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Modelado y evaluación comparativa de los residuos sólidos ur

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Donovan Suarez

on 7 October 2013

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Modelado y evaluación comparativa de los residuos sólidos urbanos de gasificación para la producción de energía.
Introducción
Metodología.
Resultados y conclusiones.

La gasificación es la conversión termoquímica de compuestos orgánicos principalmente en combustible gaseoso (CO y H2).

Este estudio explora el potencial de la gasificación para la producción de energía y tratamiento de residuos sólidos urbanos en los Emiratos Árabes Unidos, EE.UU. y Tailandia.
Ventajas sobre la incineración.
Los productos procedentes de la gasificación
tienen más energía y usos industriales, la gasificación es potencialmente más eficiente que la incineración ya que puede funcionar a temperaturas más bajas y, por último, Se volatilizan menos contaminantes en la gasificación que en la incineración.
El Emirato de Abu Dhabi generó 5,9 millones de toneladas de residuos entre los años 2007 y 2008. Alrededor del 97 % de esa residuos terminó en vertederos en el desierto sin sistemas de recolección de biogás, recuperación de energía, o programas de reciclaje.

En 2009, la tasa de generación per cápita de los RSU en los EAU fue 532 kg por año.
Es necesario efectuar una serie de ensayos de caracterización química y física de los residuos para la aplicación de un examen proximal y un ultimo examen.
Examen proximal: contenido de humedad, materia orgánica fija, materia orgánica volátil, y la cantidad de contenido de cenizas en los RSM .
Ultimo examen: determina la composición química de un compuesto de RSU.

El control de procesos es clave para la gasificación, en este caso, se deben controlar dos parametros: flujo de aire y la temperatura.

Estos parámetros determinan las cantidades de cada producto de la gasificación y están relacionados entre sí. El calor requerido para conducir el proceso de gasificación en realidad viene del propio proceso . Como las materias primas y los productos en combustión inicial se forman , también se libera calor .

El flujo de aire fue elegido en un rango llevado a un intervalo de temperatura desde 600 hasta 1.800 °C.
Los valores presentados en la Tabla 3 son valores de energía máxima teórica . La energía neta real que puede ser obtenido a partir de la incineración depende del uso de la energía (calor o electricidad) y la eficiencia de los ciclos de energía empleadas .
Los diferentes flujos de RSU tienen diferentes valores caloríficos, se determino que los desechos plásticos y textiles tienen el mayor poder calorífico y mayor tasa de conversión , mientras que los desechos de jardín tienen la menor. Por consiguiente, la cantidad de energía producida por kg de
MSW mixto, ya sea a través de procesos de incineración o gasificación, dependen de la composición relativa de los RSM .
Hassan A. Arafat ⇑, Kenan Jijakli
Water and Environmental Engineering Program, Masdar Institute of Science and Technology, P.O. Box 54224, Abu Dhabi, United Arab Emirates

Una categorización ideal los residuos corrientes radica en su potencial de tratamiento. Basados en esto, se pueden dividir en las siguientes categorías: metales, papel, plásticos, textiles, madera, residuos de alimentos, residuos de jardinería, y vidrio.
La mayor parte de la aplicación de gasificación es en la industria del carbón , como se muestra en la figura. 1, cuando se emplea la gasificación para producir combustibles más limpios. La biomasa y la gasificación de residuos constituyen sólo el 0,33% de la capacidad total de gasificación de todo el mundo.
figura 1
. Capacidad de gasificación Global
por la industria.
Ese mismo año, Según la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico) el país miembro con la tasa más alta de generación de RSU fue Dinamarca con una tasa de 830 kg per cápita al año.
Por otra parte , la generación de RSU de Japón ( otro país miembro de la OCDE ) fue de sólo 380 kg per cápita al año, el 70 % de la de los Emiratos Árabes Unidos.
En promedio, una tonelada de RSU puede generar unos 600 kilovatios hora de electricidad, a través de la recuperación de energía o los residuos, con las tecnologías energéticas,
incluyendo la gasificación.
El Emirato de Abu Dhabi se trazó en 2010 un ambicioso objetivo del 90 % desvío de los residuos de vertederos para 2013, para lo cual, la gasificación de RSU es una tecnología clave candidata para este propósito.
El estudio evalúa , teóricamente , el potencial de la gasificación como una vía para la transformación de desechos en energía para diferentes residuos
corrientes.
Se toma como caso de estudio y se compara a los Estados Unidos y Tailandia , proporcionando un espectro de tres regiones con diferentes escenarios socio- económicos y , por lo tanto , los perfiles de los RSU.
Para este estudio, los residuos se dividieron en categorías representativas,
mediante su gasificación química, y, finalmente, la predicción de las concentraciones relativas del proceso de producción usando un paquete informático usando el modelo de minimización de energía de Gibbs.
La información de estas pruebas se utilizan en el modelado del proceso de gasificación , ya que el los rendimientos de la energía y la conversión de residuos dependen de la estructura química de estos (es decir, flujo de residos).
Tabla 1
. El análisis último de los flujos de RSU como porcentaje en masa de carbono (C ) , hidrógeno (H ) , oxígeno (O ) , nitrógeno (N ) y de la ceniza y la fórmula química que resulta.
Los resultados del análisis proximal se presentan en la Tabla 2. Los resultados pueden no ser exactamente los mismos para los diferentes países, ya que los RSM son un recurso heterogéneo, pero una revisión de los resultados publicados mostró sólo ligeras variaciones ( Niessen, 2010; Themelis et al, 2002.).
Tabla 2
. Análisis proximal de los flujos de RSU reportados como porcentajes en peso ( Niessen , 2010 ; Themelis et al, 2002 . ) .
La gasificación es el proceso de convertir la biomasa principalmente en syngas . Esto se lleva a cabo a altas temperaturas y con niveles de oxigeno controlados , que es la principal diferencia entre gasificación e incineración .
el segundo proceso : pirólisis. en el cual los solidos volátiles son liberados de esta fase y son capaces de reaccionar entre sí y con el carbón para formar nuevas especies .
En primer lugar, la humedad residual se evapora.
Por ultimo, la formación de los productos finales de gasificación.
En el segundo paso , las fórmulas químicas se utilizaron como variable de entrada a un paquete informático con un modelo de gasificación integrada . El solucionador calcula la concentración molar de CO, CO2, H2, H2O, CH4, C, N2, NH3 y HCN, como los principales productos gasificadores.
Otro paquete de software utilizado fue el de equilibrio químico de la NASA con Herramienta de Aplicaciones ( CEA ) , también se consideró para el modelado de los procesos de gasificación.
Basándose en el modelado del proceso de gasificación, la determinación de los productos gasificadores para cada flujo de RSU y el análisis de la eficiencia energética se llevó a cabo utilizando datos típicos de composición de los RSU previamente publicados por los Emiratos Árabes Unidos , que también se comparó con EE.UU. y Tailandia .
figura 2.
Eficiencia de la energía producida por incineración de 1 kg de RSU en los Emiratos Árabes Unidos, EE.UU. y Tailandia.
figura 3
. Eficiencia de la energía producto de la gasificación de 1 kg de RSU en los Emiratos Árabes Unidos ,EE.UU. y Tailandia.
Dependiendo del tipo de residuos que se generen en mayor proporción, se puede determinar la eficiencia del proceso de gasificación.
Tabla 3
. Valores de HHV, LHV y el potencial de producción de energía eléctrica a partir de la incineración de los componentes de los RSU.
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