Modelado unidimensional del proceso de gasificación de biomasa lignocelulósica en lechos empacados en equicorriente. Validación experimental con gasificadores invertidos

Resumen

En esta Tesis Doctoral se desarrolla un modelo matemático del proceso de gasificación de biomasa en un reactor equicorriente, basado en equilibrio térmo-químico. El modelo predice la composición final del gas pobre y su temperatura de reacción; además, se realiza un estudio paramétrico donde se investiga cómo influyen en el proceso el contenido de humedad de la biomasa y el dosado relativo de gasificación; prediciendo parámetros como el rendimiento de la primera ley de la termodinámica, el poder calorífico del gas pobre, la cantidad de agua disociada, etc, obteniendo una herramienta de soporte para el estudio del comportamiento de diferentes tipos de biomasa bajo el proceso de gasificación, y para el diseño y optimización de las plantas. También se presenta un modelo unidimensional estacionario del proceso de gasificación de biomasa en lecho fijo equicorriente, el cual acopla a las ecuaciones conservativas los procesos de secado, pirólisis (composición de volátiles según el tipo de biomasa), oxidación del carbón y volátiles, reducción del H2, CO2, y (H2O)v con el carbón, reacciones de reformado de hidrocarburos, intercambios de energía, transferencia de calor por radiación en la fase sólida (flujos de energía), variación de la fracción libre y del diámetro de partícula, entre otros. El modelo estudia, cómo influyen las principales variables del proceso en la velocidad de avance del frente de llama y con ello su efecto en la eficiencia. Mediante un estudio paramétrico, variando el tamaño de las partículas, la velocidad superficial del aire, el contenido de humedad de la biomasa y el diámetro del gasificador, se investiga su efecto; cuyo rendimiento del proceso es máximo a menor tamaño de partícula, menor velocidad superficial, menor contenido de humedad y mayor diámetro de gasificador, debido a que se incrementa la relación combustible/aire y con ella el poder calorífico del gas. Los puntos de operación simulados, fuer