Comparative analysis of low nitrogen emissions fertilizers based on activated carbon from residual materials

Nitrate leaching and ammonia volatilization are the main pathways of nitrogen loss in agriculture. New environmentally friendly fertilizers have been investigated in recent years in order to reduce nitrogen losses and associated impacts [1]. One suggested solution has been to incorporate biochar as soil amendment, since its effects on nitrogen retention and soil fertility are well known [2, 3]. Fertilizer production from activated biocarbon is the researched line explored in this work. Biochar has been produced from two different raw materials, residual biomass and coal mine residues. Both have been produced through a physical activation process in an externally heated quartz tubular reactor [4]. After an experimental period, the optimized conditions were reached and the biochar product was obtained showing good microporosity and adsorption characteristics. The final product was used to set up the new fertilizer, and its nitrogen retention capacity was experimentally tested by laboratory and pot trials. Please click Additional Files below to see the full abstract

Modeling of the evolution of the porous structure during a physical activation process for the production of activated biocarbon: A novel low conversion approach

Many experimental studies have shown the feasibility of using biomass precursors to produce activated carbon, often improving the properties obtained from traditional materials. However, hardly any models focus on the development of porosity during the process. Among the so-called pore models, the random pore model (RPM) is the most popular and accurately predicts the evolution of the porous structure due to pore growth and coalescence. However, in activation processes with a low degree of conversion, in which pore formation is the dominant mechanism, the RPM does not correctly predict the evolution of the specific surface area since it does not consider the appearance and creation of new porosity. In this work, a new model is proposed that predicts the specific surface area created due to the formation of new pores. Subsequently, it is combined with the determination of the variation of the specific surface area predicted by the RPM due to the growth and coalescence of existing pores. The validation of the new pore evolution model with activated carbon samples obtained at different conversions shows that the model proposed adequately predicts the specific surface area and pore distribution evolution throughout the activation process

Investigation on co-firing of coal mine waste residues in pulverized coal combustion systems

Millions of tonnes of coal mine waste residues are piled up in dumping sites, causing serious environmental problems. Co-combustion in fluidized bed facilities is the most widespread alternative for the energy utilization of these by-products. However, no experiences have been so far reported of coal mine waste residues co-firing under pulverized fuel combustion technology. This work proves the technical feasibility of co-firing coal with up to 20% coal mine waste residues and investigates the impacts of transferring this co-firing alternative into a commercial unit. Experimental co-firing tests of coal mine waste residues were conducted on a 500 kWth pulverized fuel pilot plant. Regulated emissions (CO, CO2, SO2 and NOx) and visible flame radiation were monitored, obtaining regular and stable flicker and acceptable emissions levels for CO (200 mg/m3N) and NOx (700–800 mg/m3N). Finally, the impact analysis of co-firing coal mine waste residues in a full-scale pulverized fuel plant was performed by simulating the power cycle and combustion process in a 160 MWe pulverized coal combustion unit. Simulation results show the viability of this alternative in terms of plant efficiency, increase in power consumptions of auxiliary equipment and pollutant emissions for co-firing ratios under 10% in energy basis

Integración de las tecnologías de captura de CO2 en sistemas de gasificación

Con el fin de encontrar un medio de generación de energía que sea estable y sostenible, se presentan las tecnologías de gasificación y de captura de CO2. Una vez conocidos se plantea la integración de las tecnologías de captura de CO2 en los sistemas de gasificación, en dónde se verá la posibilidad de limpiar el gas de síntesis obtenido mediante diferentes equipos de captura. También se describirá la captura in situ, que consiste en utilizar el reactor de gasificación como equipo de reducción (equipo utilizado en algunos sistemas de captura de CO2). Según estos dos tipos de integración de las tecnologías, se verá como afectan de forma positiva (reduciendo las emisiones) y de forma negativa (con una penalización energética que disminuye el rendimiento de la instalación). Para conocer el desarrollo y algunas características de la captura in situ del CO2, se presentan varias investigaciones que se han ido realizando en los últimos años

Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA

El documento que se presenta a continuación trata sobre la implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA, sustituyendo la instalación existente. La principal motivación para la elaboración de este proyecto es la de satisfacer las necesidades energéticas de la planta de una modo más eficiente que el actual, proporcionando a su vez un ahorro económico para la empresa. El sistema de trigeneración se implantaría en la planta que dispone ERVISA en la localidad de La Puebla de Alfindén (Zaragoza), dedicada a la elaboración de films retractiles de alta calidad para envase y embalaje de artículos de consumo. El documento está dividido en cuatro partes. La primera contiene la memoria, en la cual se realiza una introducción teórica a la cogeneración, se analizan los consumos de la planta y los nuevos equipos a implantar, así como la viabilidad del proyecto. La segunda parte contiene el pliego de condiciones. La tercera parte detalla el presupuesto de la instalación. Por último se presentan los planos del proyecto

Desarrollo de una herramienta para el cálculo y diseño de un intercambiador tubular industrial agua-aceite

El objetivo del proyecto ‘’Desarrollo de una herramienta para el cálculo y diseño de un intercambiador tubular industrial agua-aceite’’ es el integrar la fabricación de intercambiadores de calor de carcasa y tubos en una empresa. En él se exponen los métodos necesarios para el cálculo, dimensionado y diseño de un intercambiador. El proyecto incorpora un programa de cálculo con cual, a partir de la introducción de los datos que definen un intercambiador, obtenemos las dimensiones necesarias para su construcción

Caracterización, dimensionamiento, instalación, validación y puesta en marcha de un sistema de refrigeración para las bridas de un reactor tubular horizontal de laboratorio

En las últimas décadas, el crecimiento demográfico ha provocado un aumento en la demanda de productos hídricos y alimenticios así como de recursos energéticos. Desde entonces, se han desarrollado proyectos de investigación que permitiesen abastecer a la población de estos recursos de la manera limpia y eficiente. Entre ellos se encuentra el descubrimiento del carbono activado(producido tradicionalmente a partir de maderas y carbonos de bajo rango) como sustancia que permite purificar aguas y aires contaminados mediante un proceso conocido como adsorción. Desde hace dos décadas aproximadamente, se comenzó a investigar sobre nuevos materiales precursores de origen biomásico que permitiesen obtener carbono activado de manera más sostenible y barata. Actualmente, en la Universidad de Zaragoza se está desarrollando un proyecto de investigación, del cual este TFG forma parte, en el que se desarrolla una campaña experimental centrada en la obtención y estudio de carbono activado mediante la activación física a partir de paja de cebada. Con el fin de mejorar la instalación existente donde se llevan a cabo los distintos procesos para obtener carbono activado durante la campaña experimental mencionada anteriormente, se decidió diseñar un nuevo circuito de refrigeración para las bridas que aseguran la estanqueidad del reactor. Esta mejora plantea, como objetivos principales, el ahorro de agua y un aumento en el margen de seguridad en cuanto a posibles fallos de la instalación así como de los trabajadores que operan en la ella. Para poder rediseñar el circuito de refrigeración fue necesario realizar una prueba experimental completa para obtener los datos necesarios que permitiesen, posteriormente, caracterizar la demanda térmica del proceso planteando un modelo de transmisión de calor. Una vez planteado el modelo se procedió al dimensionamiento, validación y selección del sistema de refrigeración. Finalmente se diseñó el nuevo circuito (válvulas, racores y chiller) y se comprobó su correcto funcionamiento durante una prueba experimental.<br /

Modelado y análisis de sistemas de co-gasificación de biomasa y residuos plásticos

La investigación tiene como objetivo examinar la viabilidad y demostrar el interés de los procesos de gasificación de residuos plásticos y su co-gasificación con biomasa. Comienza con una investigación experimental acerca de la gasificación de poliolefinas con aire en un lecho fluido burbujeante a escala de laboratorio, que verifica la viabilidad técnica del proceso y revela sus principales dificultades operacionales. En la investigación se ha desarrollado además un modelo completo semiempírico de simulación de los procesos de gasificación en lecho fluido con aire y vapor de madera, de polietileno de baja densidad y de las mezclas de ambos. El modelo construido se ha empleado para analizar y comparar los procesos de gasificación de cada combustible, examinar el comportamiento y los beneficios de la co-gasificación conjunta de ambos, y por último establecer orientaciones para el diseño del proceso global

Estudio, diseño y adaptación de una planta de gasificación en lecho fluido para carbones de bajo rango con alto contenido en cenizas

