Estudio técnico económico para el aprovechamiento de O2 en el proyecto Hy-Robres

La necesidad de encontrar un sistema para mejorar la gestionabilidad del recurso eólico, especialmente en países donde hay una penetración importante de este tipo de generación eléctrica, está impulsando el desarrollo de las tecnologías del H2 entre otras. HyRobres es un ejemplo de ello: una planta conectada a un parque eólico que produce H2, mediante electrólisis del agua, durante los periodos de baja demanda y que genera electricidad con este vector durante los periodos de mayor consumo energético. Previo a este proyecto, no había previsión de darle utilidad al O2 acompañante obtenido con el H2. Es por ello por lo que se han estudiado técnica y económicamente distintas alternativas: gasificación de biomasa con aire enriquecido, oxicombustión con captura de CO2 y venta de O2 medicinal. Los resultados muestran que las opciones más viables desde un punto de vista económico son la venta de O2 y la gasificación de biomasa con agente gasificante variable, es decir, periodos con aire enriquecido y otros con aire convencional, lo que permitiría investigar acerca del comportamiento del proceso además de generar beneficios manteniendo el carácter innovador de la planta. Sin embargo, la opción de oxicombustión se muestra como la que mayor potencial investigador posee, con la posibilidad de realizar proyectos conjuntos con entidades como CIRCE o el Instituto de Carboquímica de Zaragoza y reduciendo uno de los principales costes de la investigación en este campo como es el uso del O

Simulación y control de una planta para la producción de dimetil éter

En este proyecto se realiza la simulación y el control de dos plantas químicas en el programa matemático Matlab. La primera es una planta de compuestos genéricos, en la que se seleccionan los emparejamientos para el control adecuados y se simulan tres lazos de control de manera individual. La segunda es una planta para la producción de Dimetil Éter, en la cual se seleccionan los emparejamientos para el control adecuados y se realiza la simulación completa de la planta

Desarrollo de modelos matemáticos y diseño de los principales equipos de una planta de gasificación de biomasa para producción de electricidad

Este proyecto sigue la línea marcada por el trabajo de la asignatura Procesos Químicos Industriales realizado conjuntamente con otros dos compañeros y que llevó por título “Diagrama de bloques y balances para una planta de gasificación de biomasa en lecho fluidizado para 600kg/h de alimentación de madera de pino con el objetivo de producir electricidad en un motor”. El proyecto realizado es eminentemente teórico. Se ha generado una herramienta que permite predecir los productos resultantes de procesar cualquier biomasa vía gasificación. Tras haber realizado una revisión bibliográfica y selección de datos de partida utilizando artículos científicos y bases de datos como Phillis de ECN, se ha desarrollado un modelo teórico del gasificador a partir de los balances de materia y energía y de los principales equilibrios de las reacciones de gasificación. Para la realización de esta tarea se ha utilizado el software Engineering Equation Solver (EES). También se ha realizado el dimensionamiento del resto de equipos principales como son el separador ciclónico o el intercambiador de calor, así como un análisis del comportamiento mecánico del gasificador implementado en Abaqus. Tras la fase de diseño, se ha procedido a la simulación del sistema completo, tanto en EES como en la planta diseñada en Aspen Hysys, comparando los parámetros y resultados obtenidos entre estas dos simulaciones y otras experimentales encontradas en la bibliografía revisada. El sistema completo se trata de una planta de producción de electricidad a partir de la combustión en un motor de combustión interna del gas de síntesis generado a partir de la gasificación de 600 kg⁄h de biomasa y de los que posteriormente se desarrollará su funcionamiento

Estudio y simulación del proceso de producción de biodiésel: Aplicación a la predicción de las propiedades físicas

