Gasificación a presión de mezclas de carbón y biomasa para la producción de hidrógeno

Abstract

La utilización del carbón de forma limpia y eficiente mediante la tecnología de gasificación, es una de las principales alternativas para su continuidad en el mercado energético. Esta tecnología se caracteriza por su gran versatilidad, tanto en lo que respecta a los combustibles utilizados (carbón, biomasa, coque de petróleo, etc.), como a la aplicabilidad del producto obtenido; ya que el gas producido puede ser transformado en energía eléctrica (IGCC), productos químicos o H2, en función de la demanda del mercado. Este último tiene una gran importancia, ya que está considerado como el vector energético del futuro. Por otro lado, el aumento en la utilización de fuentes de energía renovables es uno de los retos a los que se enfrentan los sistemas energéticos actuales. La biomasa es un recurso renovable que puede utilizarse para producir hidrógeno mediante gasificación. Sin embargo, a medio plazo la opción más interesante para fomentar su utilización es la co-gasificación con carbón. Durante el presente trabajo se realizó un estudio del comportamiento reactivo de chars de combustibles de distinta naturaleza en un analizador termogravimétrico, mediante experimentos de reactividad isotérmica en vapor de agua. Se aplicaron distintos modelos cinéticos para predecir el comportamiento reactivo de dichos combustibles. Se ha llevado a cabo el estudio del efecto de las condiciones de operación sobre la producción de hidrógeno y otros parámetros del proceso, durante la gasificación de carbón en dos dispositivos experimentales de distintas características. Mediante la aplicación de un diseño factorial de experimentos se han obtenido expresiones matemáticas que permiten predecir la producción de hidrógeno, la eficiencia del gas, la conversión de carbono, etc., en un sistema de gasificación a presión con alimentación de sólidos en continuo, en función de las variables de operación (temperatura, concentración de oxígeno y concentración de vapor de agua). La gasificación de carbones de distinto rango ha puesto de manifiesto su distinto comportamiento en función de su reactividad y contenido en carbono. Además, se ha observado que el efecto de la presión es mayor cuando se utilizan carbones de bajo rango. Se ha llevado a cabo el estudio del comportamiento de mezclas de carbón con biomasa y coque de petróleo durante su co-gasificación con vapor de agua y oxígeno, observándose la existencia de interacciones entre los componentes de la mezcla, que modifican la producción de gases. En el reactor a presión con alimentación de sólidos se ha producido una mejora en la producción de hidrógeno y en la eficiencia del gas, al sustituir hasta un 10% en masa de carbón por biomasa.