1.- Resumen Ejecutivo - Repositorio

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•• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• FONTEC- CORFO PROYECTO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA Línea 1 Código del proyecto: 202 - 3449 INFORME FINAL Investigación y desarrollo tecnológico de equipo y proceso, para la obtención de combustible líquido mediante pirólisis de material leñoso Empresa beneficiaria: Petrochil S.A . Entidad ejecutora: Petrochil S.A. JULIO 2004 •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• ••• ••• • 1.- Resumen ejecutivo . La Empresa. Petrochil S.A., fue fundada en 1986. Su orientación original fue la importación y distribución de productos derivados del petróleo. El año 1995, decidió desarrollar la tecnología necesaria para producir en Chile carbones activados. Petrochil S.A. es propietaria en un 99% de Luval S.A., distribuidora y licenciada exclusiva en Chile de Valvoline Inc. USA. Posee una moderna planta productora de grasas y aceites lubricantes en Santiago, que cuenta con un sofisticado laboratorio y un equipo técnico de alto nivel. El Proyecto Petrochil S.A utiliza el proceso de pirólisis en la producción de carbones vegetales y la activación de los mismos. A consecuencia del desarrollo de equipos y mejora de estos procesos, Petrochil produjo derivados pirolíticos líquidos del proceso de carbonización de carozos de frutas y los utiliza desde hace años en la calefacción de reactores de activación, en sustitución del petróleo diese!. Dado que la disponibilidad de carozos en el país es limitada, Petrochil S.A . decidió estudiar las propiedades y particularidades de los derivados pirolíticos de diferentes maderas con el objeto de disponer de mayor cantidad de este combustible líquido y de explorar otras áreas de negocios . El presente proyecto se inserta en un programa de mayor envergadura: EL ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE y está orientado a conocer las características combustibles de los líquidos pirolíticos de maderas que abundan en Chile, obtenidos en un proceso de piró lis mixto y en el diseño y construcción de un equipo portátil que permitiera operar en condiciones de terreno, es decir, sin electricidad, agua ni otras facilidades . Resultados del proyecto y conclusiones . Se diseñó y construyó un equipo de pirólisis mixta, con capacidad de tratamiento de 1O m3 de leña, desarmable, portátil, con sistema de colección y enfriado de gases. La unidad diseñada, posee la capacidad de 2 •• •• •• ••• •• •• •• •• • ••• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • operar en conjunto con otros equipos similares, como una batería de hornos. La operación de este equipo en el sur del país, permitió producir carbón vegetal y licor piroleñoso de coigue, canelo, lenga, roble, pino y eucalipto . Los carbones vegetales producidos, arrojaron los siguientes Poderes caloríficos Superiores (Kcal/Kg): pino 7.24 7, roble 7.910, eucalipto 8.019, canelo 8.338, lenga 8.339 y coigüe 8.484 . Los licores piroleñosos producidos arrojaron los siguientes valores de Poderes Caloríficos Superiores (Kcal./Kg.): pino 4.952, roble 5.425, eucalipto 4.820, canelo 6.355, lenga 5.244 y coigüe 5.467 . En laboratorio y mediante modificaciones termoquímicas, fue posible elevar la capacidad calorífica de estos licores en alrededor de un 30% . Las principales conclusiones del proyecto son: - Las capacidades calóricas de los carbones vegetales producidos en el equipo portátil desarrollado, son similares a los que consigna la literatura - Las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de maderas chilenas obtenidas en este proyecto, son ligeramente inferiores al de los licores de carozos de fruta obtenidos en el proceso industrial de Petrochil pero aún suficientes para ser considerados como combustibles.(> de 4.000 Kcal/Kg) Mediante sencillos tratamientos, es posible aumentar significativamente la capacidad calorífica de los destilados piro leñosos . - El equipo de pirólisis construido tuvo un desempeño aceptable, pero es necesario continuar perfeccionando el sistema de enfriamiento de los gases . - Nuevos estudios de la pirólisis y el mejoramiento de las capacidades combustibles de sus destilados, pueden abrir nuevas líneas de investigación ya que de ellos es posible obtener una serie de subproductos para la industria química y alimenticia . Este proyecto aporta importantes antecedentes para el conocimiento de la biomasa forestal como fuente de energía lo cual puede tener un gran impacto nacional y sirve de base para otras investigaciones relacionadas con el tema. A Petrochil S.A. le permitió además de ampliar su base de datos, especializar a su equipo técnico en un tema del cual existen escasos conocimientos en el país y disponer de la tecnología para obtener 3 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• ••• ••• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• biocombustible líquido para la ampliación de sus actuales actividades y/o enfrentar nuevos negocios . 