Estudio Tcnico

1. Tecnologas consideradas para la obtencin de energa a partir de desechos agroindustriales de la central mayorista de Medelln:

1.1. Biodigestin - Fermentacin Oscura1.2. Pirlisis 1.3. Gasificacin

Debido al gran incremento de residuos orgnicos y una gran demanda de creacin de nuevos sitios para su disposicin final, es necesario realizar la evaluacin de diferentes tecnologas que ayuden a la generacin, el reciclado o incluso a la recuperacin en su mayora de estos residuos.

En los ltimos aos se ha venido trabajando muchsimo sobre estas nuevas tecnologas de obtencin de gases combustibles que han sido aplicados con otros materiales como carbn y fluidos como el petrleo, pero es poco lo que se ha podido obtener en materias de residuos orgnicos. Tambin son tecnologas que estn siendo aplicadas al tratamiento de residuos lignocelulsicos, como desechos forestales, para obtener diferentes tipos de biocombustibles.

Biodigestin: Es una opcin ambientalmente segura. Se obtiene a travs del tratamiento de la fraccin orgnica de los residuos, por medio de un proceso de digestin anaerbico (sin presencia de oxgeno) mediante el cual diferentes grupos bacterianos utilizan la materia orgnica para alimentarse. Este proceso de descomposicin de la materia genera una cantidad importante de gas metano, dixido de carbono, algo de nitrgeno, hidrgeno y sulfuro de hidrgeno. Por otro lado, el residuo digerido puede tambin ser de mucha importancia como enmienda orgnica de suelos, dado que no tiene olor y presenta caractersticas similares al humus. El gas generado, biogs, puede ser utilizado para calefaccin o bien en generadores elctricos.

Cogasificacin: estos sistemas son equipos de trabajo continuo que permiten generar energa mediante turbinas de gas o motores de combustin interna que son alimentados por un gas de sntesis o gas pobre como producto de la combustin incompleta de la biomasa, para esto, la biomasa es sometida a unas condiciones de temperatura y niveles de oxgeno que permiten, sin generar la combustin, la generacin de dicho gas, el cual tiene un poder calorfico de 5,5 MJ/Nm3 aproximadamente. [1]

Los sistemas de gasificacin son una buena alternativa para la generacin de energas limpias, ya que estos no producen gases de efecto invernadero, funcionan con los residuos de biomasa que son producidos diariamente y como subproductos del proceso se puede aprovechar el calor generado para calentamiento de aguas o sistemas de calefaccin y de los residuo del proceso de gasificacin se obtiene un producto con buenas propiedades para ser usado como fertilizante.

Como se observa en la Ilustracin 1 estos sistemas estn conformados por un gasificador (reactor), un sistema de purificacin de gas y un motor de combustin interna o turbina de gas para la generacin de la energa elctrica.

Ilustracin 1 Planta de cogasificacin[2]Luego, para cada uno de estos subsistemas se pueden presentar variaciones que dependen de las caractersticas requeridas por el usuario, como aspectos principales se deben tener en cuenta la capacidad de generacin requerida, el tipo y la cantidad de biomasa que se va a procesar, el tamao general del proyecto y el uso final que se le va a dar a los productos del sistema.

En el gasificador o reactor se conocen principalmente tres tipos de gasificadores, lecho fijo, lecho fluidizado. Y lecho arrastrado .Estos varan en la forma como se realiza la gasificacin de la biomasa en su interior, y dependen de las condiciones del lecho que se va trabajar. A continuacin se describen los diferentes tiposgasificadores de lecho fijo :son los reactores ms sencillos de disear y operar , constan de una zona de reaccin estacionaria soportada sobre una rejilla con alimentacin que puede ser updraft o downdraft , son utilizados para aplicaciones de mediana y pequea escala para generaciones de pocos Mw y a bajas temperaturas >400C. [1]Gasificadores de lecho fluidizado: son los ms usados debido a sus caractersticas tcnicas, en estos se tienen altas capacidades de procesamiento, dependiendo de la velocidad de fluidizacin se dividen en burbujeantes (velocidad de fluidizacin 1-2 m/s) y circulantes (5 m/s) y trabajan a temperaturas de hasta 1000C; tienen la desventaja de presentar mayores problemas con la limpieza del aire debido a sus condiciones de funcionamiento. [1]Gasificadores de flujo arrastrado: trabajan a temperaturas entre 1500C y 2000C, son los de mayor capacidad y producen los gases con mayor poder calorfico. Estos son poco usados dado sus grandes complicaciones y costos de operacin. [1]

En la Ilustracin 2 se puede ver un resumen general de los tres tipos de gasificadores con algunas de sus caractersticas tcnicas ms importantes como la capacidad de generacin de energa y los tipos de biomasa que pueden ser aprovechados.

