La gasificación es un proceso en el que la biomasa o el combustible fósil se convierte en monóxido de carbono, hidrógeno y dióxido de carbono (gas de síntesis o “syngas”)¹.

Según el teorema de eficiencia termodinámica de Carnot, el gas de síntesis producido es más rico en energía que la energía producida por el combustible orgánico durante su combustión debido a temperaturas de combustión más altas. Además, el gas de síntesis puede usarse directamente en motores de gas, hornos, calderas y oxidantes térmicos.

En algunas partes del mundo, se cree que el gas de síntesis fabricado con biomasa es menos costoso que el combustible fósil y puede sustituirse directamente en la mayoría de las aplicaciones.

La calidad del gas de síntesis producido depende de la composición de la reacción, que en última instancia depende del control preciso del oxígeno o del aire que ingresa a la cámara de gasificación.

El gas de síntesis o “syngas” puede crearse a partir de una materia prima de biomasa, desechos sólidos municipales, desechos médicos e incluso desechos peligrosos. Si bien la cantidad de contaminación creada depende de la materia prima, el gas de síntesis quema más limpio que los combustibles fósiles y tiene emisiones mucho más bajas que los gases de efecto invernadero.

Creando Syngas

El Syngas generalmente se crea a partir de tres componentes principales: carbono, oxígeno y vapor. El carbono y el vapor se crean calentando el combustible, y el oxígeno se agrega de manera exógena.

El oxígeno introducido interactuará con el vapor y el carbono para crear finalmente una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. La composición particular del gas de síntesis depende principalmente de la cantidad de oxígeno agregado al sistema. Añadir demasiado oxígeno dará como resultado una mayor concentración de dióxido de carbono y una concentración correspondientemente menor de monóxido de carbono. Tal mezcla reduce la calidad general del gas de síntesis y limita sus aplicaciones.

Debido al gran tamaño de la mayoría de las cámaras de gasificación, generalmente se requiere un gran caudal. Un controlador de flujo másico grande es la solución adecuada capaz de combinar los altos caudales necesarios con la precisión requerida para crear gas de síntesis con una composición ideal. Los controladores de la serie MCR de Alicat Scientific utilizan válvulas de control proporcional Rolamite casi sin fricción para controlar de forma rápida y precisa caudales de hasta 5000 SLPM. Con una precisión de +/- (0,8% de la lectura + 0,2% del rango de escala completa), se puede garantizar una composición precisa del syngas.

Mejorando lotes pobres

Si bien el caudal de oxígeno se puede controlar con precisión, a veces la concentración de los componentes del gas de síntesis no es la esperada debido a variaciones imprevistas en la materia prima o la configuración experimental. Para combatir este problema, se puede insertar un simple control de calidad. Cuando la calidad del gas de síntesis es inferior a la ideal, generalmente al crear un mayor porcentaje de CO2 de lo deseable, se puede usar un controlador de flujo másico de Alicat Scientific para agregar propano a la mezcla, en lugar de requerir un reinicio prolongado del sistema completo. Esta nueva mezcla coincidirá más estrechamente con las propiedades químicas de la composición deseada y puede usarse en la mayoría de las aplicaciones. Esta compensación se puede hacer fácilmente a través de la comunicación en serie con el controlador e integrarse en un programa de control de calidad existente.

Refinamientos Adicionales

Una vez creado el gas de síntesis, se puede usar un reactor de limpieza para eliminar partículas de alquitrán indeseables. Las partículas a menudo se eliminan mediante separación ciclónica. En un separador ciclónico con entrada secundaria, se rocía oxígeno a través de boquillas para crear un vórtice. Las partículas no podrán seguir la curva cerrada del vórtice debido al aumento de la inercia causada por su mayor densidad². Un caudalímetro másico de alta precisión de Alicat Scientific puede garantizar que las partículas de la densidad correcta se separen de manera eficiente mediante el control estricto del flujo de oxígeno. El gas de síntesis puede limpiarse aún más con aceite o lavado con agua para eliminar el alquitrán residual.

¡Seguridad ante todo!

Cuando se trabaja a temperaturas tan altas con materiales potencialmente combustibles, a veces es necesario purgar el sistema rápidamente. Un sistema de cierre de seguridad se puede configurar fácilmente con un controlador de flujo másico para inundar la cámara con nitrógeno. Estos controladores se pueden construir con una clasificación de área CSA Clase 1, División 2 (ATEX zona 2) para garantizar que se cumplan las normas locales de seguridad contra incendios y el controlador de flujo másico adecuado para el entorno operativo.

El gas de síntesis producido por este método puede usarse en celdas de combustible de hidrógeno, generación de energía, combustibles de transporte, etc.

Un producto secundario común de este proceso es el biocarbon o "biochar". Las propiedades de biochar se pueden predecir con éxito utilizando el diagrama de van-Krevelen³.

El biochar generalmente tiene propiedades higroscópicas y es muy útil como fertilizante, debido a su retención inherente de agua, naturaleza porosa y utilidad como fuente de carbono. También puede emplearse como carbón activo o biocombustible.

Cuando se opera a temperaturas más altas, la gasificación producirá piedra líquida y metal en lugar de biochar. Estos productos resultantes se pueden usar como materiales de construcción o relleno de alta densidad y se ha demostrado que no son filtrantes.

Los controladores de flujo másico de Alicat Scientific se pueden utilizar en múltiples áreas del proceso de gasificación: combustión, reactores de limpieza, seguridad y control de calidad. La precisión y versatilidad de estos equipos permite una producción de gas de síntesis más precisa, redundancia entre unidades y un control extremadamente rápido. Después de todo, la calidad del gas de síntesis producido depende del flujo preciso y repetible de oxígeno en la cámara de gasificación.

Nuestro equipo de ingeniería de aplicaciones está a su disposición para determinar la mejor tecnología para su aplicación. Póngase en contacto con nosotros a través de nuestro correo electrónico o teléfono +34 91 805 19 10.

Autores: Alyssa Jenkins y Mic Chadoir, Ph.D.

1) Beychok, M.R., Process and environmental technology for producing SNG and liquid fuels, U.S. EPA report EPA-660/2-75-011, May 1975

2) Brand, J.F. et. al., Conceptual use of vortex technologies for syngas purification and separation in UCG applications, Journal of the South African…., Oct 2018

3) Krevelen D., van (1950). “Graphical-statistical method for the study of structure and reaction processes of coal“. Fuel. 29: 269–284., 1950

4) “The liquid stone produced by sierra energy’s fastox gasifier proven to be non leaching.” Sierra Energy www.sierraenergy.com/news/posts/2014/august/the-liquid-stone-produced-by-sierra-energys-fastox-gasifier-proven-to-be-non-leaching/. Accessed 9 April 2019