Introducción a los Tratamientos Térmicos de Residuos 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 1
PROCESOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA RESIDUAL Y PRODUCTOS OBTENIDOS fermentación etanol Bioquímicos digestión anaerobia digestión aerobia metano compost Termoquímicos Pirólisis Gasificación coque alquitranes gas de síntesis Combustión o Incineración calor
Incineración Sistema General de una Planta de Incineración 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 3
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 ) 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 4
Reutilización, Valorización, Eliminación de RSU 40% COMPOSTAJE RSU familiar Planta Integral de tratamiento de RSU 14% RECICLADO RDF: 40% INCINERACIÓN 15-20% consumo familiar VERTEDERO escorias y cenizas 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 5
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 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 6
Factores Principales que afectan a los ttos térmicos Temperatura Composición de los Residuos: % humedad %C, %H, %O, etc (análisis elemental) * Composición del Agente Gasificante N 2 Aire H 2 O O 2 CO 2 En exceso En defecto Mezcla de ellos * 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 7
Factores Principales que afectan a los ttos térmicos Temperatura Composición de los Residuos: % humedad %C, %H, %O, etc (análisis elemental) * Composición del Agente Gasificante N 2 Aire H 2 O O 2 CO 2 En exceso En defecto Mezcla de ellos * 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 8
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 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 9
Análisis Elemental de los RSU y su Poder Calorífico 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 10
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 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 11
Factores Principales que afectan a los ttos térmicos Temperatura Composición de los Residuos: % humedad %C, %H, %O, etc (análisis elemental) * Composición del Agente Gasificante N 2 Aire H 2 O O 2 CO 2 En exceso En defecto Mezcla de ellos * 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 12
Composición del Agente Gasificante biomasa residual C x H y O z agente oxidante (aire, H 2 O, O 2 ) Concentración de oxígeno Secado Pirólisis gasificación combustión Tratamiento Térmico calor calor calor 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 13
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: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O relación equivalente (ER)= O 2 introducido/o 2 estequiométrico Compuestos mayoritarios: N 2, CO 2, H 2 O, CO, H 2 Compuestos minoritarios: CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 2 H 2,... Contaminantes o subproductos no deseados: alquitranes, NH 3, HCN, H 2 S, HC-Cl, metales alcalinos. 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 14
Productos obtenidos vs. agente gasificante Biomasa Residual (C n H m O x ) C(s) o char Gas Inerte N 2 PIRÓLISIS calor CO + CO 2 H 2 CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 C n H m PCI gas = 20-25 MJ/m 3 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 15
Productos obtenidos vs. agente gasificante Biomasa Residual (C n H m O x ) N 2, O 2 Aire en defecto (N 2 + ½ O 2 ) GASIFICACIÓN (oxidación parcial) calor CO 2 H 2 O CO H 2 CH 4 C 2 H 4, C n H m PCI = 4-6 MJ/m 3 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 16
Productos obtenidos vs. agente gasificante Biomasa Residual (C n H m O x ) N 2, O 2 Vapor de agua (H 2 O) GASIFICACIÓN (oxidación parcial) calor CO 2 H 2 O CO H 2 CH 4 C 2 H 4, C n H m PCI = 12-20 MJ/m 3 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 17
Productos obtenidos vs. agente gasificante Biomasa Residual (C n H m O x ) Aire en exceso (N 2 + O 2 ) COMBUSTIÓN INCINERACIÓN calor vapor electricidad N 2, O 2 CO 2 H 2 O 04/11/2016 ALBERTO ORÍO HERNÁNDEZ 18