2.- Exposición del Problema . Es conocida la situación de Chile en cuanto a la poca disponibilidad de fuentes propias de energía. Los abundantes recursos hídricos aun sin aprovechar, capaces de generar energía eléctrica resultan cada vez menos competitivos debido a que se encuentran lejos de los centros de consumo . Por otra parte, el país no cuenta con reservas de hidrocarburos fósiles, de manera que debe abastecerse de gas y petróleo de terceros países pasando a ser muy dependiente de la volatilidad de precios del mercado internacional. Por el contrario, el país cuenta con una importante superficie de bosques productivos de 14,7 millones de Há, de las cuales 1,75 millones de Há . corresponden a plantaciones de especies exóticas. Según el Instituto Forestal (Inf. Técnico No 137) la disponibilidad anual sostenible de maderas nativas es de 30 millones de M3/año. de los cuales no se aprovechan 13,5 millones de M3. Lo anterior hace pensar que es factible utilizar esta fuente de energía para solucionar en parte el problema energético del país . Por otra parte, hasta ahora, el uso tradicional de la madera como fuente de energía es su combustión directa lo que es poco eficiente y provoca daños ambientales inaceptables . El presente proyecto de investigación y desarrollo, es parte de un estudio muy ambicioso y de gran envergadura: EL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA DISPONIBLE EN CHILE, ESPECÍFICAMENTE AQUELLA PROVENIENTE DE LOS RECURSOS FORESTALES, COMO FUENTE DE ENERGÍA LIMPIA Y RENOVABLE . En la actualidad, las tecnologías para el aprovechamiento de la energía de la biomasa consisten en variadas formas de transformación de ésta desde su estado original, a otras formas que resulten más fáciles de utilizar, transportar y almacenar. Estas tecnologías de transformación pueden dividirse en dos grandes grupos: termoquímicas y bioquímicas . Los procesos termoquímicos son: combustión directa, gasificación y pirolisis. Los procesos bioquímicos por su parte, se refieren principalmente a la conversión a través de biodigestión en ausencia de oxígeno para 4 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • ••• •• ••• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • obtener biogás (mezcla de CO y metano!) y fermentación en ambiente aeróbico, para obtener metano! y etanol. Existen diferentes tipos de pirólisis en función de las condiciones físicas en las que se realice. Los factores como la velocidad de calentamiento, el tiempo de residencia, la presión, etc., tienen gran influencia en la distribución de productos que se obtienen: Piró lisis Tiempo residencia Carbonización Horas/días Mixta 5-30 min. 0,5-5 seg. Rápida Flash-líquido < 1 seg. Flash-gas < 1seg. Ultra < 0,5 seg. Al vacío 2-30 seg. Velocidad Presión calentamiento BAR 1 Muy baja 1 Muy baja 1 Muy alta Alta 1 Alta 1 Muy alta l Media < 0,1 Temperatura °C Máx. 400 600 650 <650 > 650 1.000 400 Producto Mayoritario Sólido Líquido/sólido/gas Líquido Líquido Gas Gas puro Líquido Desde hace algunos años, todos los países desarrollados y algunos emergentes destinan enormes recursos técnicos y financieros al desarrollo de nuevas fuentes de energía renovable. Actuando conjuntamente, estos países coordinan el trabajo de sus investigadores mediante redes de trabajo . Específicamente, con relación a la pirolisis de biomasa, el trabajo de los investigadores de la organización denominada PyNe (Pyrolysis Network) han logrado la construcción y operación de pequeñas centrales termoeléctricas, motores piloto de combustión interna para vehículos, etc., que emplean destilados pirolíticos de la biomasa. En los últimos días ha aparecido en la prensa nacional que la compañía alemana que fabrica los automóviles Volkswagen ha desarrollado un motor para utilizar los combustibles líquidos derivados de la pirólisis de la biomasa . Se debe destacar que todos los estudios internacionales están orientados a la producción de combustibles