1.- Resumen ejecutivo - Repositorio

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FONTEC- CORFO
PROYECTO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
Línea 1
Código del proyecto:
202 - 3449
INFORME FINAL
Investigación y desarrollo tecnológico de equipo y proceso, para la
obtención de combustible líquido mediante pirólisis de material leñoso
Empresa beneficiaria: Petrochil S.A .
Entidad ejecutora:
Petrochil S.A.
JULIO 2004
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1.- Resumen ejecutivo .
La Empresa.
Petrochil S.A., fue fundada en 1986. Su orientación original fue la
importación y distribución de productos derivados del petróleo. El año
1995, decidió desarrollar la tecnología necesaria para producir en Chile
carbones activados. Petrochil S.A. es propietaria en un 99% de Luval S.A.,
distribuidora y licenciada exclusiva en Chile de Valvoline Inc. USA. Posee
una moderna planta productora de grasas y aceites lubricantes en Santiago,
que cuenta con un sofisticado laboratorio y un equipo técnico de alto nivel.
El Proyecto
Petrochil S.A utiliza el proceso de pirólisis en la producción de carbones
vegetales y la activación de los mismos. A consecuencia del desarrollo de
equipos y mejora de estos procesos, Petrochil produjo derivados pirolíticos
líquidos del proceso de carbonización de carozos de frutas y los utiliza
desde hace años en la calefacción de reactores de activación, en sustitución
del petróleo diese!.
Dado que la disponibilidad de carozos en el país es limitada, Petrochil S.A .
decidió estudiar las propiedades y particularidades de los derivados
pirolíticos de diferentes maderas con el objeto de disponer de mayor
cantidad de este combustible líquido y de explorar otras áreas de negocios .
El presente proyecto se inserta en un programa de mayor envergadura: EL
ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL
COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE y está orientado a conocer
las características combustibles de los líquidos pirolíticos de maderas que
abundan en Chile, obtenidos en un proceso de piró lis mixto y en el diseño y
construcción de un equipo portátil que permitiera operar en condiciones de
terreno, es decir, sin electricidad, agua ni otras facilidades .
Resultados del proyecto y conclusiones .
Se diseñó y construyó un equipo de pirólisis mixta, con capacidad de
tratamiento de 1O m3 de leña, desarmable, portátil, con sistema de
colección y enfriado de gases. La unidad diseñada, posee la capacidad de
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operar en conjunto con otros equipos similares, como una batería de
hornos. La operación de este equipo en el sur del país, permitió producir
carbón vegetal y licor piroleñoso de coigue, canelo, lenga, roble, pino y
eucalipto .
Los carbones vegetales producidos, arrojaron los siguientes Poderes
caloríficos Superiores (Kcal/Kg): pino 7.24 7,
roble 7.910, eucalipto
8.019, canelo 8.338, lenga 8.339 y coigüe 8.484 .
Los licores piroleñosos producidos arrojaron los siguientes valores de
Poderes Caloríficos Superiores (Kcal./Kg.): pino 4.952, roble 5.425,
eucalipto 4.820, canelo 6.355, lenga 5.244 y coigüe 5.467 .
En laboratorio y mediante modificaciones termoquímicas, fue posible
elevar la capacidad calorífica de estos licores en alrededor de un 30% .
Las principales conclusiones del proyecto son:
-
Las capacidades calóricas de los carbones vegetales producidos
en el equipo portátil desarrollado, son similares a los que
consigna la literatura
- Las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de maderas
chilenas obtenidas en este proyecto, son ligeramente inferiores al
de los licores de carozos de fruta obtenidos en el proceso
industrial de Petrochil pero aún suficientes para ser considerados
como combustibles.(> de 4.000 Kcal/Kg)
Mediante sencillos tratamientos, es posible aumentar
significativamente la capacidad calorífica de los destilados
piro leñosos .
- El equipo de pirólisis construido tuvo un desempeño aceptable,
pero es necesario continuar perfeccionando el sistema de
enfriamiento de los gases .
- Nuevos estudios de la pirólisis y el mejoramiento de las
capacidades combustibles de sus destilados, pueden abrir nuevas
líneas de investigación ya que de ellos es posible obtener una
serie de subproductos para la industria química y alimenticia .
Este proyecto aporta importantes antecedentes para el conocimiento de la
biomasa forestal como fuente de energía lo cual puede tener un gran
impacto nacional y sirve de base para otras investigaciones relacionadas
con el tema. A Petrochil S.A. le permitió además de ampliar su base de
datos, especializar a su equipo técnico en un tema del cual existen escasos
conocimientos en el país y disponer de la tecnología para obtener
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biocombustible líquido para la ampliación de sus actuales actividades y/o
enfrentar nuevos negocios .
