Gasificación por plasma

INTRODUCCION

El  resultado de cubrir las necesidades energéticas de la creciente población sumado a el aumento  producción per cápita ,el aumento de la basura enviada de las zonas rurales a las ciudades entre otros factores ha provocado un serio problema que atraviesan actualmente los departamentos de gestión de los residuos al organismo encargado, Estos residuos son por lo común dispuestos en rellenos sanitarios ,botaderos a cielo abierto o recuperación de energía ,métodos que actualmente no son del todo eficientes pudiendo llevar a problemas de contaminación, generación de plagas, agotamiento de espacios, enfermedades y emisión de gases de efecto invernadero (Sanlisoy and Carpinlioglu, 2017a).El esfuerzo de la ciencia por incorporar nuevas tecnologías limpias nos presenta la gasificación por plasma ,esta tecnología réplica las temperaturas de la superficie del sol lo cual permite procesar prácticamente todo tipo de desechos que contengan carbón , es importante aclarar que la gasificación no se trata de una combustión, los residuos son destruidos a extremas temperaturas en una cabina especial, escasamente  gasificada o en privación de gas ,del mismo donde se deja pasar una corriente a alta potencia  reduciendo a vapor los desechos(Breeze, 2018). Producto de esta reacción térmica se produce el  combustible denominado syngas o gas de síntesis mismo que contiene principalmente hidrógeno y monóxido de carbono (Willis et al., 2010) .Una vez limpio este gas de síntesis puede tener muchas aplicaciones energéticas y materiales ,(Rajasekhar et al., 2015) .Emisiones de este tipo de planta son similares a las de una central eléctrica a gas natural, una planta de gasificación de plasma tiene como subproductos escoria vitrificada que no representa un daño a la naturaleza encontrándose por debajo de los límites permisibles de metales pesados según las normas internacionales(Minutillo et al., 2009), numerosos estudios nos indican que la gasificación por plasma es más eficiente que una planta de incineración, proporcionándonos un mejor comportamiento ambiental en comparación con otras tecnologías. (Taylor et al., 2013).Sin embargo sus costos y beneficios están sujetos a estudios debido a que es una tecnología nueva,  algunos de los proyectos que fueron puestos en marcha fueron cancelados debido a varios inconvenientes no previstos(GAIA, 2017)

Objetivos

2.1. Objetivo general

Entender de qué se trata la gasificación por  plasma

 2.2 Objetivos específicos

• Investigar  en que consiste teóricamente la  GP y cómo se lleva a cabo
• Nombrar que tipo  de gasificadores  operan en el tratamiento de residuos sólidos.
• Establecer que productos y subproductos  se  logran de la GP.
• Detallar casos de  estudios realizados aplicados.
• Revelar la eficacia de esta tecnología  conociendo  sus últimos avances.
• Señalar sus beneficios e inconvenientes

Descripción general del proceso.

Esta tecnología consiste en  la conversión termoquímica de materia prima basada en carbono, en la cual el oxígeno actúa como agente oxidante (Naipe and Gomez, 2016). En el proceso se generan reacciones químicas endotérmicas, que usan una fuente de calor que proviene de la tecnología de plasma (Ptasinski, 2015). Como producto de la reacción del oxígeno con el carbono se obtiene syngas, mismo que está constituido por monóxido de carbono e hidrogeno, El gas resultante es utilizado en la generación de electricidad y calor o también se puede transformar en hidrocarburos líquidos (Higman and Burgt, 2011). En este tipo de tecnología trabaja con  temperaturas por encima de 5000°C (Mazzoni and Janajreh, 2017).

Esquema gasificación por plasma.

La manera más común de generar plasma es mediante el  arco eléctrico originado entre dos electrodos, esto ocurre  en el interior de  los reactores compuestos generalmente de un gasificador (Basu, 2010), como se parecía en la ilustración 1. Los residuos ingresan por la parte de arriba y en la parte interna se encuentran las antorchas de plasma  (Ciuta et al., 2017). La  corriente eléctrica circula entre dos electronos que se encuentran separados y en medio de estos fluye un gas inerte (Mazzoni and Janajreh, 2017).

