Hidrocarbonización como técnica de valorización de materiales biomásicos

Abstract

Este trabajo se basa en la carbonización hidrotérmica o hidrocarbonización (HTC) como proceso termoquímico para el tratamiento de recursos biomásicos, enfocándose principalmente en la búsqueda del incremento del valor añadido de este tipo de residuos.

El mecanismo de HTC requiere de unas condiciones de temperatura y presión moderadas, con valores más suaves que los procesos de carbonización tradicionales, y además requiere de la presencia de agua, lo que aporta una ventaja competitiva para recursos con alto contenido en humedad que no pueden utilizarse en otros procesos termoquímicos tradicionales como la combustión o carbonización.

Los numerosos mecanismos y fenómenos que tienen lugar durante el proceso son complejos, y se tratan de abordar en este trabajo.

La experimentación se ha planteado desde la aplicación de HTC como técnica de densificación de materiales sólidos, estudiando para ello la influencia de diferentes parámetros de proceso (tiempo del proceso, temperatura, cantidad de agua) sobre diferentes materiales biomásicos, atendiendo de forma general al poder calorífico superior (HHV) y a la masa final o rendimiento sólido (SY). Parte de la metodología aborda los siguientes puntos: • Estudio del proceso de hidrocarbonización desde la vertiente estadística. Al aplicar ecuaciones matemáticos y metodología de diseño de experimentos se obtienen modelos de descripción del proceso que ayudan a interpretar y obtener conclusiones complejas de los resultados. • Desarrollo de un modelo que incluya parámetros físicos y químicos. Utilización de métodos de CFD para la resolución de las ecuaciones y mecanismos que rigen los fenómenos que tienen lugar durante el proceso.

The current doctoral thesis has been developed in the frame of the technique called hydrothermal carbonization or hydrocarbonization (HTC) as a thermochemical process treating the biomass resources, focusing mainly in the search of the enhance of the added value of these kind of residues.

The HTC requires moderated temperature and pressure conditions, being those softer than the other in the traditional carbonization process, and also requires the presence of water, which rings a competitive advantage among the high humidity content materials, which cannot be used in traditional thermochemical process such as combustion or carbonization.

The numerous mechanism and phenomena taking place during the HTC are really complex and are approached in this work.

This work was planned since the energetic point of view, using the hydrocarbons as a way to densify the solid biomass, studding for it the influence of different process parameters (process time, temperature, amount of water), using different biomass materials, attending mainly to the high heating value (HHV), and the final mass or solid yields (SY). • Approach of the HTC process study from the statistical point of view, applying mathematical equations and design of experiments methodology, obtaining descriptive models for the process which help to interpret and obtain complex conclusions of the results obtained in the laboratories at research scale • Development of a model including physical and chemical parameters. Uses of CFD methods for solving the equations and mechanisms describing the phenomena during the HTC process.