Estudio Cinético de Descomposición Térmica de Residuos de Papel y Plástico No Reciclables mediante Análisis Termogravimétrico
Autores: Al-Moftah, Ahmad Mohamed S. H.; Marsh, Richard; Steer, Julian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Estudio Cinético de Descomposición Térmica de Residuos de Papel y Plástico No Reciclables mediante Análisis Termogravimétrico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Protocolo de Kioto
Gases de efecto invernadero
Tratamiento térmico
Residuos sólidos
Gasificación
Pirólisis
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Las emisiones netas globales de los gases de efecto invernadero (GEI) del Protocolo de Kioto, como el dióxido de carbono (CO), los gases fluorados, el metano (CH) y el óxido nitroso (NO), siguen siendo sustancialmente altas, a pesar de los esfuerzos concertados para reducirlas. El tratamiento térmico de los residuos sólidos contribuye al menos con un 2.8-4% de los GEI, en parte debido al aumento en la generación de residuos sólidos municipales (RSM) y a los procesos de tratamiento ineficientes, como la incineración y el vertedero. Los procesos de tratamiento térmico, como la gasificación y la pirólisis, son formas valiosas de convertir materiales sólidos, como los residuos, en gas de síntesis, líquidos y carbón, para la generación de energía, combustibles o para la biorremediación de suelos. Subcoal(tm) es un producto comercial basado en papel y plásticos de residuos segregados en la fuente que no son fácilmente reciclables y que de otro modo podrían terminar en vertederos. Este documento analiza los parámetros cinéticos asociados con este producto en condiciones de pirólisis, gasificación y combustión para su consideración como combustible para la generación de energía o como reductor en el proceso de fabricación de hierro en alto horno. Se utilizó el Análisis Termogravimétrico (TGA) en nitrógeno (N), CO y en aire, para medir y comparar la cinética de reacción. La energía de activación y el factor pre-exponencial se midieron a diferentes tasas de calentamiento utilizando técnicas libres de modelo de Ozawa Flynn Wall (OFW) y Kissinger-Akahira-Sonuse (KAS) no isotérmicas. Las curvas de TGA mostraron que la degradación térmica de Subcoal(tm) comprende tres procesos principales: deshidratación, desvolatilización y formación de carbón y cenizas. Además, la tasa de calentamiento desplaza la temperatura de desvolatilización a un valor más alto. Asimismo, los resultados de la termogravimetría derivativa (DTG) indicaron que la temperatura de degradación T aumentó a medida que aumentó la tasa de calentamiento. Se notó una variación sustancial entre las cuatro etapas de descomposición térmica de Subcoal(tm) en ambos métodos. La gasificación alcanzó 200.2 +/- 33.6 kJ/mol por OFW y 179.0 +/- 31.9 kJ/mol por KAS. La pirólisis registró valores de 161.7 +/- 24.7 kJ/mol por OFW y 142.6 +/- 23.5 kJ/mol por KAS. La combustión devolvió los valores más bajos tanto para OFW (76.74 +/- 15.4 kJ/mol) como para KAS (71.0 +/- 4.4 kJ/mol). Los valores bajos en combustión indican un tiempo de reacción más corto para la degradación de Subcoal(tm) en comparación con la gasificación y la pirólisis. En general, el análisis cinético de TGA utilizando los métodos KAS y OFW muestra una buena consistencia en la evaluación de las constantes de Arrhenius.
Descripción
Las emisiones netas globales de los gases de efecto invernadero (GEI) del Protocolo de Kioto, como el dióxido de carbono (CO), los gases fluorados, el metano (CH) y el óxido nitroso (NO), siguen siendo sustancialmente altas, a pesar de los esfuerzos concertados para reducirlas. El tratamiento térmico de los residuos sólidos contribuye al menos con un 2.8-4% de los GEI, en parte debido al aumento en la generación de residuos sólidos municipales (RSM) y a los procesos de tratamiento ineficientes, como la incineración y el vertedero. Los procesos de tratamiento térmico, como la gasificación y la pirólisis, son formas valiosas de convertir materiales sólidos, como los residuos, en gas de síntesis, líquidos y carbón, para la generación de energía, combustibles o para la biorremediación de suelos. Subcoal(tm) es un producto comercial basado en papel y plásticos de residuos segregados en la fuente que no son fácilmente reciclables y que de otro modo podrían terminar en vertederos. Este documento analiza los parámetros cinéticos asociados con este producto en condiciones de pirólisis, gasificación y combustión para su consideración como combustible para la generación de energía o como reductor en el proceso de fabricación de hierro en alto horno. Se utilizó el Análisis Termogravimétrico (TGA) en nitrógeno (N), CO y en aire, para medir y comparar la cinética de reacción. La energía de activación y el factor pre-exponencial se midieron a diferentes tasas de calentamiento utilizando técnicas libres de modelo de Ozawa Flynn Wall (OFW) y Kissinger-Akahira-Sonuse (KAS) no isotérmicas. Las curvas de TGA mostraron que la degradación térmica de Subcoal(tm) comprende tres procesos principales: deshidratación, desvolatilización y formación de carbón y cenizas. Además, la tasa de calentamiento desplaza la temperatura de desvolatilización a un valor más alto. Asimismo, los resultados de la termogravimetría derivativa (DTG) indicaron que la temperatura de degradación T aumentó a medida que aumentó la tasa de calentamiento. Se notó una variación sustancial entre las cuatro etapas de descomposición térmica de Subcoal(tm) en ambos métodos. La gasificación alcanzó 200.2 +/- 33.6 kJ/mol por OFW y 179.0 +/- 31.9 kJ/mol por KAS. La pirólisis registró valores de 161.7 +/- 24.7 kJ/mol por OFW y 142.6 +/- 23.5 kJ/mol por KAS. La combustión devolvió los valores más bajos tanto para OFW (76.74 +/- 15.4 kJ/mol) como para KAS (71.0 +/- 4.4 kJ/mol). Los valores bajos en combustión indican un tiempo de reacción más corto para la degradación de Subcoal(tm) en comparación con la gasificación y la pirólisis. En general, el análisis cinético de TGA utilizando los métodos KAS y OFW muestra una buena consistencia en la evaluación de las constantes de Arrhenius.