PDF SCWG - Cade Engineering

PARTNER CONSULTOR EN MEDIO AMBIENTE INDUSTRIAL
supercritical water gasification
gasificación de biomasa húmeda en agua supercrítica
Fundada en 2003, hemos realizado más de 800 proyectos de desarrollo, diseño, optimización, evaluación y valitecnologías energéticas y de proceso en todo el mundo.
expert engineering assessment
engineering meets technology
Objetivos sectoriales
> Valorización energética de biomasas húmedas de manera
más competitiva que las tecnologías actuales (aumento de
la eficiencia energética al evitar procesos de secado).
> Valorización energética de efluentes con alto contenido en
humedad (% H2O > 80 %) para los que actualmente no existe
una alternativa tecnología viable de valorización energética
(valorización y eliminación de costes de gestión externa).
> Obtención de syngas rico en hidrógeno, de alto poder
calorífico, limpio y con posibilidad de capturar el CO2
generado.
> Precipitación selectiva de los compuestos inorgánicos de
la biomasa.
> Proceso fácilmente integrable en ciclos de vapor, ciclos
combinados y cogeneraciones: aumento del rendimiento
global.
> Vertido Cero
dación de equipos, plantas, aplicaciones industriales, y
cade
cade
orujo y vinazas
VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA SCWG
ingeniería experta de consulta
ingeniería avanzada
ingeniería termosolar (CSP)
Secado por pulverización
> Aumentar el beneficio de la valorización energética del residuo por medio de aplicaciones de cogeneración, basadas
en el empleo de gas de síntesis.
> Evitar el coste de operación e inversión asociados a los procesos de secado del orujo previos a su aprovechamiento
energético mediante tecnologías de gasificación convencionales.
> Permitir una valorización energética de las vinazas.
> Reducir la generación de residuos, tales como alquitranes, frente a otros procesos de gasificación.
> Disponer de un gas rico en hidrógeno, que permita explorar otras vías de comercialización de mayor valor añadido.
PROCESO
AÚTONOMO
Calor y frío de proceso por
energía termosolar
Partner Consultor en MedioAmbiente Industrial
CALOR TOTAL
DISPONIBLE (KWT)
POTENCIA ELÉCTRICA
(KWE)
RENDIMIENTO
TÉRMICO (%)
RENDIMIENTO
ELÉCTRICO (%)
COMBUSTIÓN + GENERACIÓN
DE VAPOR
153,8
72,8
-
47,3
-
COMBUSTIÓN + GENERACIÓN
DE TURBINA DE VAPOR
153,8
49,7
23,1
32,3
15
GLASIFICACIÓN +
COGENERACIÓN
153,8
5,2
39,9
3,5
26
SCWG+COGENERACIÓN
(TEÓRICO)
162,9
61,8
39,3
37,9
24,1
SCWG+ COGENERACIÓN
(EXPERIMENTAL)
162,9
50,9
32,3
31,2
19,8
Análisis económico
BASE MÁSICA (KG/HR)
(ORUJO/VINAZA) Análisis
ENERGÍA
COGENERACIÓN SCWG (MAX)
SYNGAS
Vector H2
COGENERACIÓN SCWG (MAX)
recuperación de agua
ORUJO
PTH
(€/AÑO)
26.810
PE
(€/AÑO)
0
TOTAL
(€/AÑO)
26.810
4000/600 KG/
HR
TOTAL
(€/AÑO)
1.072.400
ORUJO
18.270
17.787
36.057
1.442.280
302.960
675.360
489.160
3.197.986
262.707
2,22
ORUJO
ORUJO +
VINAZA
ORUJO +
VINAZA
1.890
30.723
24.871
32.613
1.304.520
1.745.240
440.720
813.120
626.920
211.900
2,49
N/A
N/A
N/A
3.248.793
3.460.693
N/A
1.98
N/A
N/A
N/A
N/A
1.63
BIOMASA
VAPOR PROCESO
COGENERACIÓN TURBINA
VAPOR
COGENERACIÓN GASIFICACIÓN
CAPTURA CO2
CONSIDERANDO PROCESO DE EVAPORACIÓN DE VINAZAS BASADO EN 5 EFECTOS
económico
TECNOLOGÍA
salida
Ideas Medioambientales, S.L. es una consultora ambiental cuyo código corporativo se
basa en “la protección, la conservación y la regeneración del medio ambiente” siempre
dentro del marco del desarrollo sostenible y responsable. En esta línea los profesionales
de nuestro departamento de Medio Ambiente Industrial son auténticos creativos orientados a la búsqueda de propuestas que generen valor y ofrezcan soluciones reales a las
empresas, facilitando el acceso y promoviendo la incursión de las nuevas tecnologías
ambientales con mayor proyección de futuro, y funcionando a la vez de prescriptores de
las mejores soluciones tecnológicas existentes actualmente en el mercado.
