Producción de carbón vegetal

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE[pic 1]

FACULTAD  DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA

SEMINARIO

“PRODUCCIÓN DE CARBON VEGETAL”

RESUMEN

El carbón vegetal se obtiene mediante la carbonización de la madera, que consiste en una descomposición térmica de la biomasa en ausencia de oxígeno. Se produce por el calentamiento de la madera hasta temperaturas de 400 a 700 °C.

 El carbón vegetal es un producto sólido, frágil y poroso, con un alto contenido de carbono (del orden del 80 %).

El proceso de carbonización está conformado por cuatro fases que son: Combustión; deshidratación; fase exotérmica; y enfriamiento.

La madera está compuesta principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina y su descomposición térmica se produce a través de una serie compleja de reacciones químicas. Desde un punto de vista macro se puede esquematizar de la siguiente manera:

Biomasa + calor → Carbono + Líquido + Gases

El gas de la madera puede ser usado sólo como combustible, y se compone típicamente de 17% de metano, 2% de hidrógeno, 23% de monóxido de carbono, 38% de bióxido de carbono, 2% de oxígeno y 18% de nitrógeno. El gas tiene un valor calorífico de alrededor de 10,8 (MJ/m3), (290 BTU/p3), o sea alrededor de un tercio del valor calorífico del gas natural, lo cual permite usarlo como combustible del mismo horno y así incrementar la eficiencia total del proceso.

Para obtener un buen rendimiento la descomposición debe realizarse en ausencia de oxígeno, comúnmente se usa una atmosfera de nitrógeno.

El análisis de los parámetros cinéticos de la pirolisis del pino ciprés muestran la energía de activación variando entre 73.86 y 289.15 (kJ/mol) dependiendo de la conversión, alcanzando sus mayores valores para las conversiones de 60-85%, lo cual puede ser atribuido a otras reacciones de devolatilización después de la reacción principal.

INDICE

1. INTRODUCCIÓN

El carbón vegetal es un producto que se obtiene a través de un proceso que consiste en la trasformación de  una fuente de biomasa vegetal verde (madera en este caso),  en condiciones controladas de aire y  en un espacio cerrado. La madera se descompone químicamente durante el proceso de pirolisis, para formar finalmente un producto sólido, frágil y poroso con un alto contenido de carbono, alrededor del 80%.

 La madera y otros residuos vegetales se calientan en un horno a temperaturas superiores a los 500 ºC y en ausencia de aire. Con ello se elimina la mayor parte del agua y se consigue elevar el poder calorífico de la madera, de 15.000 a 20.000 (kJ/kg),  hasta aproximadamente 30.000 (kJ/kg) el del carbón.

El carbón vegetal es quizá el primer material de carbón utilizado por el hombre y su uso data  probablemente desde el mismo momento en que se comienza a utilizar el fuego; dado que los trozos de madera carbonizada que quedarían en algunas hogueras pueden considerarse un carbón vegetal rudimentario.

Suministra el 25 % de la energía primaria consumida en el mundo, solo detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con un 40 % de la producción mundial.

El carbón vegetal se usa mayoritariamente como combustible, no solo de uso doméstico sino también industrial, especialmente en los países en vías de desarrollo. El carbón vegetal es una fuente de energía renovable, lo que aumenta su interés como combustible. No obstante, la producción de carbón vegetal por métodos artesanales tiene un importante impacto ambiental que es necesario disminuir mediante el uso de métodos industriales con control de emisiones.

1. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CARBÓN VEGETAL

El proceso de fabricación de carbón comprende varias unidades operativas, como la cosecha de la madera; secado y preparación de la madera para la carbonización; carbonización de la madera; tamizado, almacenamiento y transporte a depósito o puntos de distribución.

Cada proceso cumple una función importante en el rendimiento y calidad del producto final. A su vez, el proceso de carbonización está conformado por cuatro fases, las cuales serán descritas a continuación:

• Combustión: se produce cuando la madera comienza a arder en presencia de abundante oxígeno, de modo que se pueda calentar profundamente la carga antes de llegar a la fase de deshidratación. Durante este período la temperatura aumenta a más de 500ºC. Luego, el oxígeno se reduce drásticamente y la temperatura desciende a valores entre los 120-150ºC. Los productos que se desprenden en esta etapa son dióxido de carbono y agua.
• Deshidratación: la duración de esta etapa puede variar desde horas hasta varios días, y esto dependerá  del contenido inicial de agua y del tipo de horno utilizado. La temperatura alcanza aproximadamente los 250 ºC a medida que va disminuyendo su contenido de humedad y se desprenden vapor de agua además de metanol y ácido acético.
• Fase exotérmica: una vez que la madera está completamente seca, comienza la etapa de carbonización donde se alcanza una temperatura aproximada de 500 ºC. Esta parte del proceso ocurre en ausencia de oxigeno (pirolisis), donde finalmente se obtiene el carbón solido además de residuos líquidos y volátiles.
• Enfriamiento: se produce cuando el carbón obtenido alcanza la temperatura ambiente. La duración de esta etapa va a depender de las condiciones climáticas, además de la capacidad de transmisión de calor de los equipos. Finalmente el producto está listo para su comercialización.

2.1 Características del carbón vegetal

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