líquidos a partir de diferentes tipos de biomasa mediante tecnologías desarrolladas sobre la base de pirólisis denominada "rápida" o "flash". Estas tecnologías, requieren la construcción de grandes unidades de producción a las cuales hay que llevar la materia prima. Estas plantas requieren de personal muy especializado y las facilidades propias de cualquier unidad industrial como electricidad, agua, etc. Por otra parte, son unidades sumamente caras . No obstante la orientación que tienen estas investigaciones a nivel mundial, Petrochil S.A. ha decidido desarrollar un proyecto de investigación y 5 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• desarrollo orientado a producir carbón vegetal y licor piroleñoso (combustible líquido) mediante otro proceso de piró lisis, la piró lisis denominada "mixta" . Las razones que tuvo Petrochil para decidir esta tecnología, son variadas pero las principales son: • Su experiencia en la pirólisis mixta ya que en su planta de carbones activados la ha desarrollado y utilizado para producir carbones de carozos de frutas que son posteriormente activados. Sucesivos desarrollos tecnológicos, le han permitido a Petrochil aprovechar los derivados líquidos y gaseosos del proceso de pirólisis de carozos de fruta, para proporcionar la energía requerida en su planta por los reactores de activación, en sustitución del petróleo diese!. • La pirólisis mixta permite la obtención de dos productos; carbón vegetal y licor piroleñoso. El carbón vegetal es utilizado por Petrochil como materia prima base para la fabricación de carbones activados. La utilización del licor piroleñoso en reemplazo del petróleo diese! ha permitido una muy significativa reducción del costo del proceso . • Petrochil ha considerado de acuerdo a la realidad del país, que es preferible disponer de tecnologías que requieren menos infraestructura, menor inversión y que permitan realizar este proceso en las cercanías de las fuentes de materia prima, en los bosques . Si bien Petrochil tiene una basta experiencia en el proceso de pirólisis mixta, su experiencia está limitada al tratamiento de carozos de frutas en un horno industrial, vertical de funcionamiento continuo. Era necesario entonces, estudiar y adaptar el proceso y desarrollar los equipos que permitieran ser portátiles, donde no se contaría con ninguna de las facilidades propias de una instalación industrial, como energía eléctrica, agua, etc. En reemplazo de los carozos de frutas, cuya existencia es limitada, se decidió estudiar el comportamiento de diferentes maderas . 2.1- Objetivos Técnicos del Proyecto El proyecto se orientó a lograr 2 objetivos específicos: a) El diseño, construcción y operación de un equipo de pirólisis mixta que cumpliera los siguientes requisitos: 6 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• •• •• •• • ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• - Portátil, para ser trasladado con facilidad de un punto a otro en el bosque o bien a lugares donde abunde la materia prima . - Fácilmente operable por personal con poca capacitación - Que operara en cualquier condición climática . - Que su funcionamiento, no requiriera de energía eléctrica, agua corriente ni de otro elemento que limitara su operación en condiciones de montaña. - El diseño permitiera su operación junto a varias unidades similares, como un equipo o bateria, para optimizar el aprovechamiento del personal y la infraestructura, aprovechando las caracteristicas discontinuas del proceso de pirólisis mixto . - El equipo debía ser de bajo costo y fabricado en el país . b) Estudiar la características del carbón vegetal y del destilado piro lítico producido para: - Comparar rendimientos del proceso de pirólisis desarrollado, entre las 6 especies arbóreas más abundantes de nuestro país . - Conocer las dificultades o particularidades del proceso, para cada especte . - Estudiar las variables del proceso de pirólisis para cada especie, utilizando dos procesos diferentes. Uno que privilegiara la producción de destilado piroleñoso y una segunda que lo hiciera con el carbón vegetal. - Determinar y comparar las capacidades caloríficas del destilado pirolítico y del carbón vegetal de las especies seleccionadas - Relacionar las capacidades calorificas de ambos productos con las variables del proceso de pirólisis . 