Efecto de la presencia de biomasa sobre la conversión termoquímica de carbón durante procesos oxi-combustión

RESUMEN : El proceso oxi-combustión ha sido sugerido en diversos estudios como una de las alternativas de combustión más promisorias para facilitar la captura de CO2, debido a su fácil adaptación en las plantas existentes y a diversas ventajas en términos de emisiones y eficiencia. En la actualidad, existe un creciente interés por el uso de mezclas carbón/biomasa como combustible, especialmente empleados bajo condiciones oxi-combustión ya que esto representa un modo de combustión más limpio y, adicionalmente, contribuye a la disminución de la dependencia de los combustibles fósiles. Sin embargo, es importante considerar que la sustitución del gas de balance del proceso de combustión convencional, N2 por el CO2 en el sistema oxi-combustión, así como las diferencias en las propiedades fisicoquímicas entre el carbón y la biomasa, conducen a diferencias en las características de combustión. De este modo, es posible que debido a la alta concentración de CO2 en el proceso oxi-combustión y el alto contenido de materia mineral en la biomasa, las reacciones de gasificación estén siendo promovidas, en adición a los procesos de pirólisis y combustión presentes en un proceso convencional. Los resultados obtenidos indican que las reacciones de gasificación por parte del CO2 de balance ocurren tanto para los sistemas catalizados, como para los no catalizados; sin embargo, los procesos transcurren mediante diferentes rutas. La presencia de potasio conduce la reacción por la ruta de adsorción molecular de 13C18O2, mientras para el proceso no catalizado, la reacción transcurre preferencialmente iniciando con una adsorción disociativa

Comparison of profiles and combustion and oxy-combustion parameters for rice husk

ABSTRACT: Profiles and kinetic parameters of combustion and oxy-combustion processes of rice husk were compared using a thermogravimetric analyzer (TGA) and the obtained data was processed by a non- isothermal method. Increasing heating rates and O2 concentrations make combustion and oxy-combustion profiles narrower as a consequence it conduces to instantaneous mass lost and shorter consumption time. Additionally, activation energies for O2/CO2 mixtures are lower compared to those of O2/N2, indicating that the possible gasification reactions between CO2 and the surface of carbonized rice husk under oxycombustion conditions would not been taking place or are negligible.RESUMEN: En el presente trabajo se realizó una comparación de los perfiles y parámetros cinéticos de los procesos de combustión y oxi-combustión de la cascarilla de arroz utilizando un equipo termogravimétrico (TGA) con un régimen no isotérmico. Los resultados muestran que en general al incrementar las velocidades de calentamiento y la concentración de O2, los perfiles para ambos procesos se hacen más angostos, con mayores pérdidas en masa instantáneas que causan tiempos de consumo más cortos. Adicionalmente, las energías de activación para las mezclas O2/CO2 son menores con respecto a las de O2/N2 indicando que las posibles reacciones de gasificación entre CO2 y la superficie del carbonizado de la cascarilla de arroz bajo condiciones de oxi-combustión no se estarían presentando o son despreciables

Effects of pyrolysis atmosphere on the porous structure and reactivity of chars from middle and high rank coals

The influence of a CO2 or N2-based atmosphere on the porous structure and microstructure of the chars obtained from the slow devolatilization (10°C/min) of two coals of different rank (Semi-Anthracite (SA) and High Volatile Bituminous type C (HVBC)) and different particle size distribution was studied. Physicochemical characterization (ultimate and proximate analysis), structural and morphological characterization by Raman spectroscopy, FE-SEM, BET surface area, and volume and diameter microporous by CO2 adsorption measurements were carried out for all the chars. It was found that the kinetic parameters, the physicochemical properties, and reactivity of the chars are different, depending on the pyrolysis atmosphere. It was also determined that for char from SA coal with particle size greater than 0.7mm, the BET surface area increases when the atmosphere is enriched in CO2. This effect appears to be promoted by the interaction of different processes such as intraparticle side reactions (softening, nucleation and coalescence of bubbles, crosslinking, among others), differences in the thermal diffusivity of N2 and CO2, and the reactive effects of the latter. Additionally, tests of oxidative reactivity of chars showed that the char formed in a CO2 atmosphere is more reactive than that formed in N2. With the results of Raman analysis and kinetic parameters quantified, it was concluded that the reaction atmosphere determined the degree of ordering achieved by the char structure and that the thermo-diffusive properties of the reaction atmosphere promoted structural differences in the char even at low heating rates.Se estudió la influencia de una atmósfera basada en CO2 o N2 sobre la estructura porosa y la microestructura de carbonizados de carbón obtenidos de la pirólisis lenta no isotérmica desde temperatura ambiente hasta 900 °C de dos carbones de diferente rango (Semi-Antracita (SA) y Bituminosos Alto en Volátiles tipo C (BAVC)), y de diferentes distribuciones de tamaño de partícula. Para todos los carbonizados se realizó la caracterización fisicoquímica (Análisis ultimo y próximo), la caracterización morfológica y estructural por combinación de técnicas como espectroscopia Rama, Microscopia electrónica de barrido por emisión de campo (FE-SEM), área superficial (BET - Brunauer-Emmett-Teller) y volumen y diámetro de microporos por mediciones de adsorción en CO2 (Horvath-Kawazoe (HK) method). Se encontró que los parámetros cinéticos, las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de los carbonizados de carbón son diferentes dependiendo de la atmósfera de pirólisis. También se determinó que para el carbonizado de carbón de SA, con un tamaño de partícula mayor de 0,7mm, la superficie BET aumenta cuando la atmósfera se enriquece en CO2. Este efecto parece ser promovido por la interacción de diferentes procesos como las reacciones secundarias intrapartícula (ablandamiento, nucleación y coalescencia de burbujas, entrecruzamiento, entre otros), diferencias en la difusividad térmica de N2 y CO2, y los efectos reactivos de este último. Además, los ensayos de reactividad oxidativa de los sólidos mostraron que el carbonizado formado en una atmósfera de CO2 es más reactivo que el formado en N2. Con los resultados del análisis de Raman y los parámetros cinéticos cuantificados, se concluyó que la atmósfera de reacción determinó el grado de ordenación alcanzado por la estructura carbonosa y que las propiedades termo-difusivas de la atmósfera de reacción promovieron diferencias estructurales en el carbonizado, incluso a bajas velocidades de calentamiento

