Obtención de Bio-Combustibles Mediante Pirólisis De Cáscara De Nuez Pecanera (Carya Illinoinensis)

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2 Obtención de Bio-Combustibles Mediante Pirólisis De Cáscara De Nuez Pecanera (Carya Illinoinensis) Guevara Amatón Karla, Miranda Guardiola Rosa; Sosa Blanco César Alberto; Rodriguez Cantú Ma. Elena Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, * Departamento de Ingeniería Química Introducción Los residuos de la agricultura presentan un problema de eliminación al acumulares grandes cantidades; La investigación para desarrollo de técnicas y aplicaciones de la biomasa es de gran importancia a nivel mundial, la biomasa ocupa el cuarto lugar en el mundo como una fuente de energía, el uso de los combustibles de la biomasa proporciona ventajas substanciales en lo que respecta a las condiciones del medio ambiente (Hall et al., 1992). La producción mundial de nuez para el año 2006 fue de 210 mil toneladas, en México, se produce nuez pecanera en todas sus variedades, registrándose un crecimiento paulatino, al pasar de 57, 873 toneladas en el 2000 a 68, 222 en el 2005.(SAGARPA). La cáscara de nuez pecanera equivale al 50% en peso de la nuez siendo el primer subproducto de la industria comercializadora de nuez (López et al; 2004). El aumento de la producción y comercialización de la nuez trae como consecuencia grandes cantidades de cáscara, que es quemada a campo abierto, utilizada como fertilizante de los plantíos de nogales, o almacenada lo cual implica un riesgo a la salud, generando problemas ambientales a largo plazo como la acumulación de polvo y cría de roedores. Objetivo Estudiar el aumento de la fracción liquida de la pirólisis de cáscara de nuez mediante la manipulación de las variables de operación. Materiales Y Métodos La cáscara de nuez fue proporcionada por una industria comercializadora de nuez.

3 El contenido de elementos de C, H, N, O, S y la formula empírica fue determinado por el equipo de Análisis Elemental CHONS de la marca Perkin Elmer, el porcentaje de Oxígeno fue obtenido por diferencia. Para la experimentación de termogravimetria se llevó a cabo con un microprocesador controlador de termogravimetría TG/DTG Modelo TA Q500, se obtuvieron las curvas TG/DTG (Termogramas TG y Diferencial de TG) utilizando 6 mg de muestra que fue calentada de temperatura ambiente hasta 1000 C a pr esión atmosférica y los volátiles fueron extraídos durante todo el proceso mediante el uso de un gas acarreador (60 ml/min de Nitrógeno). Se utilizaron diferentes velocidades de calentamiento 1, 5, 10, 20 y 40 C/min en modo dinámico para la determinación de la cinética de reacción. Pirólisis escala banco: El proceso de pirólisis escala banco se lleva a cabo como se muestra en la Figura 1 en donde se cuenta con un reactor semi-continuo. A la salida esta la zona de colección que consta de un tren de condensación y una bolsa para gases no condensables. Las variables que se utilizaron para la pirólisis escala banco son: flujo de gas acarreador, peso de la muestra, tiempo de residencia, temperatura final del reactor Fig.1 1.Tanque de gas N 2, 2.Controlador de Temperatura, 3.Reactor semi-continuo, 4.condensadores, 5.Bolsa colectora de volátiles Resultados y Discusión Para la caracterización de la cáscara de nuez se realizó el análisis elemental y próximo se muestran los resultados en la Tabla 1, la muestra se caracterizó por tener un bajo contenido de hidrógeno, elevado contenido de oxígeno, carbón y compuestos volátiles.

4 Estos compuestos volátiles (formados por cadenas largas del tipo C n H m y presencia de CO 2, CO e H 2 ) son los que concentran una gran parte del poder calorífico de la cáscara de nuez, Tabla 1 Análisis elemental y próximo de cáscara de nuez Análisis Elemental Análisis próximo C H N S O a Hum Czs Vls CF a por diferencia Hum: Humedad, Czs: cenizas; Vls: volátiles, CF: Carbón Fijo Los valores obtenidos de porcentaje en peso de Carbono son similares a los reportados por Antal et al; 2000 que utiliza el mismo tipo de nuez pero cultivada en una región diferente, presenta cantidades similares de carbón 55.26% peso y oxígeno 32.77%. La Figura 2 presenta la curva TG a diferentes velocidades de calentamiento. Los resultados muestran que a mayor velocidad de calentamiento, mayor desplazamiento de las curvas hacia mayores temperaturas. Indicando el requerimiento de mayor energía para alcanzar la misma conversión T( C) Figura 2 Curvas TG de la pirólisis de cáscara de nuez utilizando un modo dinámico con rampas de 1, 5, 10 y 40ºC con un flujo de nitrógeno de 60ml/min. Los resultados de la pirolisis escala banco y las condiciones de operación se muestran en la Tabla 2. Para estimar el valor de rendimiento de los productos (sólido y líquido) se utilizaron los datos en peso, para la fracción gas se obtuvo por diferencia de la cantidad de muestra inicial menos los valores de fracción sólida y líquida obtenidos al final de la pirólisis.