El objetivo del presente trabajo es el estudio, diseño y adaptación de la planta piloto de gasificación en lecho fluido burbujeante de 10 kWth del CIRCE para el proceso de gasificación de carbones de bajo rango. El análisis se ha centrado en el estudio del rango de condiciones de operación para la gasificación extraídas de la bibliografía de plantas piloto, determinando los ratios molares de vapor, oxígeno o aire como agentes gasificantes, calculando los caudales de entrada, la temperatura de operación y finalmente se estiman los ratios óptimos de funcionamiento mediante la aplicación de herramientas de simulación. Se verifico la capacidad fluidodinámica de cada simulación evaluando el régimen de flujo para contacto gas-sólido (Diagrama de Grace) y los ratios mínimos de operación (Ug/Umf y Ug/Ut). A partir de los resultados se plantearon modificaciones en la operación y en la composición de los agentes gasificantes, para garantizar el flujo burbujeante. Finalmente, se ha propuesto en función al caudal de los agentes gasificantes un equipo para la generación de vapor y un sistema de suministro de oxígeno. Entre las alternativas propuestas para garantizar el régimen burbujeante se hallan: la reducción del øp, el uso de gases inertes, incrementar la Tr, incrementar el ratio SC y elevar el caudal de combustible. Solo las dos últimas alternativas mejoran sustancialmente los parámetros de fluidización y permiten alcanzar el régimen burbujeante; por lo que se combinan ambas alternativas para garantizar la fluidización y gasificación del carbón. En base al estudio paramétrico, se ha llegado a la conclusión que la mejor alternativa es aumentar el caudal de combustible en 50% (1,558 kg/h) e incrementar el ratio molar SC a 1,6; esta última responsable de la disminución del PCI del gas resultante. Hallados los caudales de entrada de los agentes gasificantes se realiza la selección de equipos para la generación de vapor y el suministro de oxigeno mediante cilindros

Modelado y análisis de intercambiadores de calor en sistemas EGR

El presente proyecto de final de grado presenta un estudio llevado a cabo bajo una idea aportada por Yolanda Bravo del departamento I+D de Valeo Térmico Zaragoza. Esta idea, que no se había planteado antes en el departamento, ha consistido en el desarrollo de un diseño, modelado y posterior análisis de un intercambiador de calor con un banco de tubos de flujo cruzado para un sistema EGR. Para llevar a cabo este modelado, se ha tomado un estándar de Valeo Térmico como es el intercambiador de calor del sistema EGR Greco 1, el cual ha servido para realizar cada uno de los modelados iso-volumen. Todos los modelados llevados a cabo en el proyecto se han realizado bajo una aproximación tradicional, haciendo uso del método de la efectividad (E-NTU) tal y como se detalla en la memoria. En este sentido, y con la finalidad de encontrar unas correlaciones adecuadas al estudio realizado, se han revisado artículos relacionados con el modelado de los diferentes intercambiadores de calor aquí estudiados para sistemas EGR. La revisión se ha llevado a cabo tanto para intercambiadores de calor de carcasa y tubos con aletas según el estándar de Valeo, así como para intercambiadores de calor de bancos de tubos lisos y tubos aleteados existentes en la literatura. Según esto, se han revisado tanto artículos de actualidad como artículos conocidos en este campo. Una vez hecha esta revisión de artículos y seleccionadas ya las correlaciones para cada tipo de intercambiador de calor a modelar, se han llevado a cabo los diferentes modelados de los intercambiadores de calor analizados en el proyecto mediante el software informático EES para la resolución de ecuaciones matemáticas. Posteriormente, se ha realizado un análisis y una comparativa entre los diferentes intercambiadores de calor modelados basada en la funcionalidad y el coste. De entre los diferentes intercambiadores modelados en este proyecto, el intercambiador de calor de banco de tubos con aletas frente al intercambiador de calor del sistema EGR Greco 1 de Valeo ha resultado ser finalmente una alternativa muy interesante. Este intercambiador de calor ha conseguido igualar las prestaciones térmicas del intercambiador de calor estándar de Valeo consiguiendo además una reducción del 40% en masa. Con todos estos datos, aunque con algunos puntos de análisis pendientes de estudiar como la pérdida de carga, la durabilidad, la fabricación o la resistencia al ensuciamiento, se ha logrado llegar al objetivo final de éste; se ha conseguido encontrar una alternativa que se presenta ventajosa frente al intercambiador de calor estándar de Valeo Térmico para el sistema EGR Greco 1, estableciendo así las bases a un estudio más completo por parte de la propia empresa a la alternativa aquí presentada