CONSUMO DE
BIOMASA (KW)
TECNOLOGIA
100/15 KG/HR
18.760
30.261
22.680
43.631
2.117.640
52.941
DIF. MIN
DIF.MAX
DIF.MEDIA
INVERSIÓN
DIF. INVERSIÓN
TOTAL
(€/AÑO)
672.840
TOTAL
(€/AÑO)
1.045.240
TOTAL
(€/AÑO)
859.040
(€)
(€)
(AÑOS)
2.094.828
1.365.865
1,95
3.460.693
AMORTIZACIÓN
BALANCE ENERGÉTICO SCWG+COGENERACIÓN (sector vinícola alcoholero)
Electricidad
TECNOLOGIA
CONSUMO
DE BIOMASA
(KW)
CALOR TOTAL
DISPONIBLE
(KWT)
POTENCI
ELÉCTRICA
(KWE)
RENDIMIENTO
TÉRMICO (%)
RENDIMIENTO
ELÉCTRICO
(%)
BIOGÁS
89,6
29,3
18,3
32,7
20,4
SCWG +
COGENERACIÓN
(CÍTRICOS 80%
AGUA)
88,8
39,3
24,9
44,2
28
SCWG +
COGENERACIÓN
(CÍTRICOS 60%
AGUA)
177,8
78,4
49,6
44
27,8
Análisis económico
BASE MÁSICA
(KG/HR)
TECNOLOGÍA
BIOGÁS
COGENERACIÓN SCWG
COGENERACIÓN SCWG
100 KG/HR
BIOMASA
CÍTRICOS 80% AGUA
CÍTRICOS 60% AGUA
CÍTRICOS 80% AGUA
PTH (€/AÑO)
11.483
28.910
14.490
PE (€/AÑO)
14.091
38.192
19.173
TOTAL(€/AÑO)
25.574
67.102
33.663
100 KG/HR
4000 KG/HR
TOTAL(€/AÑO)
255.740
671.020
336.630
TOTAL(€/AÑO)
1.022.960
2.684.080
1.346.520
INVERSIÓN 1000
KG/HR
(€)
732.000
1.192.874
1.192.874
AMORTIZACIÓN 1000
KG/HR
(AÑOS)
2,9
1,8
3.5
BALANCE ENERGÉTICO:
SCWG+COGENERACIÓN
(sector alimentario. Residuos
cítricos 80 % agua)
Frío de Proceso
Calor de Proceso
> Plantear una alternativa de mayor
rendimiento energético para la valorización de los residuos que la actual basada en la producción de biogás/combustión.
> Permitir trabajar con equipos de menor
tiempo de residencia y menor tamaño,
que los empleados en la fermentación
anaeróbica propia del biogás.
> Reducir el coste de tratamiento del gas
generado frente a la opción de biogás.
Por ejemplo, los destinados a desulfuración y eliminación de xilosanos, necesarios en las plantas de fermentación.
> Disponer de un proceso más estable y
controlable en función de las condiciones
de operación.
> Disponer de un gas rico en hidrógeno,
que permita explorar otras vías de comercialización de mayor valor añadido.
Resultados de los balances energéticos para los residuos del sector alimentario.
Resultados de los balances energéticos para los residuos del sector vinícola alcoholero
BIOMASA RESIDUAL HÚMEDA/AGUAS RESIDUALES
(CONTAMINACIÓN ORGÁNICA)
entrada
Gasificación de biomasa en
agua supercrítica
Objetivos sectoriales
En Ideas Medioambientales, S.L. creemos en la tecnología, pero también creemos en las
personas y en el trabajo en equipo, y ponemos a disposición de nuestros clientes todos
nuestros recursos para encontrar las mejores soluciones para su negocio.
TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN EN AGUA SUPERCRÍTICA (SCWG)
> La gasificación en agua supercrítica (SCWG) es una tecnología
prometedora para la conversión de biomasa húmeda (sin necesidad de secado previo) en syngas de alto poder calorífico rico en
hidrógeno y metano.
ico) para la transformación de la biomasa húmedas en syngas de
alto poder calorífico, mediante un proceso limpio, en el que se evita
la aparición de los contaminantes habituales de la tecnología convencional de gasificación, tales como alquitranes, a la vez que permite la recuperación del agua contenida en la biomasa gasificada, la
> El proceso consiste en gasificar la biomasa residual en medio acu- captura del CO2 y la precipitación selectiva de las sales inorgánicas
oso, en condiciones supercríticas (por encima de su punto crítico contenida en la misma.
que corresponde a una presión de 22,1 MPa y una temperatura de
374ºC), que hacen que el agua adquiera propiedades especiales > Por tales motivos se considera el proceso SCWG idóneo para
(como densidad, viscosidad, conductividad térmica y calor específ- solucionar el problema de la gestión de la biomasa residual húmeda y para valorizarla energéticamente, siendo una fuente más de
ingresos para la industria productora.
