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Por favor, use este identificador para citar o enlazar este documento: https://ria.asturias.es/RIA/handle/123456789/8605
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Campo Dublin Core Valor Idioma
dc.contributor.authorEsteban Díez, Gonzalo-
dc.date.accessioned2017-10-02T06:42:20Z-
dc.date.available2017-10-02T06:42:20Z-
dc.date.issued2017-
dc.identifier.citationEsteban Díez G. Producción de bio-hidrógeno mediante gasificación catalítica de biomasa con captura integrada de CO2 [tesis doctoral]. Oviedo: Servicio de Publicaciones, Universidad de Oviedo; 2017eng
dc.identifier.urihttps://ria.asturias.es/RIA/handle/123456789/8605-
dc.description.abstractHydrogen has been proposed as the energy carrier of the future. However, for the Hydrogen Economy to be feasible, hydrogen pro-duction must be cheap, accessible and sustainable. Nowadays, more than 96% of H₂ is produced from fossil fuels, contributing to increase the CO₂ concentration in the atmosphere and leading to a progres-sive Climate Change. The most widespread method for hydrogen production consists in the steam reforming of methane (SMR), which employs several catalytic reactors at different temperatures to pro-duce gas with a 70% H₂ content that should be later purified. In this context, integration of steam reforming and CO₂ capture in a single step process called Sorption Enhanced Steam Reforming (SESR) is considered a promising technology. This process allows to reduce the number of required reactors and the reaction tempera-ture, increasing yield and H₂ purity at the same time. The ultimate consequence is to achieve lower costs of installation and operation. Additionally, if a renewable fuel like biomass is fed to the reactor, production of cheaper, accessible and sustainable hydrogen is possi-ble, as biomass has zero net impact in the atmospheric CO₂ concen-tration, thus reducing the contribution of hydrogen to Climate Change. To optimize the SESR process, an appropriate selection of catalyst and sorbent for CO₂ must be made, together with a proper optimiza-tion of the operating conditions. A Pd/Ni-Co-hydrotalcite derived material has been chosen as catalyst, while dolomite has been select-ed as CO₂ sorbent. All experiments were preceded by thermodynam-ic equilibrium calculations to estimate the maximum limits of yield, selectivity and concentration of products. This results were later compared with the experimental results obtained. A fluidized bed reactor was employed to assess the optimal condi-tions for the SESR process. The three main variables modified during these experiments were temperature, steam to carbon ratio (S/C) and weight hourly space velocity (WHSV). Acetone was employed as model compound to simulate the behaviour of biomass pyrolysis de-rived bio-oil. The fluidized bed reactor was also employed to investigate the effect of bio-oil composition on the performance of the SESR process. The behaviour of blends with different proportions of acetic acid and acetone was tested along a wide range of temperatures. The values of steam proportion and WHSV were chosen from the optimized parameters obtained in the previous work. Thereafter, to reach a deeper knowledge of the influence of composition, several blends of phenol, acetic acid and acetone were prepared at similar proportions to those found in pyrolysis bio-oil, and tested for the SESR process. Sorption Enhanced Catalytic Steam Gasification (SECSG) was car-ried out employing two solid lignocellulosic biomasses. During these experiments, a fixed bed reactor was fed semi‑continuously with the biomasses in order to evaluate the effect of temperature and biomass composition on yield and H₂ production. The present work has demonstrated that temperature is the most influent factor in the SESR process, followed by S/C and WHSV. It is possible to achieve a H₂ purity higher than 99.5% between 525 and 625 °C, for both the model compounds and the lignocellulosic bio-mass. However, other process variables such as H₂ yield and selec-tivity are greatly affected by the nature of the fuel and the reactor employed, needing higher temperatures to reach the same values. The concentration of some by-products, like CO and CH₄, is also very sensitive to changes in temperature and feed, increasing when the process moves away from the optimal conditions.eng
dc.description.sponsorshipGobierno del Principado de Asturias (Programa "Severo Ochoa" de ayudas predoctorales, PCTI 2013-2017, GRUPIN14-079) Ministerio de Economía y Competitividad (ENE2014-53515-P) Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER)eng
