Implementación de un sistema por lotes para pirólisis a escala planta piloto en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad del Valle de Guatemala.

Abstract

Se llevó a cabo la implementación de un sistema de pirólisis semicontinuo a escala planta piloto, para experimentación con biomasa en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad del Valle de Guatemala. Se investigaron diversos materiales, equipos y condiciones de operación para seleccionar los materiales así como la configuración de los equipos para el sistema por lotes. Posteriormente, se instalaron los equipos y se verificaron sus parámetros de operación, realizando corridas experimentales con cáscara y semilla de aguacate. Se calentó de forma gradual el reactor hasta alcanzar como temperatura máxima los 394 °C. Se estableció que se necesitan nueve horas para la realización de una pirólisis completa y que ello implica un flujo de agua de enfriamiento de 0.173 kg/s para el condensador y un suministro de 1.21 m3 (3.66 kg) de GLP a 10 psi. Se analizó el rendimiento de los tres productos obtenidos: char, bio-oil y gases en cada uno de los lotes procesados, obteniendo rendimientos medios de 14.3% (g/g), 60.6% (g/g) y 7.86% (g/g) respectivamente. Además de los productos de pirólisis, se extrajo en promedio 17.2% (g/g) de agua. La variabilidad entre lotes fue del 16.3% para el char, 4.61% para los aceites de pirólisis, 37.8% para los gases no condensables y 32.7% para el agua, siendo el bio-oil el producto menos variable y los gases no condensables el rendimiento menos constante. También se determinó que el char contiene, en promedio, 1.32% (g/g) de humedad, 8.97% (g/g) de cenizas, 20.7% (g/g) de materia volátil y 69.0% (g/g) de carbono fijo. Se analizó la composición del aceite por medio de cromatografía de gases con un espectrómetro de masas acoplado, obteniendo que el compuesto más abundante en el aceite de pirólisis fue el 17-octadecen-14-in-1-ol. En el caso de la materia prima, se analizó su composición por medio de espectroscopía IR, con lo cual se determinó que la composición de la materia prima era distinta a la del char y bio-oil. Con lo anterior se comprobó el correcto funcionamiento del equipo instalado, dado que hubo un cambio de composición de los productos con respecto a la materia prima y el rendimiento de aceites de pirólisis fue constante. Se elaboró un manual de operación para futuras investigaciones en el Laboratorio, estableciendo procedimientos operación. (A)

A semi-continuous pyrolysis system at pilot-plant scale was implemented for biomass experimentation in the Unit Operations Laboratory at Universidad del Valle de Guatemala. Various materials, equipment, and operating conditions were investigated in order to select the appropriate materials and equipment configuration for the batch system. Subsequently, the equipment was installed, and its operating parameters were verified by conducting experimental runs using avocado peel and seed. The reactor was heated gradually until reaching a maximum temperature of 394 °C. It was established that nine hours are required to complete a full pyrolysis process, involving a cooling water flow rate of 0.173 kg/s for the condenser and a supply of 1.21 m³ (3.66 kg) of LPG at 10 psi.

The yields of the three products obtained—char, bio-oil, and gases—were analyzed for each processed batch, resulting in average yields of 14.3% (g/g), 60.6% (g/g), and 7.86% (g/g), respectively. In addition to the pyrolysis products, an average of 17.2% (g/g) of water was extracted. Batch-to-batch variability was 16.3% for char, 4.61% for pyrolysis oils, 37.8% for non-condensable gases, and 32.7% for water, making bio-oil the least variable product and non-condensable gases the least consistent yield.

It was also determined that the char contained, on average, 1.32% (g/g) moisture, 8.97% (g/g) ash, 20.7% (g/g) volatile matter, and 69.0% (g/g) fixed carbon. The composition of the oil was analyzed by gas chromatography coupled with mass spectrometry, revealing that the most abundant compound in the pyrolysis oil was 17-octadecen-14-yn-1-ol. In the case of the raw material, its composition was analyzed through IR spectroscopy, which demonstrated that the composition of the feedstock differed from that of the char and bio-oil.

These results confirmed the proper operation of the installed equipment, since the products exhibited a compositional change with respect to the raw material and the pyrolysis oil yields remained consistent. An operation manual was also prepared for future research in the Laboratory, establishing operational procedures.