2.- Exposición del Problema .
Es conocida la situación de Chile en cuanto a la poca disponibilidad de
fuentes propias de energía. Los abundantes recursos hídricos aun sin
aprovechar, capaces de generar energía eléctrica resultan cada vez menos
competitivos debido a que se encuentran lejos de los centros de consumo .
Por otra parte, el país no cuenta con reservas de hidrocarburos fósiles, de
manera que debe abastecerse de gas y petróleo de terceros países pasando a
ser muy dependiente de la volatilidad de precios del mercado internacional.
Por el contrario, el país cuenta con una importante superficie de bosques
productivos de 14,7 millones de Há, de las cuales 1,75 millones de Há .
corresponden a plantaciones de especies exóticas. Según el Instituto
Forestal (Inf. Técnico No 137) la disponibilidad anual sostenible de
maderas nativas es de 30 millones de M3/año. de los cuales no se
aprovechan 13,5 millones de M3. Lo anterior hace pensar que es factible
utilizar esta fuente de energía para solucionar en parte el problema
energético del país .
Por otra parte, hasta ahora, el uso tradicional de la madera como fuente de
energía es su combustión directa lo que es poco eficiente y provoca daños
ambientales inaceptables .
El presente proyecto de investigación y desarrollo, es parte de un estudio
muy ambicioso y de gran envergadura: EL APROVECHAMIENTO DE
LA BIOMASA DISPONIBLE EN CHILE, ESPECÍFICAMENTE
AQUELLA PROVENIENTE DE LOS RECURSOS FORESTALES,
COMO FUENTE DE ENERGÍA LIMPIA Y RENOVABLE .
En la actualidad, las tecnologías para el aprovechamiento de la energía de
la biomasa consisten en variadas formas de transformación de ésta desde su
estado original, a otras formas que resulten más fáciles de utilizar,
transportar y almacenar. Estas tecnologías de transformación pueden
dividirse en dos grandes grupos: termoquímicas y bioquímicas .
Los procesos termoquímicos son: combustión directa, gasificación y
pirolisis. Los procesos bioquímicos por su parte, se refieren principalmente
a la conversión a través de biodigestión en ausencia de oxígeno para
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obtener biogás (mezcla de CO y metano!) y fermentación en ambiente
aeróbico, para obtener metano! y etanol.
Existen diferentes tipos de pirólisis en función de las condiciones físicas en
las que se realice. Los factores como la velocidad de calentamiento, el
tiempo de residencia, la presión, etc., tienen gran influencia en la
distribución de productos que se obtienen:
Piró lisis
Tiempo
residencia
Carbonización Horas/días
Mixta
5-30 min.
0,5-5 seg.
Rápida
Flash-líquido < 1 seg.
Flash-gas
< 1seg.
Ultra
< 0,5 seg.
Al vacío
2-30 seg.
Velocidad
Presión
calentamiento BAR
1
Muy baja
1
Muy baja
1
Muy alta
Alta
1
Alta
1
Muy alta
l
Media
< 0,1
Temperatura
°C Máx.
400
600
650
<650
> 650
1.000
400
Producto
Mayoritario
Sólido
Líquido/sólido/gas
Líquido
Líquido
Gas
Gas puro
Líquido
Desde hace algunos años, todos los países desarrollados y algunos
emergentes destinan enormes recursos técnicos y financieros al desarrollo
de nuevas fuentes de energía renovable. Actuando conjuntamente, estos
países coordinan el trabajo de sus investigadores mediante redes de trabajo .
Específicamente, con relación a la pirolisis de biomasa, el trabajo de los
investigadores de la organización denominada PyNe (Pyrolysis Network)
han logrado la construcción y operación de pequeñas centrales
termoeléctricas, motores piloto de combustión interna para vehículos, etc.,
que emplean destilados pirolíticos de la biomasa. En los últimos días ha
aparecido en la prensa nacional que la compañía alemana que fabrica los
automóviles Volkswagen ha desarrollado un motor para utilizar los
combustibles líquidos derivados de la pirólisis de la biomasa .
