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Potencial del proceso de pirlisis como
alternava para la valorizacin de los residuos
de cosecha en el sector azucarero colombiano
Edgar F. Castllo M.*
Caracterscas generales de los residuos de cosecha de la caa
de azcar.
En Colombia, como en los dems pases azucareros, se viene observando con mucho inters el
uso del residuo agrcola de la cosecha de la caa de azcar (RAC) como biomasa para aprovecha-
miento energtico debido a su poder calorfico (PC hoja = 4021,6 kcal/kg aproximadamente). Una
de las opciones tecnolgicas disponibles para este propsito, se denomina Pirlisis, que consiste
en un calentamiento severo en ausencia de aire. La etapa preliminar antes de comenzar con
el proceso de Pirlisis, comprende la limpieza de los RAC, operacin que se puede realizar por
separacin neumtica en seco y contina con el proceso de picado. De este modo los RAC deben
reducir la humedad por debajo del 10% y disminuir el tamao de partcula a niveles admisibles
por el pirolizador.
Con respecto a las caracterscas de los RAC (cogollo, hojas verdes y hojas secas), Ripoli
(1991) determin el poder calrico de los diferentes componentes del residuo de caa natural
(Cuadro 1). Eiland y Clayton (1984) encontraron los valores que aparecen en el Cuadro 2, cuando
realizaron anlisis prximo y lmo de los residuos de cosecha y bagazo de caa de azcar. En
el Cuadro 3 se observa el potencial calrico de los RAC, de acuerdo con su origen (Carvajal 2006).
Cuadro 1. Anlisis elemental y poder calrico de los residuos de caa.
Parmetro Cogollo Hojas Verdes Hojas Secas
Carbono (%) 42.11 43.41 41.76
Hidrgeno (%) 6.25 6.38 6.26
Humedad (%) 76.79 66.21 8.81
P.C. Superior (Kcal/Kg) 4318.7 4400.6 4439.0
P.C. Inferior (Kcal/Kg) 3981.4 4095.6 4001.4
P.C. = Poder calorfico
* Director Programa de Fbrica, Cenicaa,
Documento recibido en diciembre de 2008
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Cuadro 2. Resultados de anlisis Prximo y lmo de los residuos de cosecha caa deazcar.
Anlisis Prximo
Residuo BagazoParmetro Fresco (%) Seco (%) Fresco (%) Seco (%)
Humedad 65.8 0 59.2 0
Volalidad 25.2 73.4 35.6 87.3
Ceniza 2.6 7.5 0.3 0.8
Fijacin Carbono 6.4 19.1 4.9 11.9
Total 100 100 100 100
KJ/Kg 6521 19069 7925 19423
Anlisis lmo
Parmetro Residuo seco (%) Bagazo seco (%)
Carbono 47.60 49.90
Hidrgeno 5.60 5.80
Oxigeno y Nitrgeno 38.55 43.33
Azufre 0.70 0.17
Ceniza 7.55 0.80
Total 100 100
Cuadro 3. Composicin y valores del poder calorco de la hoja verde, hoja secay cogollo.
MaterialHumedadInicial (%)
HumedadResidual
MateriaVoll
Ceniza(%)
CarbnFijo (%)
P. Calorif.Btu/Lb
Azufre(%)
Cogollo 78.61 6.04 71.21 7.13 15.62 7704.90 0.20
HojaVerde
65.70 6.22 66.88 9.75 17.11 7285.46 0.26
Hoja Seca 11.97 5.94 68.57 1.59 13.90 7233.50 0.22
El proceso de pirlisis
La pirlisis consiste en la descompo-
sicin fsico-qumica de la materia
orgnica bajo la accin del calor y en
ausencia de un medio oxidante; es
un proceso trmico de conversin
en el que se utiliza un material conalto contenido de carbono para pro-
ducir compuestos ms densos y con
mayor poder calorfico, que pueden
ser empleados como combustibles
directamente o luego de un trata-
miento posterior. Los productos de
la pirlisis son gases, lquidos y un
residuo carbonoso, cuyas cantida-
des relativas dependen de las pro-
piedades de la biomasa a tratar y
de los parmetros de operacin del
equipo. En los ltimos aos la pirli-
sis se viene utilizando para la obten-
cin de combustibles lquidos y pro-
ductos qumicos a partir del carbn
y residuos orgnicos.
Una tcnica para generar bio-
combusbles lquidos consiste en
realizar una pirlisis rpida de bio-
masa, con la cual se producen bio-
aceites, que luego de etapas poste-
riores de renado, puede generar
compuestos con propiedades simi-
lares a las de los combusbles fsi-
les, tales como el diesel o la gaso-
lina.
La pirlisis rpida de biomasa
empez a estudiarse a nales de
1970 y a principios de la dcada
de los 80s, en la Universidad de
Western Notario (Canad), donde
obtuvieron eleno y polipropileno
mediante pirlisis de madera u-
lizando un reactor de ujo ascen-
dente; posteriormente este pro-
yecto dio origen a la formacin de la
compaa Ensyn. En 1980 GTRI en
USA, inici un proyecto en el que se
emple un reactor de tubos rotato-
rios con parculas en movimiento,
el cual obtuvo rendimientos de bio-
aceite del 28 % p/p.
