Estudio microestructural de refractarios expuestos al ataque químico con ceniza de bagazo de tequila de agave para un proceso de gasificación.

Sánchez Rivera, Dania Lorena (2017) Estudio microestructural de refractarios expuestos al ataque químico con ceniza de bagazo de tequila de agave para un proceso de gasificación. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Desde que el hombre descubrió cómo controlar y usar el fuego con fines prácticos, el uso como energético de materia orgánica de origen vegetal, hoy en día llamado biomasa, ha sido una constante en el proceso del desarrollo humano [1]. A principios del siglo XIX, la sociedad humana aún vivía una economía agrícola cuya base energética comenzaba ya a diversificarse con la incorporación lenta pero creciente de otras formas de energía. Sin embargo, la biomasa siguió empleándose, pero en menor grado para producir gas que abastecieran ciudades hasta finales del siglo XIX y durante el siglo XX [1]. A mediados del siglo XIX se impone el uso de combustibles fósiles, por lo que la biomasa es sustituida por el carbón y más tarde por otras fuentes energéticas como el petróleo. El aprovechamiento de la biomasa decrece de forma progresiva presentando en la actualidad un reparto desigual como fuente de energía primaria. Sin embargo, en los últimos años el panorama energético mundial ha variado notablemente. El elevado costo de los combustibles fósiles y los avances técnicos, han posibilitado la aparición de sistemas de aprovechamiento de la biomasa cada vez más eficientes, fiables y limpios. Actualmente, la biomasa como energía renovable se considera una seria alternativa a los combustibles fósiles. El Consejo Mundial de la Energía reporta que, en 2013, la biomasa suministraba globalmente un 10 % del consumo anual de energía primaria en el mundo. Se proyecta que para el 2050 la biomasa contribuya entre 25% y 30% de la mezcla futura de energía [2]. En base a lo anteriormente descrito, la biomasa es uno de los pilares fundamentales para alcanzar niveles aceptables de producción de energía procedente de fuentes renovables. El aprovechamiento y la mejora del uso eficiente de la biomasa conducen a la generación de empleo, beneficios medioambientales y favorece el desarrollo en zonas rurales. Se podría considerar que el uso eficaz de esta fuente de energía permitiría el avance y progreso de los países y zonas subdesarrolladas, garantizando la sostenibilidad del medio ambiente, así como, la seguridad del abastecimiento energético de nuestra sociedad Desde sus orígenes, la gasificación de biomasa ha ido mejorando paulatinamente, no solo en aspectos referentes a la eficiencia en la liberación de emisiones más amigables con el medio ambiente, sino incluso en la búsqueda y utilización de nuevas fuentes de combustible para alcanzar un alta eficiente y rentabilidad. Es en este contexto que la presente investigación se centra en uno de los elementos más importantes y fundamental (el revestimiento refractario) para el desarrollo de un proyecto general y ambicioso, en el cual se busca diseñar y hacer operar eficientemente un gasificador de biomasa alimentado con bagazo de agave de tequila como nueva materia prima. El gas resultante del proceso será usado como una nueva forma de combustible para la alimentación de sistemas generadores de energía; así mismo, las cenizas que resulten del proceso de gasificación serán aprovechadas y propuestas como materia prima alternativa para la elaboración de nuevos tipos de cementos. Para desarrollar esta tecnología, es necesario que cada uno de los elementos que conforman al proceso de gasificación, se desempeñen con una alta eficiencia; es por tal razón, que es sumamente importante la etapa de la selección, diseño y desarrollo de materiales refractarios que tengan la capacidad de resistir a las severas condiciones presentes en el interior del gasificador de biomasa, tales como: fluctuaciones de presión de gas, choques térmicos, corrosión causada por cenizas fundidas, compuestos alcalinos y condensación de vapores ácidos, entre otros. En la presente investigación, se analizaron 5 sistemas refractarios (un sistema refractario tipo ácido basado en un concreto refractario silico-aluminoso, el segundo sistema es un refractario neutro basado en circonato de calcio-CaZrO3, el tercer sistema es un refractario comercial con alto contenido en cromo-Cr2O3, el cuarto sistema es un refractario neutro basado en circonia-ZrO2 y el quinto sistema es un refractario básico basado en magnesia-MgO) como posibles candidatos a utilizarse en el proceso de gasificación de biomasa (bagazo de tequila de agave). Los cinco sistemas refractarios fueron caracterizados para establecer tanto sus propiedades físicas, así como las químicas por medio de ensayos de corrosión estáticos al contacto con cenizas fundidas a 1450°C, dando seguimiento a las reacciones químicas mediante las técnicas de microscopía óptica, difracción de rayos-X (DRX) y microscopía electrónica de barrido-espectroscopía de dispersión de energía (MEB-EDS). Los resultados del ataque químico por ceniza fundida indican que todos los sistemas tuvieron interacción química con la ceniza fundida al grado de formar nuevas fases; sin embargo, todas las fases formadas son de relativamente de alto punto de fusión. Estas fases poseen puntos de fusión superiores a los 1500°C, temperatura que está por encima del límite máximo de operación de un gasificador biomásico. Por lo tanto, todos los sistemas propuestos podrían ser empleado en el revestimiento de un gasificador biomásico alimentado con bagazo de agave de tequila; sin embargo, es de suma importancia analizar la resistencia al ataque químico en condiciones de ataque dinámico. El desarrollo de esta investigación fue de invaluable importancia, ya que, al no existir suficiente literatura reportada específica sobre este tema, se amplía el conocimiento sobre los materiales refractarios utilizados en el proceso de gasificación de biomasa.

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