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PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIA PARA LA ENERGÍA

PRODUCTOS DE VALOAGREGADO A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DE BIOMASA Y DESARROLLO R TECNOLÓGICO DE GASIFICADORES Dra. Diana López Instituto de Química Universidad de Antioquia


RECURSO HUMANO Docentes-Investigadores: Técnicos de laboratorio: Estudiantes de doctorado Estudiantes de maestría: Estudiantes de pregrado:

7 2 10 2 12

PRODUCCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Artículos científicos en revistas especializadas internacionales: 96 Comunicación en congresos, seminarios, charlas: 92 Patentes obtenidas (3), en proceso (4)


Líneas de investigación

 Reducción del impacto ambiental causado por el uso de combustibles fósiles  Reactividad y conversión de combustibles  Catalizadores para la conversión hidrocarburos

de


Productos a partir de la conversión de biomasa • Producción de biodiesel • Aditivos oxigenados a

partir

de

la

conversión del glicerol • Producción de gas de síntesis, H2 y nanotubos de carbono a partir de etanol, biogás y glicerol • Producción de hidrocarburos vía reacción Fischer-Tropsch • Proceso de Gasificación (carbón-biomasa)


PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Aceite vegetal crudo Semillas Aceite vegetal refinado

Alcohol Oleaginosas

Energía CO2 Vehículos Catalizador

Glicerina

-Industria alimentaria -Industria cosmética


Aceite vegetal crudo Semillas Aceite vegetal refinado

Alcohol Oleaginosas

Energía CO2 Vehículos Catalizador

-Industria alimentaria Glicerina -Industria cosmética


Materias primas

Aceite de JatrophaAceite de palma

Aceite de higuerilla


Reacciones convencionales e in situ Aceite de higuerilla crudo, pre-esterificaci贸n con H2SO4 Transesterificaci贸n con KOH 1% Relaci贸n molar EtOH-aceite 60:1, T = 60掳C Reacciones con EtOH-Hexano. Hexano 20% v/v aceite Aceite nordestina Etanol

Etanol/hexano

Convencional

97.6

97.3

In situ

53.5

42.7


Reacciones bajo microondas Efecto del tiempo de reacción y de la concentración de catalizador en el rendimiento a biodiesel. Aceite de higuerilla refinado, relación molar EtOH-aceite 10:1, T = 60°C Tiempo de reacción (min) 3

5

7

10

0.5

26.5

29.5

29.0

34.3

1.0

57.2

56.0

54.2

70.3

1.5

64.6

61.6

66.3

80.1

Concentración de catalizador (% w/w)

Rendimiento mediante calentamiento convencional 78,6% 60°C, 1.5% KOH, relación molar etanol-aceite 10:1, 1h


Reacciones catálisis heterogénea Aceite de higuerilla crudo Catalizador

Rendimiento

CaO 1%

0.8%

CaO 2% 0.9% CaO 2% - Tratamiento térmico a 800°C 10 % Carbonato de sodio 2% Saponificación Carbonato de Potasio 3% 75% Reacción con aceite de higuerilla crudo - pre-esterificación Catalizador hemimorfita Zn4Si2O7(OH)2∙ H2O 3% T = 90°C, t= 4h Rendimiento: 66.2%


ADITIVOS OXIGENADOS A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DEL GLICEROL


Rutas de Valorizaci贸n del Glicerol


Descomposición catalítica del glicerol Gas de síntesis Ni/La2O3 Glicerol

400°C – 700°C

T Condensados de glicerol -H2O

Efecto del aditivo en las propiedades del combustible Ensayo del aditivo en un motor tipo diesel

Aditivo


Nombre

Estructura

Peso molecular g/mol

Nombre

Estructura

Peso molecular g/mol

44

Acido acético

60

Acetona

58

Acido Propiónico

74

Acroleína

56

1,2 propanodiol

76

Metanol

32

1,3 propanodiol

76

Glicerol

92

Acetaldehído

Octaetilenglicol (p.m= 370)

PEG-8 Etanol

46

Hidroxiacetona

74


Conclusiones

Disminuci贸n en el punto de fluidez

Reducci贸n en un 23% del material particulado

Material particulado: Holl铆n HC pesados sulfatos


PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS, H2 Y NANOTUBOS DE CARBONO A PARTIR DE ETANOL, BIOGÁS Y GLICEROL


Biomasa

Biocombustibles Bioetanol

Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono

Descomposición catalítica

Glicerol

fo r Re ma

Biogás (CH4/CO2)

Biodiesel do

rm fo Re o ad

Refor mad

o

“bio-gas de síntesis” CO

H2


Bio-Nanotubos

Secuestro de carbono

MĂşltiples aplicaciones Nanotubos/Caucho Nanotubos/Asfalto Nanotubos/Titanio mesoporoso


“bio-gas de síntesis” “bio-compuestos sintéticos” CO

Celdas combustibles Urea

H2

Acrilatos Etilen glicol Acido acético

H2 Gasolina Diesel Alcoholes Vinil acetato

Fischer-Tropsch

CO + H2

Metanol

Etanol CO

DME Gasolina Diesel Olefinas Ácido acético


PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS VÍA REACCIÓN FISCHER-TROPSCH (FT)


Proceso F-T Carb贸n oo Carb贸n Biomasa Biomasa

Natural gas gas Natural


Sistemas Catalíticos

Óxidos mixtos CoO-MgO

Co/MgO

Selección MgO

Su alta estabilidad térmica Bajo costo

Sistemas altamente dispersos Inhibe la sinterización de las partículas metálicas Evita la deposición de C Estabilidad térmica

Ni/MgO


Evaluación Catalítica en la Síntesis F-T

Condiciones Reducción = 450ºC, 20 mL/min H2 puro, 15 h. Condiciones Reacción F-T = 270ºC, H2/CO = 2, 20 mL/min syngas.