El Grupo de Procesos Termoquímicos (GPT), perteneciente al Instituto Universitario de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza, viene investigando, desde hace casi tres décadas, fundamentalmente en los procesos de pirólisis y gasificación de biomasa, así como en la eliminación de contaminantes en gases de combustión, y la producción de hidrógeno mediante craqueo catalítico y el reformado en fase acuosa de corrientes residuales. La presente tesis doctoral marca el comienzo de una nueva línea de investigación del GPT centrada en la producción de biodiésel a partir de fuentes alternativas de materias primas. El gran número de artículos de investigación, de revisión y patentes que se pueden encontrar actualmente demuestra el gran interés que existe en el biodiésel en nuestros días. Éste es un combustible renovable, que puede mezclarse con el diésel fósil o usarse directamente en motores diésel si cumple unas determinadas condiciones de propiedades y composición, que vienen establecidas en normas como las europeas (EN) o las ASTM en Estados Unidos. El uso de materias primas alternativas, así como alcoholes derivados de fuentes renovables como el etanol, pueden ayudar al biodiésel a convertirse en un sustituto parcial del diesel tradicional sin entrar en competencia con el mercado alimentario ni generar otros problemas derivados de su producción masiva. No obstante, el uso de estas materias primas alternativas no está exento de complejidad técnica ya que tanto algunas partes del proceso de producción como las propiedades finales del biodiésel así producido se ven alteradas y en ocasiones impiden su comercialización al no cumplir con las normas internacionales de calidad. En este contexto, las herramientas de modelado y simulación de procesos ofrecen una vía de investigación que permite estudiar el uso de estas materias primas y su influencia en las propiedades finales. El trabajo desarrollado en esta Tesis Doctoral parte de una amplia revisión bibliográfica en base a la cual se ha llevado a cabo una simulación del proceso de producción de biodiésel. Esta simulación, aunque basada en los mejores modelos cinéticos, termodinámicos y de propiedades físicas disponibles, puso de relieve las posibilidades de mejora en cada uno de estos sectores. El trabajo experimental realizado en el marco de esta tesis ha permitido la generación de una base de datos lo suficientemente amplia para la evaluación y/o mejora de algunos de estos modelos. Se ha producido biodiésel tanto de metanol como de etanol y a partir de una gran variedad de materias primas, lo que ha permitido la recolección de un amplio abanico de composiciones y propiedades físicas. Además y como parte de la fase experimental, se han producido biodiéseles a partir de grasas animales, usando así mismo metanol y etanol como alcoholes. La etapa de lavado del biodiésel, típicamente realizada con agua acidulada, ha sido estudiada mediante el uso del método de diseño de experimentos y analizada con la técnica estadística ANOVA. Los datos obtenidos en la etapa de experimentación han sido tratados y utilizados en la evaluación de modelos de estimación de propiedades críticas de compuestos individuales del biodiesel y de sus mezclas. Modelos teóricos y empíricos de densidad han sido generados y validados, permitiendo así una mejora en la exactitud de los modelos actuales al considerar en los mismos un mayor número de componentes en la mezcla de esteres. La viscosidad cinemática del biodiesel, una importante propiedad que se encuentra normalizada en los estándares internacionales, ha sido modelada usando los datos experimentales, y los modelos obtenidos han sido comparados con modelos ya existentes encontrándose una mejora en la exactitud de las predicciones. Así mismo, otras áreas han despertado el interés del grupo, como la utilización de glicerina en la producción de triacetinas u otros sub-productos de alto valor añadido, habiéndose realizado diferentes trabajos en este sentido, habitualmente en el formato de proyectos de fin de carrera

Mejora de la estabilidad a la oxidación del biodiésel mediante aditivos producidos a partir de lignina

A diferencia del diésel petróleo, la estructura química del biodiésel lo hace propenso a la oxidación durante el tiempo que permanece almacenado, lo cual implica un deterioro de la calidad de este combustible. Para cumplir con los estándares de calidad para la comercialización del biodiésel, generalmente se requiere de la adición de antioxidantes. Los fenoles sintéticos se han usado como antioxidantes terminadores de radicales libres, sin embargo, los fenoles de origen natural resultan una opción más interesante porque, igual que el biodiésel, tienen carácter renovable. En este trabajo, los antioxidantes se obtuvieron de la despolimerización de la lignina, la cual se obtiene de la lejía negra (o licor negro), subproducto de la industria de producción la celulosa y el papel. La despolimerización se llevó a cabo a distintas temperaturas de reacción (250-350°C) durante 1 hora. Adicionalmente, se estudió la presencia de ácido fórmico en el medio de reacción con el objetivo de reducir la repolimerización de los radicales libres. El producto obtenido de la despolimerización de la lignina fue extraído usando acetato de isopropilo como disolvente y mezclado con biodiésel con una dosis de aditivo del 1%. La estabilidad a la oxidación del biodiésel mejoró entre 45 y 550%, dependiendo del experimento, después de incorporar dichos aditivos. El mejor resultado se obtuvo con el aditivo producido a 325°C en presencia de ácido fórmico. <br /