Se debe destacar que todos los estudios internacionales están orientados a
la producción de combustibles líquidos a partir de diferentes tipos de
biomasa mediante tecnologías desarrolladas sobre la base de pirólisis
denominada "rápida" o "flash". Estas tecnologías, requieren la
construcción de grandes unidades de producción a las cuales hay que llevar
la materia prima. Estas plantas requieren de personal muy especializado y
las facilidades propias de cualquier unidad industrial como electricidad,
agua, etc. Por otra parte, son unidades sumamente caras .
No obstante la orientación que tienen estas investigaciones a nivel mundial,
Petrochil S.A. ha decidido desarrollar un proyecto de investigación y
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desarrollo orientado a producir carbón vegetal y licor piroleñoso
(combustible líquido) mediante otro proceso de piró lisis, la piró lisis
denominada "mixta" .
Las razones que tuvo Petrochil para decidir esta tecnología, son variadas
pero las principales son:
•
Su experiencia en la pirólisis mixta ya que en su planta de carbones
activados la ha desarrollado y utilizado para producir carbones de
carozos de frutas que son posteriormente activados. Sucesivos
desarrollos tecnológicos, le han permitido a Petrochil aprovechar los
derivados líquidos y gaseosos del proceso de pirólisis de carozos de
fruta, para proporcionar la energía requerida en su planta por los
reactores de activación, en sustitución del petróleo diese!.
• La pirólisis mixta permite la obtención de dos productos; carbón
vegetal y licor piroleñoso. El carbón vegetal es utilizado por
Petrochil como materia prima base para la fabricación de carbones
activados. La utilización del licor piroleñoso en reemplazo del
petróleo diese! ha permitido una muy significativa reducción del
costo del proceso .
• Petrochil ha considerado de acuerdo a la realidad del país, que es
preferible disponer de tecnologías que requieren menos
infraestructura, menor inversión y que permitan realizar este proceso
en las cercanías de las fuentes de materia prima, en los bosques .
Si bien Petrochil tiene una basta experiencia en el proceso de pirólisis
mixta, su experiencia está limitada al tratamiento de carozos de frutas en un
horno industrial, vertical de funcionamiento continuo. Era necesario
entonces, estudiar y adaptar el proceso y desarrollar los equipos que
permitieran ser portátiles, donde no se contaría con ninguna de las
facilidades propias de una instalación industrial, como energía eléctrica,
agua, etc. En reemplazo de los carozos de frutas, cuya existencia es
limitada, se decidió estudiar el comportamiento de diferentes maderas .
2.1- Objetivos Técnicos del Proyecto
El proyecto se orientó a lograr 2 objetivos específicos:
a) El diseño, construcción y operación de un equipo de pirólisis mixta
que cumpliera los siguientes requisitos:
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- Portátil, para ser trasladado con facilidad de un punto a otro en el
bosque o bien a lugares donde abunde la materia prima .
- Fácilmente operable por personal con poca capacitación
- Que operara en cualquier condición climática .
- Que su funcionamiento, no requiriera de energía eléctrica, agua
corriente ni de otro elemento que limitara su operación en
condiciones de montaña.
- El diseño permitiera su operación junto a varias unidades similares,
como un equipo o bateria, para optimizar el aprovechamiento del
personal y la infraestructura, aprovechando las caracteristicas
discontinuas del proceso de pirólisis mixto .
- El equipo debía ser de bajo costo y fabricado en el país .
b) Estudiar la características del carbón vegetal y del destilado
piro lítico producido para:
- Comparar rendimientos del proceso de pirólisis desarrollado, entre
las 6 especies arbóreas más abundantes de nuestro país .
- Conocer las dificultades o particularidades del proceso, para cada
especte .
- Estudiar las variables del proceso de pirólisis para cada especie,
utilizando dos procesos diferentes. Uno que privilegiara
la
producción de destilado piroleñoso y una segunda que lo hiciera con
el carbón vegetal.
- Determinar y comparar las capacidades caloríficas del destilado
pirolítico y del carbón vegetal de las especies seleccionadas
- Relacionar las capacidades calorificas de ambos productos con las
variables del proceso de pirólisis .
2.2- La Innovación
A pesar de que Petrochil ha estado vinculado a estos temas desde hace
varios años, a nivel mundial, no le ha sido posible conseguir ningún tipo de
información reciente acerca de la pirólisis mixta. Todos los conocimientos
adquiridos por el equipo técnico de Petrochil, han sido fruto de sus propias
expenencms y ensayos .
Por otra parte, de todos los estudios y las organizaciones consultadas,
ninguna de ellas hace referencia a estudios de pirólisis que se realicen en
terreno. Todas ellas están orientadas a la producción de biocombustibles en
grandes unidades de producción .
