Pyrolysis and in-line catalytic steam reforming of biomass and biomass/Plastic mixtures for H2 production

Abstract

En esta tesis doctoral se ha estudiado la producción de H2 a partir de biomasa y mezclas biomasa/plásticomediante un proceso con dos etapas en serie, la primera de pirólisis rápida (reactor spouted bed cónico), yla segunda de reformado catalítico con vapor de los volátiles (reactor de lecho fluidizado). La selecciónde estos reactores está fundamentada en la experiencia previa del grupo de investigación y en lacapacidad específica de cada uno de los reactores para facilitar el desarrollo de las reaccionescorrespondientes.El estudio de la etapa de pirólisis con vapor de agua se ha centrado en la comparación de los productosobtenidos para la biomasa y para el plástico (HDPE). Además de la ratificación del buen comportamientodel spouted bed cónico para estos materiales, se han comparado los resultados con los obtenidospreviamente por el grupo de investigación con N2. La baja temperatura de pirólisis, el bajo tiempo deresidencia de los volátiles en el reactor y las buenas características del reactor spouted bed cónico hacenposible obtener una corriente compuesta mayoritariamente por oxigenados (para la biomasa) y ceras ygasoil (para el HDPE).La utilización en línea de un lecho fluidizado permite reformar casi completamente los volátilesproducidos en la primera etapa, debido a la elevada actividad del catalizador de Ni. Los resultados delreformado para la biomasa, HDPE y mezclas HDPE/biomasa han permitido comparar los índices dereacción (conversión, rendimiento de productos y composición del gas) atendiendo a la diferentecomposición de los volátiles generados en la pirólisis de cada alimentación. Además, se ha estudiado elefecto de las distintas alimentaciones sobre la desactivación del catalizador, debido a que la viabilidad dela etapa de reformado catalítico y por ende del proceso propuesto está condicionada por la desactivacióndel catalizador por deposición de coque. También se ha determinado la naturaleza y el contenido decoque de estos catalizadores por combinación de diferentes técnicas de análisis (TPO, SEM y TEM).Por otra parte, el catalizador utilizado en el reformado de los volátiles de pirólisis de biomasa ha sidoparcialmente regenerado por combustión de coque con aire, utilizando una rampa de temperatura hasta700 ºC, para quemar completamente el coque formado sobre el catalizador.Por último, se ha propuesto un esquema cinético original para el reformado de los volátiles de pirólisis debiomasa que permite la simulación del proceso en un amplio intervalo de condiciones de operación(temperatura, tiempo espacial y tiempo de reacción), por lo que puede considerarse una herramientaadecuada para posteriores estudios de simulación, optimización y aumento de escala.