2.2- La Innovación A pesar de que Petrochil ha estado vinculado a estos temas desde hace varios años, a nivel mundial, no le ha sido posible conseguir ningún tipo de información reciente acerca de la pirólisis mixta. Todos los conocimientos adquiridos por el equipo técnico de Petrochil, han sido fruto de sus propias expenencms y ensayos . Por otra parte, de todos los estudios y las organizaciones consultadas, ninguna de ellas hace referencia a estudios de pirólisis que se realicen en terreno. Todas ellas están orientadas a la producción de biocombustibles en grandes unidades de producción . 7 •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• ••• •• •• •• ••• •• •• •• • •• Naturalmente, no existen en el mundo estudios relativos a ningún proceso de piró lisis que haya considerado maderas chilenas . Concretamente, la innovación tecnológica de este proyecto se refiere tanto al desarrollo de un proceso de pirólisis mixta, y al diseño y construcción de un equipo portátil capaz de utilizar dicho proceso, para generar carbón y biocombustible líquido. Por otra parte, el estudio y caracterización de los combustibles líquidos obtenidos también constituyen una parte importante de este trabajo . 3.- Metodología y Plan de Trabajo 3.1- Metodología. - Del Equipo. La construcción del equipo se basó en el método de prueba y error. Se diseñó un equipo preliminar inspirado en un horno tipo Mark V de acuerdo a las observaciones y experiencias del equipo de trabajo. Se construyó un prototipo preliminar, el cual fue modificado reiteradamente de acuerdo a su comportamiento y a los resultados preliminares que entregaba el laboratorio habiendo operado exclusivamente con madera de Pino insigne . Los ajustes y modificaciones a que se sometió el equipo, se realizaron de acuerdo a la calidad y homogeneidad del carbón obtenido así como a la cantidad y características del licor. Finalmente, se construyó el equipo considerado definitivo el cual fue trasladado al sur donde se realizaron las experiencias en forma sistemática con diferentes especies de maderas. Estas fueron: Roble Lenga Canelo Coigüe Pino insigne Eucalipto (no considerado originalmente) De los productos. Los productos se obtuvieron en dos series de pirólisis para cada madera. En cada caso, la primera serie se realizó tratando de favorecer la producción de carbón y una segunda, tratando de favorecer la producción de licor piroleñoso . 8 •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• Con el objeto de obtener una mejor información del licor piroleñoso, éste se recolectó a diferentes distancias del horno, es decir, a diferentes temperaturas pues era posible pensar que los tanto los contenidos de agua como el peso molecular de los distintos componentes del licor, podían ser diferentes en cada caso . En la medida que se obtenían los productos, estos eran enviados al laboratorio para determinar sus características . Las siguientes determinaciones a nivel de laboratorio se efectuaron a los carbones y al licor: Análisis de los carbones . Densidad aparente ASTM D 2854-89 Determinación de la ceniza INDITECNOR 20-16ch Determinación de la materia volátil INDITECNOR 20-16ch Calculo del carbono fijo INDITECNOR 20-16ch Poder calorífico superior INDITECNOR 20-19ch Análisis de líquidos de pirolisis Contenido de agua ASTMD95 Densidad Picnómetro Poder calorífico superior INDITECNOR 20-19ch Contenido de hierro EEA 3.2- Plan de Trabajo Estudio, Diseño y Fabricación del Prototipo . Los análisis y estudios preliminares que como se ha dicho, se inspiraron en un horno Mark V, fueron realizados por el equipo de trabajo de Petrochil S.A. Los estudios estuvieron orientados a dos aspectos fundamentales. Primero, las variables propias del proceso de pirólisis y en segundo lugar, a lo que hemos denominado el 9 •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• ••• •• •• •• • ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •••... proceso de licuefacción el cual constituía una parte fundamental del estudio. El diseño de la unidad de pirólisis incluida la unidad de licuefacción, fue efectuada por el ingeniero mecánico Sr. Juan Guzmán Guerra . Posteriormente, se procedió a la construcción del prototipo preliminar el cual fue efectuado por la Maestranza Masege Ltda . Puesta en marcha del Prototipo Preliminar. Se iniciaron las operaciones en la Planta de Rosario de Petrochil, utilizando como materia prima, madera de pino insigne y carozos de duraznos. Estas operaciones, permitieron efectuar múltiples ajustes y modificaciones al diseño, en función de la homogeneidad de los carbones que se obtenían, la cantidad de licor colectado y al poder calorífico de