Polytechnik

Cuando la biomasa se somete a una temperatura superior a 200 grados Celsius en ausencia de oxígeno, se genera gas de síntesis. El gas de síntesis es un subproducto importante en un proceso de tratamiento térmico de la biomasa en reactores en ausencia de oxígeno (pirólisis), como por ejemplo en la torrefacción o la carbonización, y ello por varias razones. Durante su procesamiento posterior se libera una cantidad considerable de energía que puede aprovecharse para diversos fines. No aprovechar esta energía supondría un desperdicio directo de recursos energéticos y, por tanto, de dinero. Además, debido a su nocividad, el gas de síntesis no debe liberarse a la atmósfera en su forma original. Su tratamiento requiere inversiones más elevadas, lo que aumenta las pérdidas también por esta vía indirecta.

En este caso, surge la pregunta de qué sería lo más sensato hacer con el gas de síntesis en una planta de torrefacción o carbonización. La respuesta es sencilla: quemar el gas de síntesis en cámaras especialmente diseñadas para ello y obtener energía de este proceso. Sin embargo, la cuestión decisiva sería cómo obtener la máxima cantidad de energía de una fuente de energía de baja calidad, justificar la inversión y convertir el gas de síntesis en una fuente de energía sostenible.
La composición típica del gas de síntesis incluye, además de agua, hidrógeno y nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, diversos hidrocarburos y metano, entre otros. Dependiendo de la materia prima de entrada a la pirólisis, el gas puede contener además cloro, azufre y otras sustancias contaminantes. Según el proceso, el gas también presenta un alto contenido de alquitrán y polvo. El poder calorífico típico del gas de síntesis se sitúa entre 7 y 15 MJ/kg.

Polytechnik ha desarrollado una cámara de combustión especial capaz de obtener la máxima cantidad de energía del gas de síntesis generado durante la torrefacción o la carbonización. Para ilustrar esta innovadora solución técnica a un problema complejo, se distinguen tres áreas fundamentales.

• Cámara de combustión adiabática
  El diseño y las características de la cámara de combustión se adaptan al gas de síntesis que se va a utilizar, cuya composición varía en función de la materia prima y el proceso de producción. El gas de síntesis contiene diversos elementos con diferentes velocidades de combustión, lo que requiere una estabilización de la llama. Además, determinados elementos del gas de síntesis requieren una temperatura más alta para la ignición, mientras que otros reducen el poder calorífico e influyen en la temperatura de la llama. El contenido de humedad, es decir, el vapor de agua, afecta directamente a la estabilidad de la llama y a las emisiones. La optimización de la combustión se consigue mediante un diseño especial que se adapta a las propiedades del gas de síntesis. Las cámaras de combustión de gas de síntesis de Polytechnik están revestidas con un refractario de chamota extremadamente resistente a las altas temperaturas. La chamota protege la cámara contra el desgaste prematuro, reduce las pérdidas de calor y, por lo tanto, aumenta la eficiencia de la combustión, distribuye el calor de manera uniforme, evita los puntos calientes y estabiliza la temperatura en la cámara.

• Flujo de gas óptimo
  En el desarrollo de las soluciones de Polytechnik se utilizan simulaciones por ordenador CFD. Estas emplean métodos numéricos y algoritmos para analizar el flujo de gas de síntesis como proceso de intercambio de calor y materia dentro de la cámara. Estos experimentos virtuales permiten obtener información detallada sobre los procesos que tienen lugar en la cámara y desarrollar soluciones. A partir de los resultados, se diseñan quemadores específicos para gas de síntesis que permiten una combustión óptima y, por lo tanto, una liberación óptima de energía.

• Optimización del proceso de combustión mediante la mezcla controlada de aire y gas de recirculación
  La geometría especial de las boquillas optimiza la mezcla de gas de síntesis y aire. El giro resultante aumenta la turbulencia y la mezcla, acelera la combustión y reduce la formación de puntos calientes que pueden provocar emisiones de NOx.
  La distribución del gas de recirculación, que puede inyectarse en el aire primario o secundario o directamente en la zona de la llama, influye en la calidad de la combustión. Mediante la optimización y estabilización de la temperatura de la llama, así como la reducción de la concentración de oxígeno, se controlan químicamente los gases de combustión recirculados. Y, por último, gracias a la posición y la geometría de las boquillas de aire secundario y terciario, se consigue una combustión escalonada que, entre otras cosas, conduce a una reducción significativa de las emisiones contaminantes.

Ejemplo práctico:

Das kürzlich fertiggestellte Taaleri-Projekt in Finnland, derzeit die größte Torrefizierungsanlage Europas, ist ein Beispiel für eine solche Kammer.