dc.description.tableofcontentsEl hidrógeno está considerado el vector energético del futuro. Sin embargo, para que la Economía del Hidrógeno sea algo posible, es imprescindible que la producción del mismo sea barata, accesible y sostenible. En la actualidad, el 96% de la producción mundial de H₂ se obtiene a partir de combustibles fósiles, contribuyendo al aumento de la concentración de CO₂ en la atmósfera y el consecuente Cambio Climático. El método más extendido de producción es el reformado de metano con vapor de agua (SMR), que emplea varios reactores catalíticos a diferentes temperaturas para obtener un 70% de H₂ que debe ser purificado posteriormente. En este contexto, la integración del reformado con vapor y la captura de CO₂ en un único proceso se considera una tecnología prometedo-ra. Esta técnica, también conocida como SESR, permite reducir el número de reactores requeridos y la temperatura de operación, al mismo tiempo que incrementa el rendimiento y la concentración de H₂. Esto redunda en unos costes menores de instalación y operación. Si el proceso se completa con el uso de combustibles sostenibles como la biomasa, que presentan una emisión neta de CO₂ nula, es posible obtener un H₂ más barato, más accesible y con una menor contribu-ción al Cambio Climático. Para optimizar el proceso SESR se requiere una selección adecuada del catalizador y del sorbente, así como la optimización de las condi-ciones de operación en función del combustible utilizado. Se ha esco-gido un catalizador de Pd/Ni-Co soportado sobre hidrotalcita, y do-lomía como sorbente de CO₂. Para todos los experimentos se realizó previamente un cálculo del equilibrio termodinámico con el objetivo de obtener una previsión de los valores máximos de rendimiento, selectividad y concentración de los productos, que luego se compara-ron con los alcanzados por los resultados experimentales. Con el objetivo de obtener las condiciones óptimas de operación del proceso SESR, se llevaron a cabo experimentos en un reactor de le-cho fluidizado, modificando tres de las principales variables de ope-ración: la temperatura, la proporción de vapor en la alimentación y la velocidad de flujo o velocidad espacial másica. Para ello se empleó acetona como compuesto modelo para simular el comportamiento de un bio-oil procedente de la pirólisis de biomasa. Del mismo modo, también se empleó el reactor de lecho fluidizado para analizar la influencia de la composición del bio-oil durante el proceso SESR. Se llevó a cabo un estudio del comportamiento de di-ferentes mezclas de ácido acético y acetona en un rango amplio de concentraciones y temperaturas de operación, utilizando la propor-ción de vapor y la velocidad espacial ya optimizadas previamente. Posteriormente, para alcanzar un mayor grado de complejidad, se utilizaron varias mezclas de fenol, ácido acético y acetona en pro-porciones cercanas a las que pueden encontrarse en un bio-oil pro-ducido a partir de biomasa lignocelulósica. Por último, se llevaron a cabo experimentos de gasificación catalítica de biomasa con vapor e integración de la captura de CO₂ (SECSG) empleando dos biomasas sólidas diferentes. En estos experimentos se utilizó un reactor de lecho fijo al que se alimentó la biomasa de forma semi‑continua, y se evaluó el efecto de la temperatura y la composi-ción del combustible en el rendimiento y la producción de H₂. En el desarrollo de este trabajo, se ha demostrado que la temperatura de operación es el factor que más influye en el proceso, seguido de la proporción de vapor y la velocidad espacial. Es posible alcanzar una pureza de H₂ superior al 99.5% en el intervalo entre 525 y 625 °C, tanto para compuestos modelo como para biomasas lignocelulósicas. No obstante, otras variables del proceso, como el rendimiento o la selectividad a la producción de H₂, varían enormemente según la naturaleza de la alimentación o el tipo de reactor, siendo necesario emplear una mayor temperatura para alcanzar resultados similares. La concentración de varios subproductos ―como el CO y el CH₄― también resulta muy sensible a los cambios en la alimentación y la temperatura, incrementándose cuando el proceso se aleja de las con-diciones óptimas.eng
dc.language.isospaeng
dc.publisherServicio de Publicaciones, Universidad de Oviedoeng
dc.relation.ispartofDepartamento de Energíaeng
dc.relation.haspartUniversidad de Oviedoeng
dc.relation.isreferencedbyNo, esta versión no ha sido citadaeng
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/*
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dc.subjecthidrógenoeng
dc.subjectbiomasaeng
dc.subjectgasificación catalíticaeng
dc.subjectreformadoeng
dc.subjectcaptura de CO2eng
dc.subjectcatalizadoreng
dc.subjectbio-oileng
dc.subject.classificationPublicadoeng
dc.titleProducción de bio-hidrógeno mediante gasificación catalítica de biomasa con captura integrada de CO2eng
dc.typemasterThesiseng
Aparece en las colecciones: Medio Ambiente
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