Aprovechamiento de un residuo agrícola, EFB, para la obtención de un agente reforzante para la mejora de propiedades mecánicas del papel reciclado.

Se realizo el estudio del comportamiento de un material celulósico extraído a partir de un residuo agrícola(EFB), para analizar su comportamiento al ser incorporado al papel reciclado. Se obtuvo celulosa de EFB a partir de un proceso mecánico, y nanofibras de celulosa de EFB mediante tratamiento enzimático.posterior a ello, se fabricaron hojas de ensayo, en distintas proporciones de papel reciclado y material celulósico, para caracterizarlos.Se analizo las hojas de ensayo y la pasta celulósica mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) y microscopia electrónica de transmisión (TEM).<br /

Evaluación de derivados de residuos agrícolas como materiales de refuerzo en la producción de papel para embalaje a partir de fibras secundarias.

La fibra reciclada de papel recuperado presenta peor comportamiento en algunas características si se compara con la fibra virgen procedente de madera. Para mejorar esas características de estos materiales reciclados, se suelen introducir en la producción industrial fibra virgen de madera y otros aditivos, siendo el más habitual el almidón, un producto de competencia con el sector alimentario. En este trabajo se va a estudiar la posible sustitución de este producto, por materiales obtenidos de dos residuos agrícolas, en concreto por pasta obtenida a partir de paja de trigo y de paja de arroz. Para ello se ha fabricado celulosa y nanocelulosa a partir de paja de ambos cereales, residuos agrícolas sin apenas alternativas de uso de valor añadido. Se emplearon distintos tratamientos solos, o combinados entre ellos, para elaborar, en mezclas con fibras secundarias, distintos tipos de papeles: deslignificación semiquímica con sosa, refinado, obtención de nanocelulosa y tratamiento de cizalladura. Los residuos agrícolas ya tratados se adicionaron a pasta húmeda de papel recuperado en distintos porcentajes (10% o 20% para celulosa y 3.5% o 7% para nanocelulosa) para la fabricación de papel. Posteriormente, se caracterizaron estos papeles fabricados para estudiar la eficacia del proceso. Se confirmó que los papeles realizados con incorporación de pasta de residuos sin deslignificar presentaban características peores que el papel recuperado sin mezcla (blanco). Se encontró que la mejora más importante de las propiedades se daba con la adición del 7% de nanocelulosa al papel recuperado, en concreto de arroz, llegando a alcanzarse aumentos de hasta casi un 40% en alguna de las propiedades mecánicas. Se observó también que, junto con la mejora de estas propiedades mecánicas, se producía el empeoramiento de otras propiedades como la velocidad de desgote, que influye en la capacidad de producción de papel en fábricas. En todo caso, este efecto de reducción de la capacidad de drenar agua de una pasta es común a todos los agentes de refuerzo comerciales.<br /

Diseño de un proceso para el aprovechamiento de residuos agrícolas en la industria del papel