Effects of pyrolysis atmosphere on the porous structure and reactivity of chars from middle and high rank coals

The influence of a CO2 or N2-based atmosphere on the porous structure and microstructure of the chars obtained from the slow devolatilization (10°C/min) of two coals of different rank (Semi-Anthracite (SA) and High Volatile Bituminous type C (HVBC)) and different particle size distribution was studied. Physicochemical characterization (ultimate and proximate analysis), structural and morphological characterization by Raman spectroscopy, FE-SEM, BET surface area, and volume and diameter microporous by CO2 adsorption measurements were carried out for all the chars. It was found that the kinetic parameters, the physicochemical properties, and reactivity of the chars are different, depending on the pyrolysis atmosphere. It was also determined that for char from SA coal with particle size greater than 0.7mm, the BET surface area increases when the atmosphere is enriched in CO2. This effect appears to be promoted by the interaction of different processes such as intraparticle side reactions (softening, nucleation and coalescence of bubbles, crosslinking, among others), differences in the thermal diffusivity of N2 and CO2, and the reactive effects of the latter. Additionally, tests of oxidative reactivity of chars showed that the char formed in a CO2 atmosphere is more reactive than that formed in N2. With the results of Raman analysis and kinetic parameters quantified, it was concluded that the reaction atmosphere determined the degree of ordering achieved by the char structure and that the thermo-diffusive properties of the reaction atmosphere promoted structural differences in the char even at low heating rates.Se estudió la influencia de una atmósfera basada en CO2 o N2 sobre la estructura porosa y la microestructura de carbonizados de carbón obtenidos de la pirólisis lenta no isotérmica desde temperatura ambiente hasta 900 °C de dos carbones de diferente rango (Semi-Antracita (SA) y Bituminosos Alto en Volátiles tipo C (BAVC)), y de diferentes distribuciones de tamaño de partícula. Para todos los carbonizados se realizó la caracterización fisicoquímica (Análisis ultimo y próximo), la caracterización morfológica y estructural por combinación de técnicas como espectroscopia Rama, Microscopia electrónica de barrido por emisión de campo (FE-SEM), área superficial (BET - Brunauer-Emmett-Teller) y volumen y diámetro de microporos por mediciones de adsorción en CO2 (Horvath-Kawazoe (HK) method). Se encontró que los parámetros cinéticos, las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de los carbonizados de carbón son diferentes dependiendo de la atmósfera de pirólisis. También se determinó que para el carbonizado de carbón de SA, con un tamaño de partícula mayor de 0,7mm, la superficie BET aumenta cuando la atmósfera se enriquece en CO2. Este efecto parece ser promovido por la interacción de diferentes procesos como las reacciones secundarias intrapartícula (ablandamiento, nucleación y coalescencia de burbujas, entrecruzamiento, entre otros), diferencias en la difusividad térmica de N2 y CO2, y los efectos reactivos de este último. Además, los ensayos de reactividad oxidativa de los sólidos mostraron que el carbonizado formado en una atmósfera de CO2 es más reactivo que el formado en N2. Con los resultados del análisis de Raman y los parámetros cinéticos cuantificados, se concluyó que la atmósfera de reacción determinó el grado de ordenación alcanzado por la estructura carbonosa y que las propiedades termo-difusivas de la atmósfera de reacción promovieron diferencias estructurales en el carbonizado, incluso a bajas velocidades de calentamiento

Effects of pyrolysis atmosphere on the porous structure and reactivity of chars from middle and high rank coals

The influence of a CO2 or N2-based atmosphere on the porous structure and microstructure of the chars obtained from the slow devolatilization (10°C/min) of two coals of different rank (Semi-Anthracite (SA) and High Volatile Bituminous type C (HVBC)) and different particle size distribution was studied. Physicochemical characterization (ultimate and proximate analysis), structural and morphological characterization by Raman spectroscopy, FE-SEM, BET surface area, and volume and diameter microporous by CO2 adsorption measurements were carried out for all the chars. It was found that the kinetic parameters, the physicochemical properties, and reactivity of the chars are different, depending on the pyrolysis atmosphere. It was also determined that for char from SA coal with particle size greater than 0.7mm, the BET surface area increases when the atmosphere is enriched in CO2. This effect appears to be promoted by the interaction of different processes such as intraparticle side reactions (softening, nucleation and coalescence of bubbles, crosslinking, among others), differences in the thermal diffusivity of N2 and CO2, and the reactive effects of the latter. Additionally, tests of oxidative reactivity of chars showed that the char formed in a CO2 atmosphere is more reactive than that formed in N2. With the results of Raman analysis and kinetic parameters quantified, it was concluded that the reaction atmosphere determined the degree of ordering achieved by the char structure and that the thermo-diffusive properties of the reaction atmosphere promoted structural differences in the char even at low heating rates