5 Tabla 2 Condiciones de operación y resultados obtenidos de la pirólisis Temperatura inicial ( C) Gas acarreador Tiempo de Final (Hr) Líquido (% peso) Carbón (% peso) 600 Nitrógeno Nitrógeno Helio Helio Gas (% peso) Caracterización de Productos Para la fracción líquida se utilizó la técnica de cromatografía de gases-masa para identificar los compuestos presentes en el líquido obtenido en la pirólisis de la cáscara de nuez. Se identificaron compuestos en su mayor parte aromáticos como el tolueno, benceno, y de cadena lineal como dodecano y tetradecano. El análisis elemental de la fracción líquido y sólido se muestra en la Tabla 3. Tabla 3 Análisis elemental ( %peso) de productos sólidos y líquidos Muestra Carbón Nitrógeno Hidrogeno Azufre Oxigeno Fracción liquida a Fracción sólida a a por diferencia Para la determinación del poder calorífico del bio-aceite se utilizó el método ASTM (1976) para la determinación de calores de combustión de hidrocarburos (D ). Se obtuvo un valor de MJ/kg; y para la fracción sólida de MJ/kg que es mayor al reportado por otras biomasas como el poder calorífico del bio-aceite obtenido del bagazo de caña de azúcar 27.37MJ/kg y para la fracción sólida MJ/kg (Torres et al, 2007). Mientras para el carbón pirolítico de la cáscara de almendra el poder calorífico fue de 29 MJ/kg. Reportado por González et al; El área superficial del residuo sólido fue calculada con el método BET (Brunauer-Emmet- Teller) usando las isotermas de adsorción obtenidas en un aparato Quantachrome Instrument modelo Autosorb-1 con N2 líquido como adsorbente. Obteniendo un área

6 superficial total de m²/g, siendo de m²/g el área superficial de cáscara de nuez. el area superficial obtenida en este trabajo es mayor a los reportados en literatura como Marcilla et al (2000) que muestra un aumento en el area superficial de cáscara de almendra de 4.9 a 133.1m 2 /g a 850 C; mientras que para el carbón pirolítico de cáscara de avellana el área superficial fue de 121m 2 /g reportado por Gonzalez et al; Conclusiones Las variables de mayor influencia para aumentar la fracción líquida son rapidez del gas acarreador, ya que la volatilidad de los componentes es directamente proporcional a la rapidez del flujo, y el tiempo final. Las fracciones líquida y sólida de la pirólisis de cáscara de nuez demuestran ser mejores combustibles que otras fracciones reportadas en literatura al tener un alto poder calorífico, la fracción líquida es 32.98MJ/kg y la fracción sólida MJ/kg. Al ser pirolizada el área superficial de la cáscara de nuez se incrementa considerablemente quedando carbón para apto para ser utilizado como absorbente. Referencias Hall D. O., Rosillo-Calle F., de Groot P., 1992, Biomasa energy lessons from case studies in developing countries, Energy Policy, López Díaz Julio César, Herrera Aguirre Esteban, Comercialización de la Nuez y Expectativas 2004 Universidad Autónoma de Chihuahua Facultad de Ciencias Agrotecnológicas. González J. F., Ramiro A., González-García C. M., Gañán J., Encinar J. M., Sabio E., Rubiales J.; Pyrolysis of Almond Shells. Energy Applications of Fractions; Ind. Eng. Chem. Res.: 44, (2005). Marcilla, A., S. García-García, M. Asensio, J.A. Conesa, Influence of Thermal Treatment Regime on the Density and Reactivity of Activated Carbons from Almond Shells, Carbon: 38, (2000).