01 introducción tratamientos térmicos pir gas-inc

13/04/2015 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 1

Introducción a los Tratamientos Térmicos de

Residuos

PROCESOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA RESIDUAL Y PRODUCTOS OBTENIDOS

fermentación

digestión

anaerobia

digestión

aerobia

Pirólisis

Gasificación

Combustión o Incineración

etanol

metano

compost

coque

alquitranes

gas de síntesis

calor

Termoquímicos

Bioquímicos


Incineración Sistema General de una Planta de Incineración


Introducción al Tratamiento Térmico Orden de Preferencia en la Gestión de Residuos

1. Prevención: minimizar su generación

2. Preparación para la reutilización

3. Reciclado

4. Otras formas de valorización: Tecnologías de

valorización térmica (pirólisis, gasificación e

incineración con recuperación de energía)

5. Eliminación: Por vertido subterráneo o sobre el terreno,

incineración simple (sin recuperación de energía…)


Introducción al Tratamiento Térmico Reutilización, Valorización, Eliminación de RSU

Planta Integral

de tratamiento

de RSU

RSU

familiar

40% COMPOSTAJE

14% RECICLADO

RDF: 40%

VERTEDERO escorias y cenizas

15-20% consumo familiar

INCINERACIÓN


Introducción al Tratamiento Térmico Definición de Tratamiento Térmico

Definición: Modificación de las características del residuo por efecto de la temperatura.

Tipos de tratamientos térmicos: Secado (desde 100ºC)

Pirólisis (300-600ºC)

Gasificación (700 -1100ºC)

Combustión o Incineración (850-1100ºC) Con recuperación energética

Sin recuperación energética

Alta temperatura: vitrificación (>1300ºC) y plasma térmico (>5.000ºC)

90-95% de los residuos sometidos a ttos. térmicos se incineran


Introducción al Tratamiento Térmico Factores Principales que afectan a los ttos térmicos

Temperatura

Composición de los Residuos: % humedad

%C, %H, %O, etc (análisis elemental) *

Composición del Agente Gasificante N2

Aire

• En exceso

• En defecto

H2O

O2

CO2

Mezcla de ellos *



Temperatura




Aire

• En exceso

• En defecto

H2O

O2

CO2

Mezcla de ellos *


Introducción al Tratamiento Térmico Análisis Elemental o Caracterización del Residuo

Determinación del contenido de elementos simples de un combustible: C, H, S, N, O, cenizas, humedad y agua combinada Halógenos, metales

C: orgánico o inorgánico (carbonatos).

H: orgánico o inorgánico (agua, humedad).

S: da lugar a escorias perjudiciales y SOx.

N: no aporta energía. A altas T, contribuye a la formación de NOx

O: reduce el poder calorífico, pero contribuye a reducir las necesidades de aire de combustión. Ej:

Papel: 32% C; 5.5% H; 42% O 4.200 kcal/kg Plásticos: 83% C; 13,5% H; 2% O 9.000 kcal/kg


Introducción al Tratamiento Térmico

Análisis Elemental de los RSU y su Poder Calorífico


Introducción al Tratamiento Térmico

Caracterización del RSU. Resumen

40% Materia Orgánica (que debería compostarse) PCI=1.800 kcal/kg

45% Combustible o RDF (Refuse Derivated Fuel) PCI=4.500 kcal/kg

20% Papel 4.200 kcal/kg 10% Cartón 3.900 kcal/kg 11% Plásticos 9.000 kcal/kg 3% Textiles 3.600 kcal/kg 1% Madera 4.400 kcal/kg

15% Inertes (Vidrio, Metales, Otros) y cenizas PCI=0 kcal/kg

Valor medio del RSU

PCI = 2100 kcal/kg *

(PCI mínimo para producir la combustión autosostenida ~ 2000kcal/kg)

poder calorífico inferior: el calor producido sin aprovechar la energía de condensación del agua



Temperatura




Aire

• En exceso

• En defecto

H2O

O2

CO2

Mezcla de ellos *


Introducción al Tratamiento Térmico Composición del Agente Gasificante

Tratamiento Térmico

biomasa residual CxHyOz

calor

Pirólisis gasificación combustión

Concentración de oxígeno

agente oxidante (aire, H2O, O2)

calor calor

Secado


Introducción al Tratamiento Térmico Relación Equivalente – Aire Estequiométrico

La composición del agente gasificante depende:

Contenido de humedad de la biomasa

Defecto o exceso de aire respecto al necesario para la

combustión total estequiométrica:

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

relación equivalente (ER)= O2introducido/O2estequiométrico

Compuestos mayoritarios: N2, CO2, H2O, CO , H2

Compuestos minoritarios: CH4, C2H4, C2H6, C2H2,...

Contaminantes o subproductos no deseados:

alquitranes, NH3, HCN, H2S, HC-Cl, metales alcalinos.


Introducción al Tratamiento Térmico Productos obtenidos vs. agente gasificante

Biomasa

Residual

(CnHmOx) C(s) o char

CO + CO2

H2

CH4

C2H4

C2H6

CnHm

PCIgas= 20-25 MJ/m3

calor

PIRÓLISIS

Gas Inerte

N2


Aire en

defecto

(N2 + ½ O2)


Biomasa

Residual

(CnHmOx) N2, O2

CO2

H2O

CO

H2

CH4

C2H4, CnHm

PCI = 4-6 MJ/m3

GASIFICACIÓN

(oxidación parcial)

calor


Vapor de

agua

(H2O)


Biomasa

Residual

(CnHmOx) N2, O2

CO2

H2O

CO

H2

CH4

C2H4, CnHm

PCI = 12-20 MJ/m3

GASIFICACIÓN

(oxidación parcial)

calor



Biomasa

Residual

(CnHmOx)

Aire en

exceso

(N2 + O2)

N2, O2

CO2

H2O

COMBUSTIÓN

INCINERACIÓN

calor vapor

electricidad

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Environment