En 1984 el Laboratorio de
Energa Renovable de USA NREL,
incursion en el empleo de cataliza-
dores durante la pirlisis, buscando
mejorar la calidad de los aceites
producidos; de esta forma, desa-
rroll un pirolizador catalco po
vrtex a escala piloto, empleando
zeolitas como catalizador, para pro-
ducir combusbles lquidos como
gasolina, BTX y fracciones fenlicas.
En la dcada de los 80s, laboratorios
y universidades de Europa y Norte
Amrica desarrollaron tecnologas
para la produccin de aceites piro-
lcos, cuyo principal objevo fue
lograr incrementos en el rendimiento
de la pirlisis en trminos de la can-
dad de bio-aceite producido; dentrode estos Centros se encuentran los
siguientes: Pyrovac, que emple pre-
siones reducidas del orden de los 15
kPa y temperaturas alrededor de los
450 C para obtener rendimientos
de hasta 47 % p/p; La Universidad
de Twente, en Holanda, desarroll
un reactor cnico rotavo, en el cual
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las parculas de biomasa choca-
ban tangencialmente con las pare-
des del pirolizador, logrndose una
pirlisis abrasiva con rendimien-
tos de 60 %p/p; Dynamove, enCanad, trabaj con reactores de
lecho uidizado para obtencin de
aceites aplicables para renacin
y control de emisiones de SOx y
NOx en plantas de combusn de
carbn; de igual forma se realiza-
ron estudios a escala piloto en Bl-
gica, Gran Bretaa, USA, y Suiza,
principalmente, con adelantos en
uso de catalizadores en reactores
de lecho uidizado, en los que seproces biomasa con ujos desde
1 hasta 2000 kg/h, en reactores de
lecho empacado, lecho uidizado
y po vrtex abrasivo, principal-
mente.
Actualmente, es de gran impor -
tancia prcca el proceso de
pirlisis rpida, el cual es un pro-
ceso de descomposicin trmica
que se produce a temperaturas
moderadas con una alta veloci-dad de transferencia de calor a
la biomasa y un corto empo de
residencia del vapor caliente en la
zona de reaccin. Varias congu-
raciones de reactor se ha demos-
trado que aseguran esta condicin
y logran rendimientos cercanos
al 75% basado en el peso inicial
de la biomasa seca. La pirlisis
rpida de la biomasa produce un
producto lquido, aceite de pir-
lisis o bio-aceite que puede ser
fcilmente almacenado y trans-
portado. La pirlisis rpida ha
alcanzado un xito comercial para
la produccin de sustancias qu-
micas y est siendo acvamente
desarrollada para la produccin de
combusbles lquidos.
Factores que determinan
el rendimiento de la
pirlisis
Entre los factores principales que
afectan el proceso de pirlisis se
encuentran la temperatura y la
rampa de calentamiento en la con-
versin de la biomasa a productos
gaseosos, slidos y lquidos (Demir-
bas, 2003). Si el propsito es maxi-
mizar la conversin de los productos
lquidos resultantes, la pirlisis de
la biomasa se hace a temperaturas
bajas, alta rampa de calentamiento
y tiempos de residencia cortos delos gases. Para una alta produccin
de carbn vegetal el proceso se hace
a bajas temperaturas y bajas ram-
pas de calentamiento. Si se desea
maximizar la conversin de los gases
combustibles resultantes, el proceso
se realiza a altas temperaturas, baja
rampa de calentamiento y largos
tiempos de residencia de los gases.
La tecnologa de pirlisis se
clasica de acuerdo con el empode residencia de la biomasa, la tem-
peratura mxima y el producto prin-
cipal (Cuadro 4).
A escala experimental se han
ejecutado numerosos ensayos en
varios pases, ulizando diferentes
pos de biomasa. Por ejemplo, la
pirlisis de carbn se est llevando
a cabo a escala industrial. La Corpo-
racin Yawata Works de Nippon Steel
en Japn, construy una planta queprocesa 1000 Ton/da de carbn,
para la produccin de gases y acei-
tes principalmente. Este proceso se
caracteriza por el alto rendimiento
trmico global logrado con un sis-
tema de gasicacin del char, el cual
combina la pirlisis rpida del car-
bn y el reciclado parcial del char
producido durante la pirlisis, para
usar el calor sensible de este lmo
en el producto de gasicacin, escomo una fuente de calor para la
reaccin del carbn pulverizado
(Kawasaki S. 2004)
Dynamove, empresa cana-
diense, realiza la pirlisis de ase-
rrn de madera, alcanzando cifras
de 100 t/dia (Sandving E. 2002).
