O R N A D A D E B I O M A S A F O R E S T A LI N I A L A S B R U J A S - T A C U A R E M B Ó

1 8 D E A B R I L D E 2 0 1 3

t @f dnestor@fq.edu.uy

carbón vegetal

carbonización pirólisis: descomposición térmica en ausencia de oxígenomaterial vegetal: lignocelulósico

Hemicelulosal lCelulosa

Lignina

HEMICELULOSAHEMICELULOSA

CELULOSACELULOSA

LIGNINALIGNINALIGNINA

LIGNINA Pirólisis

Gases:Incondensables :H2, CO, CO2

CH4…

Material lignocelulósico

Vapores:Condensables: H2O, Metanol,

Acético AlquitranesAcético, …, Alquitranes

Sólido:Carbón vegetal

carbón vegetal

Usar residuosRecuperar volátilesMenor contenido de S y N que mineraly qUsos varios: barbacoa, combustible, metalurgia (“acero verde”), silicio, mejorador de suelos

Residuos de industria forestal

C O S E C H A

kT / ñ ( 6)935 kTon/año (2006)10-15% de la madera producida15 –20 % como nutrientes (hojas, corteza)15 20 % como nutrientes (hojas, corteza)

A S E R R A D E R O S

535 kTon/año (2006)/40-60% de la madera producida12 –20 % aserrín

DNTEN, 2007 – Faroppa,2010

Diagrama de flujo

Residuos de aserradero

PDT 47-08

Carbón vegetal(Eucalyptus grandis), presecados

Pirólisis(horno acero)

Molienda y ytamizado

CarbónAglomeración y

Pellet decarbóncrudo

molidocompresiónCuradoPelletcarbón Alquitráncrudo

Aglomerantecarbón

MelazaAlmidón

Horno instalado en el PTP

Materia prima: recortesp

Horno

Parrilla

Ciclón

Temperaturas internas del horno

600

700T1

(ºC

)

1300

1500

T2 (ºC)

300

400

500

700

900

1100

0

100

200

-100

100

300

500

00,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

Tiempo (h)

100

Ts 1 Tc 1 Ti 1 Ts 2 Tc 2 Ti 2

Gráficos de temperatura contra tiempo. Símbolos cerrados: experiencia 1, í b l bi i i T i d l símbolos abiertos: experiencia 2. Ts: temperatura en parte superior del

horno, Tc temperatura en parte central,Ti temperatura en parte inferior del horno En el eje principal de ordenadas se grafican las temperaturas de la primer experiencia, mientras que en el eje de coordenadas secundario se p p , q jgrafican las temperaturas correspondientes a la segunda experiencia

Temperaturas internas del horno

E 6 7 8Ensayos 6, 7 y 8

600

700

800

300

400

500

600

Tem

pera

tura

(ºC

)

0

100

200

0 5 10 15 20

tiempo (horas)

T

tiempo (horas)

Ensayo 6 Ensayo 7 (*) Ensayo 8

Rendimientos

Ensayo Masa de Rendimien Rendimiento Madera sin Ensayo Masa de madera

(kg)

Rendimiento de

carbón (%,b.s.)

Rendimiento de

condensables (%,b.h.)

Madera sin carbonizar

(%, b.h.)(%,b.s.) (%,b.h.)

1 47.15 0 1.1 02 61.14 18.0 3.3 03 100.46 28.3 - ~ 04 100.90 13.4 7.9 55.75 49.93 16.0 15.2 28.76 50.83 23.1 6.5 nd

d7 51.40 21.0 nd ~ 08 53.02 26.8 7.4 ~ 0

Notas: En el ensayo 4 se recolectó cerca de 1 kg de alquitrán, el que se había acumulado en la trampa.A partir del ensayo 5 se obtuvieron entre 100 y 200 gramos de alquitrán en cada ensayo.p y 5 y g q y

Propiedades de alquitrán y carbónp q y

Análisis de materias primas y carbón

Análisis inmediato(% en peso, base seca)

Análisis Elemental (% en peso, base seca, (% en peso, base seca) (% en peso, base seca,

libre cenizas)Muestra Humedad Cenizas Volátiles Carbono

fijoC H N Oa

Residuo de madera

9.4 0.2 87.8 12.0 48.48 5.91 0.04 45.57

C bó 6 6Carbón 6.1 1.1 19.3 79.6 77.20 2.50 0.00 20.30

Alquitránde madera 12.6 4.1 67.9 28.0 39.96 6.25 0.06 53.73

Melaza 19.0 5.6 88.4 6.1 42.66 3.78 0.91 52.61

Almidón 12.0 0.3 98.2 1.5 46.89 5.61 0.29 47.21

Propiedades de materias primas y carbón

Muestras Poder caloríficoinferior

Densidadaparente

Densidad globalinferior,

base seca( MJ kg-1)

aparente(g cm-3)

global (g cm-3)

Residuo de maderaResiduo de madera 17.6 0.72 0.21-0.28

Aserrín íd - 0.28Carbón 29.2 0.33 0.12

Carbón en polvo íd - 0.22

Alquitrán de madera 20.4 1.17 0.31

Melaza 11 7 1 48 0 30Melaza 11.7 1.48 0.30Almidón 16.1 0.55 0.19

Preparación de briqueta de carbón

Preparación de pellets de carbón

Análisis de pellets de carbón

Análisis inmediato(% en peso base seca)

Análisis Elemental (% en peso base seca (% en peso, base seca) (% en peso, base seca,

libre cenizas)Muestra Humedad Cenizas Volátiles Carbono

fijoC H N Oa

fijo

Pellet aglomerado

con alquitrán9.5 2.8 46.1 51.1 74.41 3.75 0.27 21.57

con alquitránPellet

aglomeradocon melaza

1.8 5.0 33.4 61.6 67.77 3.07 0.37 28.79con melaza

Pellet aglomeradocon almidón

3.0 1.3 25.1 73.6 80.12 2.94 0.00 16.94

Propiedades de pellets de carbón

M P d l ífi D id d D id dMuestras Poder caloríficoinferior,

base seca( MJ kg-1)

Densidadaparente(g cm-3)

Densidad global

(g cm-3)( MJ kg 1)

Pellet aglomerado con alquitrán 29.5 0.58 0.31

Pellet aglomerado con melaza 24.8 0.56 0.30

Pellet aglomerado con Pellet aglomerado con almidón 30.2 0.36 0.19

Densidad energéticag

Densidad Energética al

MuestraDensidad

Energética DE*, (kJ/m3)

Densidad Energética al empaquetar**

DEE, (kJ/ m3 )

Residuo de madera 13.6 3.7 – 5.3Aserrín 5.3Carbón 9 6 3 5Carbón 9.6 3.5Carbón en polvo 6.4Pellet a. alquitrán 17.1 9.1Pellet a. melaza 13.9 7.4Pellet a. almidón 10.9 5.7

*pci x densidad aparentepci x densidad aparente** pci x densidad global

Conclusiones

Varios parametros influyen en desempeño del horno

Rendimiento del orden 30% R i lq itRecuperacion alquitranes

Pellets aumentan la densificacionenergetica

Madera=Carbon<aserrin< pellet almidon<carbonMadera=Carbon<aserrin< pellet almidon<carbonen polvo<pellet melaza<pellet alquitran

Trabajos futurosOptimizacion

¡GRACIAS!

Alejandro Amaya

Andrés Cuña Nestor

TancrediJuan Pablo Luizzi

Mariana CorengiaMariana CorengiaAndrés SarachikJorge De Vivo