Ilustracin 2 Caractersticas de gasificadores [3]

A partir del tipo de reactor seleccionado se pueden disear los sistemas de purificacin de gas y seleccionar el tipo de turbina o motor de combustin interna que cumpla con las condiciones requeridas. En general el sistema de purificacin de gas consta de un recolector de partculas y un intercambiador de calor los cuales permiten obtener un gas lo suficientemente limpio y a una temperatura adecuada para su uso en los equipos de generacin posteriores.

2. Justificacin de la tecnologa seleccionada.En la central mayorista diariamente se producen 80 toneladas semanales de residuos orgnicos puros y se consumen 66 Mw al mes (109 Kw/h ,20h/da), por esto se hace necesario un sistema de funcionamiento continuo que permita el procesamiento de estos residuos con una generacin de energa que ser aprovechada por la misma central.Entre las diferentes alternativas que se contemplaron, la que ms se acerca a estas condiciones de operacin es la gasificacin, pues permite un procesamiento continuo de biomasa con una generacin significativa de energa.

Luego, Entre los tipos de reactores que se estudiaron y basados en el estado del arte, el ms adecuado para nuestras condiciones es el de lecho fijo, ya que es el gasificador de ms fcil diseo y operacin y segn el estado del arte estos pueden alcanzar generaciones de hasta 500 Kw [4], pudiendo abastecer la planta en su totalidad y generar energa extra que puede ser vendida a la red elctrica regional.

3. Tamao del proyecto Ya que se cuenta con las condiciones ideales de espacio e insumos para la operacin del gasificador se procede a disear una planta de cogasificacin por lecho fijo con una produccin total de 300 KW e/h , para esto se debe considerar que el gasificador debe funcionar con unas condiciones de biomasa ,como son , un tamao de partcula inferior a 80mm y una humedad >30% , ya que un mayor porcentaje puede reducir la capacidad de generacin de gas por efectos de perdidas energticas en la evaporacin del agua contenida.[4] La planta ser ubicada en la zona donde actualmente se almacenan las basuras , en esta se pretende ocupar no ms de 30m2 debido el costo elevado del rea dentro de las instalaciones , por lo que se ve limitada la capacidad de produccin del sistema.Adems se debe contar con la zona ya estipulada para la recoleccin de residuos donde esta seguir funcionando pero se deben implementar un sistema de preparacin de la biomasa, compuesto por un molino y un horno lineal para bajar el contenido de humedad de los residuos, luego este proceso reducir el volumen de los residuos producidos al retirar dicha humedad ya que estos alcanzan en general tienen altos porcentajes de humedad.

4. Equipos requeridos

Partiendo de las plantas existentes se procede a dimensionar el sistema ya que el diseo detallado de estos es muy complejo , por lo que se decide adaptar sistemas existentes que se adapten a nuestros requerimientos , primero se requiere un reactor de lecho fijo LHC-200 ( Ilustracin 3 ) con una capacidad de produccin de gas de aproximadamente 800 m3/h. El poder calorfico del gas debe ser evaluado ya que puede tener pequeas variaciones segn el tipo de biomasa que se alimente al reactor.

Ilustracin 3 Reactores lecho fijo Fengyu[5]

para la alimentacin del reactor se deben satisfacer dos condiciones de la biomasa , estas son porcentaje de humedad y tamao de grano , por ser un reactor de lecho fijo , estos tienen la mayor amplitud en los tamaos de grano pudiendo ser alimentados con partculas de hasta 80 mm , para cumplir con estos requerimientos se selecciona un molino 9PK-800 con una capacidad de 1.5 ton/h ( Ilustracin 4) , as es posible moler todos los residuos producidos durante las 8 horas de labor regulares, luego esta biomasa es pasada por un horno lineal compuesto por una banda y una coraza calentada por agua proveniente del intercambiador del sistema de purificacin de los gases a la salida del reactor