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Naturalmente, no existen en el mundo estudios relativos a ningún proceso
de piró lisis que haya considerado maderas chilenas .
Concretamente, la innovación tecnológica de este proyecto se refiere tanto
al desarrollo de un proceso de pirólisis mixta, y al diseño y construcción
de un equipo portátil capaz de utilizar dicho proceso, para generar carbón y
biocombustible líquido. Por otra parte, el estudio y caracterización de los
combustibles líquidos obtenidos también constituyen una parte importante
de este trabajo .
3.- Metodología y Plan de Trabajo
3.1- Metodología.
- Del Equipo. La construcción del equipo se basó en el método de
prueba y error. Se diseñó un equipo preliminar inspirado en un horno
tipo Mark V de acuerdo a las observaciones y experiencias del
equipo de trabajo. Se construyó un prototipo preliminar, el cual fue
modificado reiteradamente de acuerdo a su comportamiento y a los
resultados preliminares que entregaba el laboratorio habiendo
operado exclusivamente con madera de Pino insigne .
Los ajustes y modificaciones a que se sometió el equipo, se
realizaron de acuerdo a la calidad y homogeneidad del carbón
obtenido así como a la cantidad y características del licor.
Finalmente, se construyó el equipo considerado definitivo el cual fue
trasladado al sur donde se realizaron las experiencias en forma
sistemática con diferentes especies de maderas. Estas fueron:
Roble
Lenga
Canelo
Coigüe
Pino insigne
Eucalipto (no considerado originalmente)
De los productos. Los productos se obtuvieron en dos series de
pirólisis para cada madera. En cada caso, la primera serie se realizó
tratando de favorecer la producción de carbón y una segunda,
tratando de favorecer la producción de licor piroleñoso .
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Con el objeto de obtener una mejor información del licor piroleñoso,
éste se recolectó a diferentes distancias del horno, es decir, a
diferentes temperaturas pues era posible pensar que los tanto los
contenidos de agua como el peso molecular de los distintos
componentes del licor, podían ser diferentes en cada caso .
En la medida que se obtenían los productos, estos eran enviados al
laboratorio para determinar sus características .
Las siguientes determinaciones a nivel de laboratorio se efectuaron a
los carbones y al licor:
Análisis de los carbones .
Densidad aparente
ASTM D 2854-89
Determinación de la ceniza
INDITECNOR 20-16ch
Determinación de la materia volátil
INDITECNOR 20-16ch
Calculo del carbono fijo
INDITECNOR 20-16ch
Poder calorífico superior
INDITECNOR 20-19ch
Análisis de líquidos de pirolisis
Contenido de agua
ASTMD95
Densidad
Picnómetro
Poder calorífico superior
INDITECNOR 20-19ch
Contenido de hierro
EEA
3.2- Plan de Trabajo
Estudio, Diseño y Fabricación del Prototipo .
Los análisis y estudios preliminares que como se ha dicho, se
inspiraron en un horno Mark V, fueron realizados por el equipo de
trabajo de Petrochil S.A. Los estudios estuvieron orientados a dos
aspectos fundamentales. Primero, las variables propias del proceso
de pirólisis y en segundo lugar, a lo que hemos denominado el
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proceso de licuefacción el cual constituía una parte fundamental del
estudio. El diseño de la unidad de pirólisis incluida la unidad de
licuefacción, fue efectuada por el ingeniero mecánico Sr. Juan
Guzmán Guerra .
Posteriormente, se procedió a la construcción del prototipo
preliminar el cual fue efectuado por la Maestranza Masege Ltda .
Puesta en marcha del Prototipo Preliminar.
Se iniciaron las operaciones en la Planta de Rosario de Petrochil,
utilizando como materia prima, madera de pino insigne y carozos de
duraznos. Estas operaciones, permitieron efectuar múltiples ajustes y
modificaciones al diseño, en función de la homogeneidad de los
carbones que se obtenían, la cantidad de licor colectado y al poder
calorífico de los productos .
Construcción del equipo Defmitivo .
La construcción del equipo fmal fue encomendado a la maestranza
Masege Ltda. bajo la supervisión del equipo técnico de Petrochil y
del ingeniero Sr. Juan Guzmán. Dado el carácter ácido del licor
piroleñoso, se decidió que el sistema de licuefacción fuera construido
íntegramente en acero inoxidable .
