El desarrollo de un modelo cinético para la gasificación de biochar con CO: comparación entre un analizador termogravimétrico y un reactor de lecho fluidizado
Autores: Reyes, Luis; Jabbour, Michael; Abdelouahed, Lokmane; Taouk, Bechara
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
El desarrollo de un modelo cinético para la gasificación de biochar con CO: comparación entre un analizador termogravimétrico y un reactor de lecho fluidizado
Categoría
Energía
Subcategoría
Tecnología de combustibles
Palabras clave
Desarrollo
Modelo cinético
Gasificación
Biochar
Analizador termogravimétrico
Reactor de lecho fluidizado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta el desarrollo de un modelo cinético para la gasificación de biochar con dióxido de carbono y compara los resultados obtenidos utilizando un analizador termogravimétrico (TGA) y un reactor de lecho fluidizado (FBR). Los experimentos cinéticos investigaron los efectos de la presión parcial de CO (0.33-1 atm), la temperatura (800-1000 grados C) y la relación CO/C (3.5-10.5). Se evaluaron tres modelos estructurales, el modelo de núcleo en contracción (SCM), el modelo volumétrico (VM) y el modelo de ley de potencia (PLM), por su capacidad para predecir resultados experimentales. Los resultados demostraron que el aumento de la temperatura, la presión parcial de CO y la relación CO/C mejoraron la tasa de gasificación, reduciendo el tiempo requerido para la conversión completa del biochar. La energía de activación aparente para ambos reactores fue similar (156-159 MJ/kmol), con órdenes de reacción de 0.4-0.49. Sin embargo, los modelos cinéticos variaron significativamente entre los montajes. En el TGA, el PLM proporcionó el mejor ajuste a los datos experimentales, con desviaciones estándar del 2.6-9%, mientras que en el FBR, el SCM fue el más preciso, con una desviación promedio del 1.5%. El SCM describió eficazmente el consumo de carbón capa por capa, donde la gasificación se ralentizó a altos niveles de conversión. Por el contrario, el PLM para el TGA reveló una función matemática única no alineada con los modelos tradicionales, indicando comportamientos de reacción localizados. Este estudio destaca la incapacidad de extrapolar directamente los modelos cinéticos derivados del TGA a sistemas FBR, subrayando los mecanismos distintos que rigen el consumo de carbón en cada tipo de reactor. Estos hallazgos proporcionan información crítica para optimizar la gasificación de biochar en diversas configuraciones de reactores.
Descripción
Este estudio presenta el desarrollo de un modelo cinético para la gasificación de biochar con dióxido de carbono y compara los resultados obtenidos utilizando un analizador termogravimétrico (TGA) y un reactor de lecho fluidizado (FBR). Los experimentos cinéticos investigaron los efectos de la presión parcial de CO (0.33-1 atm), la temperatura (800-1000 grados C) y la relación CO/C (3.5-10.5). Se evaluaron tres modelos estructurales, el modelo de núcleo en contracción (SCM), el modelo volumétrico (VM) y el modelo de ley de potencia (PLM), por su capacidad para predecir resultados experimentales. Los resultados demostraron que el aumento de la temperatura, la presión parcial de CO y la relación CO/C mejoraron la tasa de gasificación, reduciendo el tiempo requerido para la conversión completa del biochar. La energía de activación aparente para ambos reactores fue similar (156-159 MJ/kmol), con órdenes de reacción de 0.4-0.49. Sin embargo, los modelos cinéticos variaron significativamente entre los montajes. En el TGA, el PLM proporcionó el mejor ajuste a los datos experimentales, con desviaciones estándar del 2.6-9%, mientras que en el FBR, el SCM fue el más preciso, con una desviación promedio del 1.5%. El SCM describió eficazmente el consumo de carbón capa por capa, donde la gasificación se ralentizó a altos niveles de conversión. Por el contrario, el PLM para el TGA reveló una función matemática única no alineada con los modelos tradicionales, indicando comportamientos de reacción localizados. Este estudio destaca la incapacidad de extrapolar directamente los modelos cinéticos derivados del TGA a sistemas FBR, subrayando los mecanismos distintos que rigen el consumo de carbón en cada tipo de reactor. Estos hallazgos proporcionan información crítica para optimizar la gasificación de biochar en diversas configuraciones de reactores.