los productos . Construcción del equipo Defmitivo . La construcción del equipo fmal fue encomendado a la maestranza Masege Ltda. bajo la supervisión del equipo técnico de Petrochil y del ingeniero Sr. Juan Guzmán. Dado el carácter ácido del licor piroleñoso, se decidió que el sistema de licuefacción fuera construido íntegramente en acero inoxidable . Operación del Equipo en Terreno Originalmente se había considerado operar el equipo en dos localidades diferentes en el sur de país, específicamente en Neltume y Maullín (X Región). No obstante ello, dado lo complejo que resultaba conseguir los permisos formales de operación del prototipo, se decidió, llevarlo a la localidad de Hualpín (IX Región) por cuanto allí existe un fundo de propiedad de algunos miembros del equipo de trabajo. Dado lo anterior y a la falta de vecinos en su entorno, el equ1po pudo operar sin problemas desde noviembre 2003 a abril 2004 . Las diferentes maderas con que se operó el equipo, fueron adquiridas en Lonquimay (roble, coigüe y lenga), Loncoche (canelo), Hualpín (pino y eucalipto) y fueron llevadas, hasta el fundo El Manzano de Hualpín . 10 •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• Análisis de Laboratorio El análisis de los carbones vegetales, se efectuaron en el laboratorio de Petrochil en su planta de Rosario. Los análisis del licor piroleñoso por su parte, fueron efectuados en Santiago en el laboratorio de Luval S.A. por cuanto el laboratorio previamente seleccionado, no podía operar con la rapidez que las circunstancias requerían. Es necesario recordar que especialmente durante la primera etapa del proyecto, en la cual se hacían los ajustes del equipo en la medida en que el laboratorio entregaba los resultados, era necesario una gran agilidad en contar con los datos. Por otra parte, también es necesario hacer presente que el estudio finalmente realizó el doble de series de pirólisis y por tanto, el doble de los análisis de laboratorio respecto de lo previsto en el proyecto original. En el Anexo N°l, se presenta el Plan de Trabajo en forma de Carta Gantt . 4.- Resultados 4.1 Del Equipo El equipo finalmente construido cuyo plano se encuentra en el Anexo N° 2, tiene una capacidad de 1O metros estéreos de madera y consta de: • 2 cilindros metálicos superpuestos de 2,5 metros de diámetro y 0,9 metros de altura cada uno . • 1 tapa cónica con 4 troneras • 1 colector-enfriador de gases. Consta de 4 secciones ensamblables de acero inoxidable, largo total de 8 metros y 0,3 metros de diámetro, con 3 ciclones de expansión de gases . • 2 torres de soporte del enfriador, con ruedas . • 8 troneras metálicas y 4 chimeneas móviles . Es completamente desarmable, su peso total es de 550 kilos y puede ser trasladado y ensamblado manualmente por una cuadrilla de 4 operan os . El colector-enfriador de gases corresponde a la pieza de mayor tamaño y costo del equipo, por lo que de decidió aprovechar las 11 •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •••• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •... •• características discontinuas del proceso de pirólisis mixto, para diseñarlo de modo que pueda ser utilizado en varios equipos similares operando en forma de batería. Vista general del equipo operando en Hualpín Es completamente desarmable, su peso total es de 550 kilos y puede ser trasladado y ensamblado manualmente por una cuadrilla de 4 operarios . El colector-enfriador de gases corresponde a la pieza de mayor tamañ.o y costo del equipo, por lo que de decidió aprovechar las características discontinuas del proceso de pirólisis mixto, para diseñarlo de modo que pueda ser utilizado en varios equipos similares operando en forma de batería. En las experiencias realizadas, se obtuvieron los siguientes rendimientos de carbón y licor: 12 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• a.- Serie 1 Se buscó maximizar la producción de licor piroleñoso, alargando el tiempo y aumentando la temperatura del proceso . 1 Canelo Coigüe Roble Lenga Pino Eucalipto •• •• Especie Carbón (Kg) 550 780 573 571 587 628 Licor (Lt) 714 693 733 701 672 684 Tiempo calentamiento (Hr) 12 13,5 13,3 13,6 11 11,3 El tiempo de calentamiento, corresponde al tiempo transcurrido desde el encendido del horno hasta que se induce su apagado, ahogándolo. La etapa siguiente, corresponde al enfriado del horno que dependiendo de las condiciones climáticas, fluctúa entre 18 y 36 horas . b.-Serie 2 Se buscó privilegiar la producción de carbón, disminuyendo la temperatura y tiempo del proceso de piró lisis . 