Ilustracin 4 Molino biomasa Holyphant[6]

El sistema de purificacin de gas estar conformado por un cicln y un radiador. Para el cicln se selecciona un HIC-200 ( Ilustracin 5) el cual tiene una capacidad suficiente de procesamiento con una buena eficiencia en la separacin. Para la refrigeracin se adaptara un intercambiador de tubos y corazas MBR 0.8 (Ilustracin 6)

Ilustracin 5 Cicln HST[7]

Ilustracin 6 Intercambiador tubos y corazas Taishan[8]

Por ultimo para la generacin de la energa se instalaran una turbinas a gas compatibles con biogs, en este caso para el sistema se adapta la turbina modelo KDGH500-G la cual tiene un consumo de aproximadamente 0.6 m3/Kw.h para una generacin de 500kw.h (Ilustracin 7), energa suficiente para el funcionamiento de la planta, el abastecimiento de la central, quedando un buen excedente para vender a la red de distribucin.

Ilustracin 7 Turbina a biogs Camda[9]

Ya que la red de energa de la empresa privada no se puede modificar, se hace necesario la instalacin de toda una red independiente que va en paralelo a la actual y alimenta todos los establecimientos de la planta, para la venta de la inyeccin y venta de energa a la red pblica es necesario acordar el proceso con los suministradores del servicio actual.

5. Materias primas e insumos

La cogasificacin al ser un proceso continuo requiere de un abastecimiento permanente de biomasa

Ilustracin 8 componentes de una planta de cogasificacin[2]

6. Descripcin del procesola cogasificacin parte con la recoleccin de la biomasa en la central mayorista, esta ser llevada durante todo el da a la zona adaptada para la instalacin de la planta, una vez ac la biomasa ser introducida en el molino el cual lleva todo el material al tamao requerido y a su vez alimenta el horno lineal. Dentro del horno la biomasa bajara de un 80% de humedad a un 40% aproximadamente, el exceso de humedad se perder durante su almacenamiento.Para la alimentacin del reactor se deben suministrar 0.36 ton/h los cuales alimentan al reactor a travs de la tolva de alimentacin de este. A partir de esta etapa el sistema es prcticamente automatizado, nicamente se debe retirar peridicamente los residuos producto de la gasificacin del reactor, los cuales pueden ser empacados y vendidos como abono dentro de las mismas instalaciones de la central, la periodicidad de este proceso debe ser evaluada con el equipo en funcionamiento por lo que no se especifica en este informe.

7. Personal requerido

8. Referencias[1]J. Phillips, Different Types of Gasifiers and Their Integration with Gas Turbines, Gasifipedia, pp. 6777, 2004.[2]NovaEnerga, Proyecto de generacin elctrica con gas de biomasa.[3]C. C. Centre, Co-gasification and indirect cofiring of coal and biomass, Biomass, no. December, pp. 1415, 2009.[4]J. F. Prez Bayer, O. H. Daz Ibarra, R. C. Obando Enriquez, and A. Molina Ochoa, Diseo Conceptual De Un Gasificador De Biomasa De Lecho Fijo En Equicorriente a Escala Piloto, Tecnolgicas, no. 22, pp. 121140, 2009.[5]Fengyu, Reactor lecho fijo ALIBABA. [Online]. Available: http://www.alibaba.com/product-detail/500KW-biomass-gasifier-equipment-in-South_203197757.html. [Accessed: 01-Apr-2015].[6]Holyphant, Molino de biomasa. [Online]. Available: http://www.alibaba.com/product-detail/2014-New-desgin-Flat-die-biomass_1958591013.html. [Accessed: 01-Apr-2015].[7]HST, Cicln. [Online]. Available: http://www.alibaba.com/product-detail/cyclone-separator-price-cyclone-dust-collector_60188021642.html. [Accessed: 01-Apr-2015].[8]Taishan, Intercambiador Tubos y corazas. [Online]. Available: http://www.alibaba.com/product-detail/ASME-Stamp-Ti-and-Stainless-Steel_712200968.html. [Accessed: 01-Apr-2015].[9]Camda, Turbina a Biogas. [Online]. Available: http://www.alibaba.com/product-detail/Camda-gas-generator-set-biogas-or_1612177553.html. [Accessed: 01-Apr-2015].