Operación del Equipo en Terreno
Originalmente se había considerado operar el equipo en dos
localidades diferentes en el sur de país, específicamente en Neltume
y Maullín (X Región). No obstante ello, dado lo complejo que
resultaba conseguir los permisos formales de operación del prototipo,
se decidió, llevarlo a la localidad de Hualpín (IX Región) por cuanto
allí existe un fundo de propiedad de algunos miembros del equipo de
trabajo. Dado lo anterior y a la falta de vecinos en su entorno, el
equ1po pudo operar sin problemas desde noviembre 2003 a abril
2004 .
Las diferentes maderas con que se operó el equipo, fueron adquiridas
en Lonquimay (roble, coigüe y lenga), Loncoche (canelo), Hualpín
(pino y eucalipto) y fueron llevadas, hasta el fundo El Manzano de
Hualpín .
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Análisis de Laboratorio
El análisis de los carbones vegetales, se efectuaron en el laboratorio
de Petrochil en su planta de Rosario. Los análisis del licor piroleñoso
por su parte, fueron efectuados en Santiago en el laboratorio de
Luval S.A. por cuanto el laboratorio previamente seleccionado, no
podía operar con la rapidez que las circunstancias requerían. Es
necesario recordar que especialmente durante la primera etapa del
proyecto, en la cual se hacían los ajustes del equipo en la medida en
que el laboratorio entregaba los resultados, era necesario una gran
agilidad en contar con los datos. Por otra parte, también es necesario
hacer presente que el estudio finalmente realizó el doble de series de
pirólisis y por tanto, el doble de los análisis de laboratorio respecto
de lo previsto en el proyecto original.
En el Anexo N°l, se presenta el Plan de Trabajo en forma de Carta
Gantt .
4.- Resultados
4.1 Del Equipo
El equipo finalmente construido cuyo plano se encuentra en el
Anexo N° 2, tiene una capacidad de 1O metros estéreos de
madera y consta de:
• 2 cilindros metálicos superpuestos de 2,5 metros de diámetro y
0,9 metros de altura cada uno .
• 1 tapa cónica con 4 troneras
• 1 colector-enfriador de gases. Consta de 4 secciones
ensamblables de acero inoxidable, largo total de 8 metros y 0,3
metros de diámetro, con 3 ciclones de expansión de gases .
• 2 torres de soporte del enfriador, con ruedas .
• 8 troneras metálicas y 4 chimeneas móviles .
Es completamente desarmable, su peso total es de 550 kilos y puede
ser trasladado y ensamblado manualmente por una cuadrilla de 4
operan os .
El colector-enfriador de gases corresponde a la pieza de mayor
tamaño y costo del equipo, por lo que de decidió aprovechar las
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características discontinuas del proceso de pirólisis mixto, para
diseñarlo de modo que pueda ser utilizado en varios equipos
similares operando en forma de batería.
Vista general del equipo operando en Hualpín
Es completamente desarmable, su peso total es de 550 kilos y puede
ser trasladado y ensamblado manualmente por una cuadrilla de 4
operarios .
El colector-enfriador de gases corresponde a la pieza de mayor
tamañ.o y costo del equipo, por lo que de decidió aprovechar las
características discontinuas del proceso de pirólisis mixto, para
diseñarlo de modo que pueda ser utilizado en varios equipos
similares operando en forma de batería.
En las experiencias realizadas, se obtuvieron los siguientes
rendimientos de carbón y licor:
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a.- Serie 1
Se buscó maximizar la producción de licor piroleñoso, alargando el
tiempo y aumentando la temperatura del proceso .
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Canelo
Coigüe
Roble
Lenga
Pino
Eucalipto
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Especie Carbón (Kg)
550
780
573
571
587
628
Licor (Lt)
714
693
733
701
672
684
Tiempo calentamiento (Hr)
12
13,5
13,3
13,6
11
11,3
El tiempo de calentamiento, corresponde al tiempo transcurrido
desde el encendido del horno hasta que se induce su apagado,
ahogándolo. La etapa siguiente, corresponde al enfriado del horno
que dependiendo de las condiciones climáticas, fluctúa entre 18 y 36
horas .
b.-Serie 2
Se buscó privilegiar la producción de carbón, disminuyendo la
temperatura y tiempo del proceso de piró lisis .