1 Especie Carbón (Kg) Canelo Coigüe Roble Lenga Pino Eucalipto 812 1.095 927 919 770 842 Licor (Lt) Tiempo calentamiento (Hr) 433 508 555 497 466 505 8 9,25 9,1 9,3 7,5 8,2 13 •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• 4.2.- De los Productos 4.2.1.- Carbones Primera serie ESPECIE CAROZO PINO COIGUE LENGA CANELO ROBLE EUCALIPTUS Segunda serie PINO COIGUE LENGA CANELO ROBLE EUCALIPTUS DENSIDAD (Kg/Lt) CENIZA VOLATIL CARBONO (%) (%) (%) PODER CALORIFICO (Kcai/Kg) 0,44 0,21 0,26 0,19 0,15 0,19 0,20 3,20 1,68 3,25 2,83 3,29 8,68 8,21 2,99 13,63 8,38 6,27 16,60 8,48 9,95 93,81 84,69 88,37 90,90 80,11 82,84 81,84 8125 7247 8484 8339 8338 7910 8019 0,16 0,25 0,22 0,18 0,17 0,19 1,52 3,66 1,94 2,81 2,14 2,91 2,74 20,00 10,21 10,91 11,61 5,28 95,74 76,34 87,85 86,28 86,25 91,81 8367 7967 8317 7875 7565 8194 4.2.2.- Licor Piroleñoso PODER CAL ORIFICO SUPERIOR (Kcai/Kg) ESPECIE LICOR PIROLENOSO T1 T2 T3 COIGUE 5467 5581 4586 CANELO 6355 5667 4434 EUCALIPTUS 4820 4150 5334 LENGA 5244 3836 5095 ROBLE 5425 5163 4296 PINO 4952 4888 4655 CAROZO 6555 4.2.3.- Enriquecimiento de la capacidad calorífica del licor piroleñoso . Sin que estuviera considerado en el programa de trabajo original, el equipo de investigación decidió estudiar el posible enriquecimiento de la capacidad calorífica del licor piro leñoso . 14 •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• ••• •• •• •• ••• •• •• • Mediante un sencillo tratamiento térmico del licor a 1O1°C se obtuvo una significativa mejoría de las capacidades caloríficas, como se aprecia en la tabla siguiente . ESPECIE COIGUE CANELO EUCALIPTUS LENGA ROBLE PINO CAROZO PODER CALORIFICO SUPERIOR (Kcai/Kg) SIN TRATAR TRATADO T1 T2 T3 T1 T2 T3 5467 5581 4586 7325 2834 3400 4434 7115 6355 5667 6654 6033 4820 4150 5334 6358 7386 7462 5161 5244 3836 5095 5994 7642 7297 5425 5163 4296 5834 7456 6346 4952 4888 4655 6290 7942 6555 7489 4.4.- Discusión y Análisis de resultados . 4.4.1.- Horno de pirólisis . Con el propósito de analizar de mejor forma el comportamiento del equipo de piró lisis, se evaluará por separado cada una de sus secciones . a) Cuerpo del horno . Considerando la facilidad de transporte y ensamblado de esta parte del equipo, se estima que su diseño es adecuado. Las pruebas permitieron constatar que la incorporación del colector-enfriador de gases, no alteró su rendimiento en función de los kilos de carbón obtenidos, comparado con experiencias anteriores. No obstante lo anterior, hay que tener presente que las condiciones en que se realizaron estas experiencias pudieran no haber sido iguales. (temperatura ambiente, humedad de la madera, etc) b) Sistema de colector-enfriador de gases . Se estima que la eficiencia del sistema de enfriado de gases es sólo regular y debe ser mejorado. La experiencia de Petrochil S.A. en su planta de carbones activados, indica que por cada 2.000 kilos de carozos con una humedad promedio de 12% que ingresan al carbonizador vertical, se obtiene 500 kilos de carbón de carozo y 900 litros de licor piroleñoso, es decir, se pierde un 25% del peso de la materia prima como gases no condensables . 15 •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •••• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• •• ••• ••• •• •• • Con el enfriador del equipo portátil desarrollado, encontramos que para una carga de 4.200 kilos de leña de pino, con 15,7% de humedad se obtuvo 770 kilos de carbón y sólo 466 litros de licor, en la experiencia donde se privilegió el rendimiento de carbón. Cuando el proceso se orientó a privilegiar la producción de licor, se obtuvo 587 kilos de carbón y 672 litros de licor. Esto indica que la eficiencia del sistema portátil de enfriamiento representa sólo entre un 20 y 25% del que posee Petrochil S.A. en su planta Rosario . e) Estructura de soporte del colector-enfriador de gases. La estructura diseñada, cumple con su función de sostener el enfriador de gases. Sin embargo, debido a las diversas modificaciones que fue necesario implementar en terreno, no fue posible diseñar bajo esas condiciones un sistema desmontable . 4.4.2.- De los Productos 4.4.2.1.