Objetivos sectoriales
TECNOLOGIA
CONSUMO DE BIOMASA
(KW)
SCWG + COGENERACIÓN
(ALPECHINES 85% AGUA)
SCWG + COGENERACIÓN
(ALPECHINES 95% AGUA)
x (mol/mol total) base seca
x (mol/mol total) base seca
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0
0
350
400
450
x CH4 (REquil)
500
550
600
650
700
Temperatura
(ºC)x CO (REquil)
x CO2 (REquil)
750
800
850
245
265
x CH4 (REquil)
285
305
325
Presión (bar) x CO (REquil)
x CO2 (REquil)
COMPONENTES





> Se ha determinado que cuanto menor es el ratio O/C, mayor es
el rendimiento teórico máximo del hidrógeno, desde un punto de
vista termodinámico
Máximo rendimiento teórico de hidrógeno
23,1
30,7
48,4
14,6
9,3
46,6
29,7
TECNOLOGÍA
BIOMASA
COGENERACIÓN SCWG ALPECHIN 94%
COGENERACIÓN SCWG ALPECHIN 85%
100 KG/HR
PTH (€/AÑO)
4.942
12.910
PE (€/AÑO)
7.161
17.787
1000 KG/HR
4000 KG/HR
TOTAL (€/AÑO) TOTAL (€/AÑO) TOTAL (€/AÑO)
12.103
121.030
484.120
30.697
306.970
1.227.880
INVERSIÓN
1000 KG/HR
(€)
1.192.874
1.192.874
AMORTIZACIÓN
1000 KG/HR
(AÑOS)
9.9
3.9
345
365
x CO (REquil)
x H2 (REquil)
0,4
0,3
0,2
0
10
20
30
40
50
60
Glucosa
Celulosa
Alcoholes
Ácidos Grasos
...
 DISEÑO TÉCNICO-ECONÓMICO OPTIMIZADO
 VIABILIDAD A ESCALA INDUSTRIAL
 DISEÑO DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO A
ESCALA INDUSTRIAL
-Calor
-Frío
-Electricidad
 INTEGRACIÓN EN EL PROCESO DEL AGUA
RECUPERADA
EXPERIMENTACIÓN
 VALIDACIÓN DE SIMULACIONES
INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN
POLIETILENO
ETANOL
ANTAL WOOD
CELULOSA
MADERA
GLUCOSA
METANOL
GLICEROL
ÁCIDO OLEICO
ÁCIDO LINOLEICO
0
0,5
0,68
0,83
0,95
1
1
1
0,11
0,11
2
3
1,46
2
1,9
2
4
2,66
1,88
1,77
42,9
28,1
16,7
14,8
13,7
13,3
18,8
15,2
36,2
35,7
35
30
Recuperación y Captura del CO2
TIPO DE
BIOMASA
% (P/P)
BIOMASA
KG CO2/KG
BIOMASA
% CO2
CAPTURADO
% CO2
SYNGAS
LIGNOCELULÓSICA
89,6
29,3
18,3
32,7
ÁCIDOS GRASOS
88,8
39,3
24,9
44,2
BASE SECA
T SEPARACIÓN=50ºC
70
DISEÑO PLANTA INDUSTRIAL
G H2/100 G BIOMASA
40
%wt.%wt.
Glicerol
Glicerol
x H2 (REquil)
RATIO (H/C)
Máximo rendimiento teórico
hidrógeno (g H2/100 g biomasa)
g H2/100de
g biomasa
> Gran parte del CO2 generado en la gasificación (20 % - 50%) se elimina
de la corriente del syngas por medio de enfriamiento.
> De esta forma, el CO2 es solubilizado en agua, para su posterior
recuperación por descompresión. El CO2 recuperado es almacenado a
presión superior a la atmosférica , pudiendo ser empleado en aplicaciones
industriales.