1
Especie Carbón (Kg)
Canelo
Coigüe
Roble
Lenga
Pino
Eucalipto
812
1.095
927
919
770
842
Licor (Lt) Tiempo calentamiento (Hr)
433
508
555
497
466
505
8
9,25
9,1
9,3
7,5
8,2
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4.2.- De los Productos
4.2.1.- Carbones
Primera serie
ESPECIE
CAROZO
PINO
COIGUE
LENGA
CANELO
ROBLE
EUCALIPTUS
Segunda serie
PINO
COIGUE
LENGA
CANELO
ROBLE
EUCALIPTUS
DENSIDAD
(Kg/Lt)
CENIZA
VOLATIL
CARBONO
(%)
(%)
(%)
PODER CALORIFICO
(Kcai/Kg)
0,44
0,21
0,26
0,19
0,15
0,19
0,20
3,20
1,68
3,25
2,83
3,29
8,68
8,21
2,99
13,63
8,38
6,27
16,60
8,48
9,95
93,81
84,69
88,37
90,90
80,11
82,84
81,84
8125
7247
8484
8339
8338
7910
8019
0,16
0,25
0,22
0,18
0,17
0,19
1,52
3,66
1,94
2,81
2,14
2,91
2,74
20,00
10,21
10,91
11,61
5,28
95,74
76,34
87,85
86,28
86,25
91,81
8367
7967
8317
7875
7565
8194
4.2.2.- Licor Piroleñoso
PODER CAL ORIFICO SUPERIOR (Kcai/Kg)
ESPECIE
LICOR PIROLENOSO
T1
T2
T3
COIGUE
5467
5581
4586
CANELO
6355
5667
4434
EUCALIPTUS
4820
4150
5334
LENGA
5244
3836
5095
ROBLE
5425
5163
4296
PINO
4952
4888
4655
CAROZO
6555
4.2.3.- Enriquecimiento de la capacidad calorífica del licor
piroleñoso .
Sin que estuviera considerado en el programa de trabajo original, el
equipo de investigación decidió estudiar el posible enriquecimiento
de la capacidad calorífica del licor piro leñoso .
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Mediante un sencillo tratamiento térmico del licor a 1O1°C se obtuvo
una significativa mejoría de las capacidades caloríficas, como se
aprecia en la tabla siguiente .
ESPECIE
COIGUE
CANELO
EUCALIPTUS
LENGA
ROBLE
PINO
CAROZO
PODER CALORIFICO SUPERIOR (Kcai/Kg)
SIN TRATAR
TRATADO
T1
T2
T3
T1
T2
T3
5467
5581
4586
7325
2834
3400
4434
7115
6355
5667
6654
6033
4820
4150
5334
6358
7386
7462
5161
5244
3836
5095
5994
7642
7297
5425
5163
4296
5834
7456
6346
4952
4888
4655
6290
7942
6555
7489
4.4.- Discusión y Análisis de resultados .
4.4.1.- Horno de pirólisis .
Con el propósito de analizar de mejor forma el comportamiento del equipo
de piró lisis, se evaluará por separado cada una de sus secciones .
a) Cuerpo del horno .
Considerando la facilidad de transporte y ensamblado de esta parte del
equipo, se estima que su diseño es adecuado. Las pruebas permitieron
constatar que la incorporación del colector-enfriador de gases, no alteró
su rendimiento en función de los kilos de carbón obtenidos, comparado
con experiencias anteriores. No obstante lo anterior, hay que tener
presente que las condiciones en que se realizaron estas experiencias
pudieran no haber sido iguales. (temperatura ambiente, humedad de la
madera, etc)
b) Sistema de colector-enfriador de gases .
Se estima que la eficiencia del sistema de enfriado de gases es sólo
regular y debe ser mejorado. La experiencia de Petrochil S.A. en su
planta de carbones activados, indica que por cada 2.000 kilos de carozos
con una humedad promedio de 12% que ingresan al carbonizador
vertical, se obtiene 500 kilos de carbón de carozo y 900 litros de licor
piroleñoso, es decir, se pierde un 25% del peso de la materia prima
como gases no condensables .
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Con el enfriador del equipo portátil desarrollado, encontramos que para
una carga de 4.200 kilos de leña de pino, con 15,7% de humedad se
obtuvo 770 kilos de carbón y sólo 466 litros de licor, en la experiencia
donde se privilegió el rendimiento de carbón. Cuando el proceso se
orientó a privilegiar la producción de licor, se obtuvo 587 kilos de
carbón y 672 litros de licor. Esto indica que la eficiencia del sistema
portátil de enfriamiento representa sólo entre un 20 y 25% del que
posee Petrochil S.A. en su planta Rosario .
e) Estructura de soporte del colector-enfriador de gases.