- Carbones vegetales . Tanto la cantidad como las caracteristicas de los carbones obtenidos en las diferentes experiencias, se ajustan a los valores típicos conforme a la literatura y a la experiencia de Petrochil. A pesar de que existen diferencias significativas entre los rendimientos de carbón de cada una de las series de pirólisis, la diferencia de la cantidad de cenizas como de la de los volátiles que contienen los carbones, son sólo detectables a nivel de laboratorio . Otra diferencia observada, es que los carbones del proceso que maximiza la producción de licor, tienden a tener un menor tamaño de grano y mayor cantidad de finos. Este resultado se puede explicar por el mayor tiempo y temperatura a que se somete la madera. 4.4.2.2.- Licores piroleñosos . Las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de todas las maderas analizadas son similares y fluctúan en alrededor de 5.000 KcaVKg. y son inferiores al licor piroleñoso proveniente de carozos obtenido en el equipo industrial de Petrochil cuyo valor típico es de 6.500 KcaVKg . 16 •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• El mayor poder calorífico del licor proveniente de carozos, se puede explicar por el mayor contenido de lignina que estos poseen. Por otra parte, sin duda que la mayor eficiencia del equipo industrial condensador de gases de la planta de Petrochil, juega un rol importante en estos resultados al poder llegar a condensar otras fracciones más livianas . Por decantación, es posible separar las diferentes fracciones del destilado pirolítico permaneciendo las fracciones más acuosas en la superficie. Sin embargo al eliminar la fracción acuosa, se extraen también compuestos solubles en agua que poseen potencial combustible. Con los métodos tradicionales de laboratorio no fue posible separar el agua . •• El estudio complementario de este proyecto, referente a la colección de licor a diferentes distancias del horno, es decir, a diferentes temperaturas, permitió determinar que: a) Las fracciones de mayor peso molecular así como la mayor parte del agua, son recogidos principalmente en el colector más cercano a la salida de los gases . b) Aunque la densidad de los licores recogidos en los diferentes colectores son diferentes, sus capacidades caloríficas son similares . e) La cantidad de licor recogido en cada uno de los 3 diferentes colectores que consideró el equipo, representa una proporción de 5:2:1 recogiéndose una mayor cantidad en el más cercano al cuerpo del horno . Si bien las capacidades caloríficas de los licores piroleñosos de distintas maderas son similares, a simple vista es posible apreciar sus diferencias organolépticas . •• 5. Conclusiones 5.1- Respecto del Diseño del Equipo .. - El equipo construido permite producir carbón vegetal y licor piroleñoso mediante el proceso de pirólisis mixta . La eficiencia del equipo respecto de la cantidad de carbón vegetal producido y la cantidad de madera empleada es adecuada . 17 •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• - Es necesario mejorar el sistema de licuefacción tendiente a aumentar su rendimiento en la colección de licor. Lo anterior, debería lograrse aumentando la superficie de intercambio de calor. - Las torres de soporte del enfriador de gases deben sustituirse por otras desarmables y en lo posible, construidas con materiales de menor peso . Si bien no hubo pruebas específicas, el diseño del equipo permite operarlo conformando una batería de hornos . - Ya que los equipos pueden trabajar en serie, constituyendo una batería, es posible entonces justificar la construcción de un equipo enfriador- recolector más sofisticado para atender las necesidades de varios hornos operando simultáneamente . 5.2- Respecto de los productos . - Los carbones vegetales producidos en el equipo portátil de pirólisis mixta, no presentan diferencias significativas con aquellos producidos en otros hornos de carbonización . - Mientras más alta es la temperatura del proceso de piró lisis, mayor el la pérdida de tamaño de grano del carbón producto de su reblandecimiento . - Los licores piroleñosos de las maderas estudiadas presentan capacidades caloríficas similares entre sí y equivalentes a los que indica la literatura para otras maderas . - La capacidad calorífica de los licores de maderas son inferiores a aquellos de carozos producidos en la planta industrial de Petrochil - Mediante un proceso térmico, es posible aumentar sensiblemente las capacidades caloríficas de estos licores . - Es necesario continuar investigando diferentes procedimientos para mejorar la capacidad calorífica de los licores piroleñosos . - El agua presente en el licor, corresponde al agua de constitución de la madera y al agua libre o humedad. Es deseable entonces disponer de maderas con la menor humedad posible . Las claras diferencias organolépticas entre los distintos licores, insinúan características diferentes, que no son reflejadas en sus 18 •• •• •• •• ••• •• •• ••• • •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• capacidades caloríficas, pero podrían ser un interesante punto de partida para investigaciones que apunten a desarrollar otros usos de estos complejos químicos . 