x CO2 (REquil)
0,5
RATIO (O/C)
45
x CH4 (REquil)
0,6
COMPUESTOS
50
 RATIOS PRODUCCIÓN H2 Y CH4
-Presión óptima
 COMPOSICIÓN DE SYNGAS
-Temperatura óptima
 RATIO RECUPERACIÓN DE AGUA
 SELECCIÓN DE MATERIALES
 RATIO CAPTURA DE CO2
 CINÉTICAS Y CRITERIOS DE ESCALADO
 ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO
SIMULACIONES
ALPECHÍN
ELECTRICIDAD
KWH_EL/TN
187
1200
0
225
CARACTERIZACIÓN DE BIOMASA
%C
%H
%O
Humedad
Cenizas
36,4
31,3
EXPERIMENTACÍON Y DISEÑO A MEDIDA





FRÍO DE PROCESO
KWH_FRÍO/TN
728
3740
RECUPERACIÓN DEL AGUA
0,1
x H2 (REquil)
ANÁLISIS ELEMENTAL
RENDIMIENTO ELÉCTRICO
(%)
0,7
0,6
0,5
RENDIMIENTO
TÉRMICO (%)
0,8
0,7
0,6
POTENCI ELÉCTRICA
(KWE)
Glicerol-REquil
(750
GLICEROL (750ºC;280
bar) ºC; 280ºC)
0,8
CALOR DE PRROCESO
KWH_TH/TN
428
2200
Análisis económico
INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN
0,7
CALOR TOTAL
DISPONIBLE (KWT)
75,1
BASE MÁSICA (KG/HR)
GLICEROL (750ºC;15 %wt.)
LIGNOCELULÓSICA
ÁCIDOS GRASOS
%BIOMASA
(P/P)
20
40
vector hidrógeno
Resultados de los balances energéticos para los residuos del sector del aceite
> De manera simplificada, la estequiometría de la reacción es la siguiente:
2C6H12O6+7H2O ∑∑ 9CO2+2CH4+CO+15H2 (Glucosa)
0,8
TIPO DE BIOMASA
> Resolver el problema medioambiental de los alpechines.
> Permitir la valorización energética de los alpechines mediante aplicaciones de generación eléctrica o cogeneración.
> Disponer de un sistema de valorización energética de los alpechines capaz de recircular el agua al proceso de producción
de aceite, disminuyendo por tanto dicho consumo, lo que permitiría resolver el principal problema de la tecnología de producción basada en 3 fases.
> Disponer de una alternativa para la valorización energética del alpeorujo basada en un gas rico en Hidrógeno, y por tanto
explorar otras vías de comercialización de los productos de mayor valor añadido, frente a las valorizaciones actuales.
> La biomasa y los residuos orgánicos se descomponen mediante
reacciones de hidrólisis y oxidación, prácticamente en su totalidad
en H2, CO, CH4 y CO2, proceso favorecido por la alta solubilidad en
agua supercrítica de los productos intermedios.
GLICEROL (280 bar;15 %wt.)
alpechines
ratios de valorización
> Alimentación y bebidas
> Industria láctea
Cerveza
Valorización de Bagazo
> Vinos/Alcoholes
Valorización de subproductos
Patata
Maíz
Girasol
Arroz
Valorización de vinazas/lías/orujos
> Agroalimentario
Valorización de subproductos
> Transformados vegetales
Aceite/Aceituna
Valorización de Alpechines y Alpeorujos
> Biodiesel
Valorización Orujillos
Valorización fase glicerina
Frutas
Valorización residuos procedentes de
transformación citrícos
25
20
15
10
5
0
Glucosa Almidón de Glicerol
maíz
Celulosa
Madera
Metanol
Etanol
Ácido
linoleico
Ácido
oleico
Polietileno
g H2/100 g biomasa
APLICACIONES
comerciales
> Depuración
Valorización de lodos depuradora
Valorización de purines
> Industria química
Termoestables
Termoplásticos
> Industria papelera
Lejías negras
OPTIMIZACIÓN (EJEMPLO: VINAZA 20% wt.)
VINAZA
PLANTA PILOTO
> La planta piloto, diseñada para trabajar con
un amplio ratio de caudales (5 – 100) kg/hr,
y hasta 750 ºC y 280 bar, permite estudiar
cualquier tipo de biomasa, permitiendo evaluar la viabilidad técnica de la aplicación para
cada una de ellas, así como determinar los
parámetros óptimos de escalado a nivel in-
dustrial, permitiendo de esta forma la optimi- > El desarrollo de un concepto modular y eszación de coste de inversión y O&M.
calable de planta, adaptable a cualquier gama
de caudales y composiciones de biomasas,
> La base de la tecnología scwg radica funpermite obtener unos rendimientos de obdamentalmente en el innovador diseño del reactor de gasificación y el sistema de recuper- tención de syngas y energéticos muy comación y aprovechamiento energético.
petitivos y optimizados.
CADE SOLUCIONES DE INGENIERIA, S.L. (Sede central)
Parque Científico y Tecnológico, Paseo de la Innovación, 3 02006 Albacete – España
SPAIN
T +34 967 190 172
F +34 967 190 172
cadeengineering.com
[email protected]
Proyecto financiado con ayudas Torres Quevedo y Horizonte Pyme 2015 del Ministerio de Economía y Competitividad en el marco del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016
aplicaciones sector alimentario
descripción de la tecnología