[pic 1]

Ilustración 1. Esquematización de la gasificación por plasma.(Moustakas et al., 2005)

En este caso las antorchas se ubican en el punto superior del reactor y en el punto inferior un área para la recuperación de cenizas. Sin embargo, en una segunda distribución como se observa en la ilustración 2. Las antorchas de plasma pueden presentar una ubicación diferente  (Basu, 2010).

[pic 2]

Ilustración 2. Esquematización de la gasificación por plasma (Basu, 2010)

Una planta singular de gasificación  por plasma se ve influenciada por: los requisitos de operación, el diseño del tratamiento, la variación de la alimentación. Y consta de diferentes áreas para tratar residuos sólidos municipales. La ilustración 2 proporciona detalles de las diferentes etapas del proceso de gasificación por plasma como: tratamientos previos, tecnología de gasificación, supervisión  de la contaminación y el aprovechamiento de la energía recuperada. (Li et al., 2016a).

[pic 3]

Ilustración 3. Proceso de gasificación por plasma. (Li et al., 2016).

La escoria vitrificada es formada por la parte inorgánica del combustible la cual se disuelve y se enfría. El gas procedente de la reacción está compuesto principalmente por Hidróxido y monóxido de carbono. (Helsen and  Bosmans, 2010).

Tipo de gasificadores

• Plasma de corriente continua (DC): está conformada por tres electrodos, en el cual  hay dos brazos de grafito y un cátodo de tungsteno de forma invertida. Después el gas inerte (argón),  fluye a baja presión para luego ser descompuesto en iones y electrones; dando como resultado  la  generación  de plasma (Gomez et al., 2009).

Plasma de radiofrecuencia (RF): En este tipo de  gasificador, su función se da mediante electrodos los mismos que se encuentran colocados en la superficie del reactor mientras que el gas es suministrado en el reactor, para lo cual se produce la ionización del gas dando como producto el plasma. Este proceso se desarrolla mediante la aplicación de corriente alterna entre los electrodos, los cuales operarán en dos ciclos es decir, como un ánodo en un primer ciclo y como cátodo en un segundo ciclo. Los electrodos están aislados, por lo cual, se generara cargas y descarga luminiscentes anulando la excitación de la señal RF. Después se da otro proceso en el que estos electrodos serán cargados gradualmente en el medio ciclo, generando la descarga de RF. (Sakano et al., 2001).

Plasma por microondas (MCw): su funcionamiento se basa mediante la utilización de un magnetrón, en el que se transforma la energía eléctrica para obtener las MCw, estas ondas MCw se juntan con el plasma que será convertido en gas. Como resultado se obtiene plasma con un voltaje de baja intensidad en comparación con los métodos anteriores. (Beneroso et al., 2014).

Tecnologías y reactores de gasificación: estas tecnologías se basan  en el tipo de contacto, características y capacidad de los reactores.

• Gasificador de lecho fijo/móvil: funciona de manera de tipo de flujo en pistón, es decir la biomasa se mueve muy lento como un pistón y al mismo tiempo se va poniendo en contacto con el flujo de agente oxidante. Su funcionamiento indica que el agente gasificante es subministrado en la parte baja del reactor y los gases son eliminados por la parte superior. (QUANG, 2013).  El problema de este reactor es que presenta deficiencia en la trasferencia de calor. (Arteaga-Perez, 2014).
• Gasificador de lecho fluidizado: a la diferencia de los otros reactores, es la velocidad con la que entra el agente fluidizante, para lo cual opera con un material granular inerte (arena de sílice), y biomasa. Se llegan a obtener temperaturas que son manejadas para disminuir los tiempos de residencia y costos del equipo. (Arteaga-Perez, 2014).
• Gasificador con arrastre: este tipo de equipos se manejan con una mezcla de material pulverizado y agua; y de esta manera se añade el agente oxidante en el reactor. Y después los productos son retirados en ambas partes (superior e inferior). (Arteaga-Perez, 2014).

Estudio experimental de gasificación

Según datos experimentales sobre gasificación de plasma, se han desarrollado con diferentes sistemas y materia prima a utilizarse. Durante la última década estos estudios han sido analizados y comparados; en la tabla se puede visualizar los tipos de descarga de plasma su rango en el que trabaja y el material con el que se va a realizar la gasificación. (Sanlisoy and Carpinlioglu, 2017).

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