6.- Impactos del Proyecto . 6.1- A Nivel Nacional El desarrollo esta tecnología, permite visualizar importantes impactos a nivel nacional, en diferentes áreas tales como: estratégica, económica, social y ambiental. Estratégicamente para el país, es muy importante poder generar energía utilizando un abundante recurso propio como es la biomasa forestal que entre otras ventajas, es renovable . Desde el punto de vista económico, la tecnología desarrollada podría permitir la sustitución de importaciones de combustibles fósiles tradicionales. Podría permitir asimismo la utilización de grandes volúmenes de residuos forestales provenientes de la explotación o manejo forestal y de diferentes procesos industriales que hoy son improductivos . Además, el que hoy bosques improductivos, puedan generar algunos ingresos mediante la comercialización de carbón y biocombustible líquido, podría permitir el financiamiento total o parcial de las intervenciones que dichos bosques requieren para transformarlos en productivos . Socialmente, el impacto de este proyecto se podría ver reflejado con la creación de un importante número de productores de carbón y combustible líquido, con diferentes grados de estructura y organización empresarial. Ellas, directa o indirectamente demandarán una importante cantidad de mano de obra poco calificada . El impacto ambiental de este proyecto se podría ver reflejado por una parte, en una mayor superficie de bosques productivos y por otra, el uso de biocombustibles en sustitución de los tradicionales derivados del petróleo permite reducir el efecto invernadero causado por el C02, de la lluvia ácida causada por el S02 y de la cantidad de NOx . 19 •• •• •• •• •• •• •• •• •• • •• •• •• •• ••• •• •• •• ••• •• •• •• •• •• •• •• •• Finalmente, este proyecto inducirá a sustituir a nivel domiciliario, el consumo de leña por carbón lo cual podría reducir significativamente la contaminación urbana . 6.2.- A Nivel de Empresa . En primer término, el equipo técnico de Petrochil se visto enriquecido técnicamente en forma muy significativa por cuanto durante el desarrollo del presente trabajo se vio enfrentado a un sin número de situaciones técnicas que debió estudiar y resolver. Esto lo llevó a estudiar y analizar muchos otros aspectos técnicos que en si mismos no eran parte de este estudio . Por otra parte, a Petrochil, le ha permitido encontrar nuevas fuentes de biocombustible líquido como el que ya utiliza en su planta de Rosario. Adicionalmente, el esquema planteado, aseguraría a Petrochil el abastecimiento de una materia prima fundamental para su industria de carbones activados, el carbón vegetal. Finalmente, Petrochil ha visualizado la posibilidad de desarrollar nuevas tecnologías y líneas de negocios. A modo de ejemplo, Petrochil ya inició el estudio de la fabricación de briquetas de carbón de grandes dimensiones para sustituir a la leña en las estufas domiciliarias de doble cámara. Igualmente, ha realizado estudios de factibilidad para comercializar biocombustible líquido y en el área de la industria química ha detectado la factibilidad de utilizar el licor piroleñoso en la obtención de saborizantes alimenticios . •• 20 •• •• •• •• •• •• ••• •• •• :• •• •• •• •• •• •• •• :• ••• •• •• •• •• ••• •• •• ANEXO N" 1 para ··.···-··· 2.- CUADRO RESUMEN DE ACTIVIDADES ~-----·-~.1 12.2:; . ¡;?~~~~:*~' IM y construción .. _.·_ ME 13 14 13 14 15 16 17 16 17 1 PASO 2 Puesta en marcha de prototipo PASO 3 Construcción equipo fefiinitivo WiBI PASO 4 Operación en terreno. 1·~~~¡ resultados . PASO 6 Evaluación del proyecto . PASO 7 Preparación informe finaL ~ Al TIVIDAI IMESIMES IMESIMESIMES 2 ¡:~~~.~ y construción lde proto1ipo PASO 2 Puesta en marcha de prototipo PASO 3 equipo fefiinitivo IPASO 4 3 ~ • 5 ME 1MES MES 1MES 7 11 12 15 ~ ~ 11 en terreno. IPASO 6 1 !ij 111 1111111111111111111111 !Análisis de resultados . IPASO 6 del proyecto . IPASO 7 ~ informe finaL 21 •• ••• •• •• j •• •• 1~ •• r-1)1 ••• •• •• •••• •• •• •• •• •• •• •• ••• •• •• •• ••• •• • l«'" . -- i<'J!:i { ¡ ' ' ' ,,, n ~ H++HIL fY o u ili!Jl; u:: ¡jt~~ ~ 'F-IP~ 11 ·-( LL 7 w (~ . ~~ 1-