La estructura diseñada, cumple con su función de sostener el enfriador
de gases. Sin embargo, debido a las diversas modificaciones que fue
necesario implementar en terreno, no fue posible diseñar bajo esas
condiciones un sistema desmontable .
4.4.2.- De los Productos
4.4.2.1.- Carbones vegetales .
Tanto la cantidad como las caracteristicas de los carbones obtenidos
en las diferentes experiencias, se ajustan a los valores típicos
conforme a la literatura y a la experiencia de Petrochil.
A pesar de que existen diferencias significativas
entre los
rendimientos de carbón de cada una de las series de pirólisis, la
diferencia de la cantidad de cenizas como de la de los volátiles que
contienen los carbones, son sólo detectables a nivel de laboratorio .
Otra diferencia observada, es que los carbones del proceso que
maximiza la producción de licor, tienden a tener un menor tamaño de
grano y mayor cantidad de finos. Este resultado se puede explicar por
el mayor tiempo y temperatura a que se somete la madera.
4.4.2.2.- Licores piroleñosos .
Las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de todas las
maderas analizadas son similares y fluctúan en alrededor de 5.000
KcaVKg. y son inferiores al licor piroleñoso proveniente de carozos
obtenido en el equipo industrial de Petrochil cuyo valor típico es de
6.500 KcaVKg .
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El mayor poder calorífico del licor proveniente de carozos, se puede
explicar por el mayor contenido de lignina que estos poseen. Por otra
parte, sin duda que la mayor eficiencia del equipo industrial
condensador de gases de la planta de Petrochil, juega un rol
importante en estos resultados al poder llegar a condensar otras
fracciones más livianas .
Por decantación, es posible separar las diferentes fracciones del
destilado pirolítico permaneciendo las fracciones más acuosas en la
superficie. Sin embargo al eliminar la fracción acuosa, se extraen
también compuestos solubles en agua que poseen potencial
combustible. Con los métodos tradicionales de laboratorio no fue
posible separar el agua .
••
El estudio complementario de este proyecto, referente a la colección
de licor a diferentes distancias del horno, es decir, a diferentes
temperaturas, permitió determinar que:
a) Las fracciones de mayor peso molecular así como la mayor parte del
agua, son recogidos principalmente en el colector más cercano a la
salida de los gases .
b) Aunque la densidad de los licores recogidos en los diferentes
colectores son diferentes, sus capacidades caloríficas son similares .
e) La cantidad de licor recogido en cada uno de los 3 diferentes
colectores que consideró el equipo, representa una proporción de
5:2:1 recogiéndose una mayor cantidad en el más cercano al cuerpo
del horno .
Si bien las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de
distintas maderas son similares, a simple vista es posible apreciar sus
diferencias organolépticas .
••
5. Conclusiones
5.1- Respecto del Diseño del Equipo ..
-
El equipo construido permite producir carbón vegetal y licor
piroleñoso mediante el proceso de pirólisis mixta .
La eficiencia del equipo respecto de la cantidad de carbón vegetal
producido y la cantidad de madera empleada es adecuada .
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Es necesario mejorar el sistema de licuefacción tendiente a aumentar
su rendimiento en la colección de licor. Lo anterior, debería lograrse
aumentando la superficie de intercambio de calor.
- Las torres de soporte del enfriador de gases deben sustituirse por
otras desarmables y en lo posible, construidas con materiales de
menor peso .
Si bien no hubo pruebas específicas, el diseño del equipo permite
operarlo conformando una batería de hornos .
- Ya que los equipos pueden trabajar en serie, constituyendo una
batería, es posible entonces justificar la construcción de un equipo
enfriador- recolector más sofisticado para atender las necesidades de
varios hornos operando simultáneamente .
5.2- Respecto de los productos .
-
Los carbones vegetales producidos en el equipo portátil de pirólisis
mixta, no presentan diferencias significativas con aquellos
producidos en otros hornos de carbonización .
-
Mientras más alta es la temperatura del proceso de piró lisis, mayor el
la pérdida de tamaño de grano del carbón producto de su
reblandecimiento .
-
Los licores piroleñosos de las maderas estudiadas presentan
capacidades caloríficas similares entre sí y equivalentes a los que
indica la literatura para otras maderas .
-
La capacidad calorífica de los licores de maderas son inferiores a
aquellos de carozos producidos en la planta industrial de Petrochil
-
Mediante un proceso térmico, es posible aumentar sensiblemente las
capacidades caloríficas de estos licores .
-
Es necesario continuar investigando diferentes procedimientos para
mejorar la capacidad calorífica de los licores piroleñosos .