En la actualidad la tendencia se dirige
hacia construccin de plantas de
mayor capacidad de procesamiento,
hasta 200 t/da. Wellman (compa-
a europea) ha obtenido resultados
interesantes en una planta de pir-
lisis de lecho uidizado de 250 kg/h
en Oldbury (Inglaterra) y en Porvoo
(Finlandia), en la planta de pirlisis
rpida de Fortum que procesa 500
kg/h.
Cuadro 4. Tipos de pirlisis segn la tecnologa ulizada.
Tecnologa Tiempo de residencia Temperaturamxima (oC) Producto principal
Carbonizacin Horas-das 300-500 Carbn vegetal
Lenta 5 30 min 400-600Bio-oleoCarbn
Gas
Rpida 5 s 450-600Carbn
Gas
Rpida 5 s 700-900Carbn
Gas
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Existen numerosas con-
guraciones de los reactores (Die-
trich Meier) para la pirlisis rpida,
entre los cuales se pueden sealar:
uidizacin neumca, la cual com-
prende reactor de lecho jo y lecho
uidizado, uidizacin mecnica,
en la cual la cual reactor es un cono
rotatorio o un tornillo sin n y por
ulmo reactores de calentamiento
por contacto directo en un disco
caliente o con tanque de vacio, como
lo muestra la Figura 1.
Los invesgadores del NREL
(Naonal Renewable Energy Labo-
ratory) a escala de laboratorio estn
desarrollando proceso gasicacin
y pirlisis para converr la biomasa
y sus residuos en combusbles y
productos qumicos. Los resultados
Figura 1: Conguraciones del reactor para pirlisis rpida, Fuente: Sandving, 2002.
proporcionan una slida compren-
sin de la qumica de la pirlisis de
biomasa, incluendo la estabilizacin
y el mejoramiento de bioaceites,
posibles aplicaciones de lquidos de
pirlisis y los requerimientos para la
ingeniera de sistemas que pueden
producir combusbles y productos
qumicos a gran escala. (hp://
www.nrel.gov/)
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Productos de la
pirlisis
En el Cuadro 5 se observan los
resultados de un caso tpico de
pirlisis rpida de madera y en el
Cuadro 6 algunas propiedades del
bioaceite (Sdaka, 2006).
Figura 2. Reduccin de emisiones de NOx por uso de bio-aceites
Fuente: Demirbas, 2008.
Cuadro 5. Rendimiento de la pirlisis rpida.
ProductoRendimiento
(% masa)Energa/Volumen
(MJ/m3)Energa/Masa
(MJ/kg)
Madera 100% 8000 20
Bio-aceite 65% 25000 21
Char 12% 9000 30
Gas 23% 15 12
Fuente: Sdaka, 2006
Cuadro 6. Propiedades del bioaceite obtenido de la pirlisi rpida de madera.
Propiedad Rango
Densidad (kg/lt) 1.1 - 1.3
Poder calorco inferior (MJ/kg) 13 18
Viscosidad (cSt) 13 - 80 (a 50 C)
Conducvidad trmica W/m-K 0.35 - 0.43
Capacidad calrico (KJ/kg*K) 2.6 - 3.8 (a 25 - 60 C)
Punto de ignicin (C) 110 - 120
Agua (% peso) 15 - 30
pH 2.0 - 3.7
(Sdaka 2006)
El bioaceite como combusble
ene numerosas ventajas compe-
vas sobre los combusbles pro-
venientes de la industria petrolera
(Brown R., y Holmgren J., 2006),tales como: 1. Bajas emisiones de
Oxido de Nitrgeno (NOx), (ver
Figura 2), ya que genera 50%
menos de emisiones de NOx que un
Fuel-Oil liviano en turbinas de gas
y turbinas diesel convencionales. 2.
Emisiones nulas de Oxido de Azufre
(SOx) debido a que es un combus-ble proveniente de desperdicios
orgnicos se considera balance nulo
de CO2. Por su baja viscosidad el
bioaceite puede ser almacenado,
bombeado y transportado en una
manera similar a los combusbles
procedentes del petrleo. El reem-
plazo de los combusbles fsiles
por Bio-Oil genera impactos posi-
vos para el medio ambiente, por la
reduccin de emisin de gases deefecto invernadero. Por su mayor
densidad, comparada con la de
otros combusbles lquidos, es posi-
ble transportarlo en mayor candad
en una misma unidad de volumen.
El bioaceite se puede emplear
como sustuto ecaz para diesel,
aceite pesado, aceite liviano, gas
natural en diferentes equipos y en
la industria, tales como: calderas,
rehervidores, hornos, motores esta-cionarios y metalurgias en donde
se ulizan estos combusbles
como fuentes de energa y poten-
cia. Aunque para estas aplicaciones
se deben tener en cuenta algunas
modicaciones, debido a las com-
posiciones qumicas complejas pre-
sentes en estos combusbles. Por
lo tanto algunas propiedades del
Bio-oil enen que ser modicadas
para su mejor aprovechamiento.
(Garcia M., et al, 2006).
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