48h

Estado Estable

Alta estabilidad (150 h)

Selectividad

Baja selectividad a la formación de ceras, con respecto a lo esperado para catalizadores de Co Interesante fracción C5 – C11 (rango gasolina)


PROCESO DE GASIFICACIÓN (CARBÓN-BIOMASA)


Usos potenciales del gas de síntesis

Químicos

CO H2

Amoniaco, Metanol, Hidrógeno

Combustibles líquidos

Diesel, Gasolinas

Combustibles gaseosos

Gas natural sintético

Ciclos de generación

Electricidad, Vapor


Aplicaciones en Energía Térmica  Ladrillera San Cristóbal S.A:  Combustor-Gasificador: 160 kg/h con más de 6 años en operación continua. El gas de combustión (20000 m3 a 200ºC) se diluye con aire y se utiliza para secar ladrillos. Ahorro entre 25-30% (Patente nacional).  Gasificador acoplado a un horno de producción de ladrillos: 700 kg/h. El gas producido se quema dentro del horno. Se mejoró la calidad del producto pues antes quemaban carbón y las cenizas se impregnaban en el ladrillo y lo manchaban (2 años en operación).  Cementos Argos S.A.: Diseño de un gasificador de 3400 Kg/h. Energía utilizada directamente en el horno.


Aplicaciones en Energía Eléctrica •

• •

Colciencias-CIIEN: Gasificador 5 kg/h de mezclas carbón/biosólidos de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Medellín (solicitud de patente). Fase II: 5 ton seca/día. Evaluación con cascarilla de arroz, bagazo de caña, cuesco de palma. CYTED: Prototipo de generación de energía eléctrica y térmica en núcleos aislados de Iberoamérica mediante hibridación (Biomasa/Solar). 40 kW. Colciencias-ISAGEN: Gasificador 15 Kg/h en lecho fluidizado a alta presión (30 atm y 1000 ºC). (Solicitud de patente). Fase II: 1 ton/día. Ventaja: sale un gas con presión suficiente para la limpieza del gas y poder usarlo de manera eficiente en una turbina.


Estudio y diseño de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de la gasificación de madera en zona rural del municipio de Necoclí (Chocó). Financiado por el IPSE.


Lo que se encontró…  Gran deposición de madera en las playas

del municipio  Usos de la madera para cercar terrenos  Quema de la madera en la playa y en el terreno destinado para ello  Contrabando de energía  Peligros por las instalaciones  Los aserríos generan pequeñas cantidades de desperdicios


Fundaci贸n CARTIF 9 - 13 junio 2008


Estrategia  Cuantificación de la madera que llega a las

playas  Clasificación de la madera  Condiciones de la madera  Reconocimiento del sistema de gasificación  Evaluación energética de la madera de Necoclí  Diseño del proceso


Áreas de recolección – SIG. 17.73 Km. de aproximadamente.

playa

1.Ceibita: 1.5 Km. 2.Totumo: 4 Km. 3.Casa blanca: 1Km. 4.Cabecera Mpal: 3.1 Km.

Área total de muestreo: 9.6 Km.


Tecnología  Capacidad de generación:  40 kWe Brutos  35 kWe Netos  Requerimientos:  Madera 3.5 x 3.5 x 5 cm  80 kg/h de madera  Humedad <20%  Gasificador en lecho fijo:

DOWNDRAFT (India)


ADECUACIONES


ARMADO - FILTROS


ARMADO – MOTOR-GENERADOR


Gasificación Gasificación

Carbón Carbón Co-gasificación Co-gasificación

Biomasa Biomasa


Proyectos 2011-2015  Producción de hidrocarburos vía licuefacción hidrotérmica     

de biomasa. Producción de dimetileter (DME) a partir del gas de síntesis. Producción de metano a partir del gas de síntesis. Pre-tratamiento de biomasa: líquidos iónicos y microondas. Producción de monolitos de carbono a partir de la torta de higuerilla y jatropha para la adsorción de contaminantes. Producción de estruvita (fertilizante) a partir de los diferentes procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales.


www.wix.com/quirema_udea/quirema dplope@gmail.com


COMPOSICIÓN DE LOS GASES OBTENIDOS 50.0 Composición gas (%v)

45.0 40.0 35.0 30.0

CO

25.0

CO2

20.0

H2

15.0 10.0 5.0 0.0

Aserrin

Cisco

Cascarilla

Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa  
Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa  

Diana Lopez-Producto de Valor Agregado a partir de la Conversión de Biomasa

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