Las proyecciones del precio internacional del petróleo, según la mayoría de los analistas del tema,
muestran un progresivo aumento. El irreversible aumento de precio de este recurso ha motivado a países y
empresas a buscar nuevas alternativas y tecnologías relacionadas con la explotación y uso de otras fuentes
de energía. Una alternativa mundialmente observada es el recurso carbonífero, cuyas reservas mundiales
son mayores que las de cualquier otro hidrocarburo. Chile posee 1300 millones de toneladas de recurso
carbonífero, utilizables considerando factores técnicos y económicos, que pueden ser inyectadas en su
matriz energética actual, alternativa de mayor estabilidad frente a importaciones de otras fuentes de
energía. La forma moderna de uso del carbón contempla su Gasificación. El presente trabajo tuvo por
objetivos la demostración del atractivo que, en Chile, tiene la Gasificación, el aporte de criterios de diseño
de una unidad de gasificación, la definición de características y estimación de espesores de las capas que
debiesen componer su pared, y, finalmente, la estimación del costo de construcción de un gasificador.
La Gasificación es un proceso que genera Gas de Síntesis, compuesto, principalmente, por CO y H2, a
partir de carbón, O2 y H2O. Este gas puede ser usado para la síntesis de H2, mediante la reacción Shift, o
generación de electricidad, en plantas modernas de Ciclo Combinado. Esta tecnología presenta costos de
inversión y operación levemente mayores respecto al uso directo del carbón en Centrales Térmicas de
Carbón Pulverizado (PC). Pese a lo anterior, la tecnología de Gasificación Integrada a Ciclo Combinado
(GICC) muestra una mayor eficiencia (43.1% para GICC vs 39.6%, para PC), duración de recursos
carboníferos disponibles y enormes ventajas ambientales. Si se reemplazara la generación eléctrica en
Chile a partir de gas natural por tecnología GICC de uso del carbón, los recursos carboníferos nacionales
conocidos y explotables durarían alrededor de 72 años.
Para la gasificación de carbón en Chile, se propone un Reactor de Lecho Arrastrado con alimentación
húmeda y dos etapas. El escalamiento de este tipo de reactores debe considerar la mantención de
condiciones al interior del reactor, como presión y temperatura, y la pérdida de una cantidad fija y elegida
de calor a través de las paredes. Esto último, permite calcular espesores de pared. El diseño riguroso de un
Gasificador de Lecho Arrastrado debiese estar fundado en el comportamiento químico, fluidodinámico y
energético de la materia en su interior. No se dispone, en la actualidad, de modelos que den cuenta del
comportamiento del sistema completo, no existiendo aún descripción para la conducta y formación de
partículas de escoria al interior del reactor, lo que acotaría la velocidad del gas y, con esto, la forma
interna del reactor. Futuros trabajos de modelación y diseño debiesen estar basados en la descripción de
los fenómenos de formación de partículas de escoria y transferencia de masa alrededor de una partícula de
carbón, previa validación de tal descripción matemática con datos reales. Dicha modelación y diseño
deberá considerar la solución de un sistema representativo de ecuaciones de conversión química,
transferencia de masa, fluidodinámica y transferencia de energía, lidiando con la rigidez de tal sistema.
La pared debiese estar compuesta de capas de distintos materiales cuyas características varían en función
de la posición en la pared, esto es, acentuando resistencia a la temperatura, resistencia al paso del calor y
soporte estructural, de adentro hacia fuera del reactor. El escalamiento trae consigo variaciones en los
espesores de pared. Los espesores de pared aumentan cuando el reactor decrece en tamaño, debido al
aumento en la resistencia al paso del calor necesaria para acotar las pérdidas energéticas al ambiente.
El análisis de costos de materiales de construcción del gasificador desarrollado, para distintas escalas de
producción, y la incorporación de criterios de eficiencia energética, revela la existencia de un óptimo
estimado para el tamaño de la unidad de gasificación, de 0.5 [m] de diámetro interno y 10 [m] de altura. El
costo aproximado para la construcción de esta unidad es de 150 millones de pesos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/102958 |
| Date | January 2007 |
| Creators | Díaz Alvarado, Felipe Andrés |
| Contributors | Herrera Zeppelin, Leandro, Hernández Pavez, José, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología, Puchi Thiele, Fernando, Gracia Caroca, Francisco, Pérez Correa, Ricardo |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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