-
El agua presente en el licor, corresponde al agua de constitución de
la madera y al agua libre o humedad. Es deseable entonces disponer
de maderas con la menor humedad posible .
Las claras diferencias organolépticas entre los distintos licores,
insinúan características diferentes, que no son reflejadas en sus
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capacidades caloríficas, pero podrían ser un interesante punto de
partida para investigaciones que apunten a desarrollar otros usos de
estos complejos químicos .
6.- Impactos del Proyecto .
6.1- A Nivel Nacional
El desarrollo esta tecnología, permite visualizar importantes
impactos a nivel nacional, en diferentes áreas tales como: estratégica,
económica, social y ambiental.
Estratégicamente para el país, es muy importante poder generar
energía utilizando un abundante recurso propio como es la biomasa
forestal que entre otras ventajas, es renovable .
Desde el punto de vista económico, la tecnología desarrollada podría
permitir la sustitución de importaciones de combustibles fósiles
tradicionales. Podría permitir asimismo la utilización de grandes
volúmenes de residuos forestales provenientes de la explotación o
manejo forestal y de diferentes procesos industriales que hoy son
improductivos .
Además, el que hoy bosques improductivos, puedan generar algunos
ingresos mediante la comercialización de carbón y biocombustible
líquido, podría permitir el financiamiento total o parcial de las
intervenciones que dichos bosques requieren para transformarlos en
productivos .
Socialmente, el impacto de este proyecto se podría ver reflejado con
la creación de un importante número de productores de carbón y
combustible líquido, con diferentes grados de estructura y
organización empresarial. Ellas, directa o indirectamente
demandarán una importante cantidad de mano de obra poco
calificada .
El impacto ambiental de este proyecto se podría ver reflejado por una
parte, en una mayor superficie de bosques productivos y por otra, el
uso de biocombustibles en sustitución de los tradicionales derivados
del petróleo permite reducir el efecto invernadero causado por el
C02, de la lluvia ácida causada por el S02 y de la cantidad de NOx .
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Finalmente, este proyecto inducirá a sustituir a nivel domiciliario, el
consumo
de leña por carbón lo cual podría reducir
significativamente la contaminación urbana .
6.2.- A Nivel de Empresa .
En primer término, el equipo técnico de Petrochil se visto
enriquecido técnicamente en forma muy significativa por cuanto
durante el desarrollo del presente trabajo se vio enfrentado a un sin
número de situaciones técnicas que debió estudiar y resolver. Esto lo
llevó a estudiar y analizar muchos otros aspectos técnicos que en si
mismos no eran parte de este estudio .
Por otra parte, a Petrochil, le ha permitido encontrar nuevas fuentes
de biocombustible líquido como el que ya utiliza en su planta de
Rosario. Adicionalmente, el esquema planteado, aseguraría a
Petrochil el abastecimiento de una materia prima fundamental para
su industria de carbones activados, el carbón vegetal.
Finalmente, Petrochil ha visualizado la posibilidad de desarrollar
nuevas tecnologías y líneas de negocios. A modo de ejemplo,
Petrochil ya inició el estudio de la fabricación de briquetas de carbón
de grandes dimensiones para sustituir a la leña en las estufas
domiciliarias de doble cámara. Igualmente, ha realizado estudios de
factibilidad para comercializar biocombustible líquido y en el área
de la industria química ha detectado la factibilidad de utilizar el licor
piroleñoso en la obtención de saborizantes alimenticios .
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ANEXO N" 1
para
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2.- CUADRO RESUMEN DE ACTIVIDADES
~-----·-~.1
12.2:; .
¡;?~~~~:*~'
IM
y construción
..
_.·_
ME
13
14
13
14
15
16
17
16
17
1
PASO 2
Puesta en marcha de prototipo
PASO 3
Construcción equipo fefiinitivo
WiBI
PASO 4
Operación en terreno.
1·~~~¡
resultados .
PASO 6
Evaluación del proyecto .
PASO 7
Preparación informe finaL
~
Al TIVIDAI
IMESIMES IMESIMESIMES
2
¡:~~~.~
y construción
lde proto1ipo
PASO 2
Puesta en marcha de prototipo
PASO 3
equipo fefiinitivo
IPASO 4
3
~
•
5
ME
1MES MES 1MES
7
11
12
15
~
~
11
en terreno.
IPASO 6
1
!ij
111 1111111111111111111111
!Análisis de resultados .
IPASO 6
del proyecto .
IPASO 7
~
informe finaL
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