En el ciclo de vida del papel a partir de papel recuperado (fibras secundarias), las fibras se degradan a causa de los crecientes ciclos de reciclado. Para evitar la pérdida de las propiedades mecánicas y empeoramiento de la calidad del papel, se introducen fibras vírgenes y otros aditivos. Por ello en este trabajo se hizo el estudio de la introducción de tres residuos agrícolas, uno procedente del cultivo de lechuga, otro que es paja de cereal y un tercero procedente de la producción de zumo de naranja. El papel recuperado se ha considerado como fuente de celulosa para el papel reciclado y será su aplicación final el aprovechamiento de los residuos. Se probó la adición de los residuos en su estado original y la lechuga y paja sometidas adicionalmente a un tratamiento de deslignificación previo a su introducción en distintos porcentajes. Los porcentajes de adición fueron del 5%, 10%, 20% y 40% en peso seco para la lechuga y la paja, y del 20% para la naranja. Se caracterizaron tanto las distintas mezclas de pasta de papel como las hojas de papel de laboratorio elaboradas con los residuos y se compararon los resultados de sus propiedades con las hojas de papel sin adición de residuo. Como conclusión se obtuvo que era viable la adición de paja sin tratamiento y de lechuga deslignificada en pequeños porcentajes, ya que se lograba mantener las propiedades del papel sin afectar a su porosidad e incluso se mejoraban algunas. Finalmente se realizó un diseño del diagrama de bloques con los principales balances de materia correspondientes al proceso en el que se podría incluir a estos dos residuos al papel para cartón de embalaje, estimándose la cantidad anual que podría ser aprovechada por esta vía de cada uno de ellos.<br /

Diseño, control y análisis de seguridad del conjunto Reactor-Torre en una planta industrial de producción de MTBE

En este trabajo se va a realizar el diseño de un reactor de síntesis de MTBE, uno de los aditivos más importantes que se añade a la gasolina, hasta en un 15% en volumen, para mejorar sus propiedades como combustible.A raíz de la importancia de este oxigenante se ha planteado como objetivo el diseño de un reactor para una planta de producción de MTBE, cuya producción será de 700000 toneladas métricas de MTBE al año. Para cumplir este objetivo, se añadirá una torre de destilación, de manera que se separe el producto MTBE de uno de sus reactivos. De esta manera, el MTBE saldrá de la planta con mayor pureza.Adicionalmente, se ha realizado una simulación de la planta en el programa Aspen Hysys ®, para comparar los resultados obtenidos con los del diseño realizado. Por último, se ha realizado una simulación del comportamiento dinámico del reactor en el programa matemático MatLab.Para un funcionamiento óptimo de la planta química industrial, resulta imprescindible tener un buen sistema de control regulatorio. De esta forma todas las variables importantes, deben ser medidas y controladas rigurosamente. Se han diseñado los lazos de control regulatorio necesarios.Resulta imposible diseñar esta planta sin efectuar un análisis de los posibles riesgos y las consecuencias de éstos sobre la seguridad de los empleados de la misma. Por tanto, en la última parte de este proyecto se analizarán los riesgos de cada zona, siguiendo el Método HAZOP de análisis de riesgos, de forma que se puedan definir los puntos de mayor peligro donde es necesario aplicar un control de la seguridad.En consecuencia, se han estudiado las opciones de seguridad más eficientes, implantándose sistemas de alarmas, enclavamientos y sistemas de alivio para garantizar un funcionamiento eficiente y seguro de la planta.<br /

Estudio de viabilidad técnica y económica de una planta de biometanización con cogeneración

El Trabajo Fin de Grado presentado, de título Estudio de Viabilidad técnica y económica de planta de biometanización con cogeneración tiene como objetivo realizar un análisis de viabilidad técnica y económica a nivel conceptual de la tecnología de la digestión anaerobia con cogeneración como solución para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos procedentes de la gran distribución. El presente trabajo consta de cuatro partes claramente diferenciadas: 1. Revisión tecnológica de las diferentes alternativas de tratamiento de residuos orgánicos, así como un análisis de las diferentes alternativas para la generación de energía. 2. Simulación del proceso de biometanización y desarrollo de una herramienta para el cálculo del proceso de biometanización que permite obtener el balance energético a partir del biogás generado y las curvas de demanda de la industria consumidora acoplada. 3. Realización del esquema unifilar de la instalación con el centro de transformación que necesita la planta, los cálculos correspondientes de las secciones, las protecciones mínimas de teledisparo y la instalación de puesta a tierra. 4. Cálculos de cuenta de resultados y viabilidad económica a partir de una inversión estimada y unos flujos de caja calculados. A lo largo de la memoria se explica el desarrollo de estas partes del proyecto mientras que los anexos incluyen información adicional para la comprensión completa del trabajo