Examinando por Autor "Cruz Prieto, Pedro Luis"

Mostrando 1 - 1 de 1

Modelling, simulation and analysis of the coprocessing of biomass-based feedstocks in crude oil refineries
(Universidad Rey Juan Carlos, 2018) Cruz Prieto, Pedro Luis
El agotamiento progresivo, la incertidumbre del suministro y los impactos ambientales relacionados con el uso de combustibles fósiles han llevado a un creciente interés en las fuentes de energía alternativas y renovables. En lo que respecta al sector del transporte, el uso de combustibles líquidos seguirá siendo importante a medio plazo, ya que ciertos aspectos no pueden ser cubiertos aún por el transporte eléctrico. En este sentido, los combustibles líquidos basados en la biomasa (biocombustibles) son la única alternativa actual a los combustibles fósiles que no requieren la transformación de la infraestructura existente y del parque automovilístico. Sin embargo, una de las mayores barreras de una sustitución total es la capacidad de producción necesaria, debido a la gran demanda; pero también la baja madurez de las nuevas tecnologías, su elevado capital y sus costes de operación. En este contexto, el coprocesado de materias primas derivadas de la biomasa con fuentes fósiles convencionales en las refinerías de petróleo crudo puede construir un escenario realista para reducir los impactos. Además, esto aprovecharía la infraestructura existente, facilitando una transición progresiva de las fuentes fósiles a un concepto de biorrefinería completa. Esta tesis tiene como objetivo estudiar la viabilidad de estos sistemas de coprocesado. En particular, se estudia el coprocesado del bio-oil producido en la pirólisis de biomasa lignocelulósica en unidades de craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC) y de hidrocraqueo (HC), y la cogasificación del char de pirólisis (coproducido con el bio-oil) con coque de petróleo. Debido a que estos sistemas no existen a escala industrial, se utilizan herramientas de modelado y simulación para representarlos y obtener datos clave para estudiar su viabilidad. Para ello, se desarrollan nuevos y propios modelos del coprocesado en las unidades mencionadas, validándose con datos experimentales e implementándose en la simulación de una refinería. Estos modelos tienen en cuenta los mecanismos de reacción, la cinética y los balances de energía, siendo adecuados para trabajar con diferentes materias primas y condiciones de operación mediante el ajuste de sus parámetros. Se diseña y simula una refinería convencional (con esquema de conversión profunda), y se definen tres casos de estudio alternativos para determinar la factibilidad de diferentes combinaciones del coprocesado. Estos casos, además, tienen en cuenta el funcionamiento de la planta de pirólisis de biomasa, la cual produce el bio-oil y el char procesados. La simulación de los procesos estudiados permite obtener datos para realizar evaluaciones tecno-económicas y del ciclo de vida, lo que ayuda a estudiar la viabilidad del coprocesado desde perspectivas técnicas, económicas y ambientales. De este modo, cuando se realiza el coprocesado, la distribución de productos cambia en comparación con el caso de la refinería convencional. El coprocesado en FCC mejora la producción de gasolina, queroseno y gases ligeros, mientras que el coprocesado en HC maximiza los gases ligeros, las fracciones de gasolina y diésel. El coprocesado de char en la cogasificación aumenta la producción de hidrógeno. Este hidrógeno se autoconsume en la refinería, obteniéndose también una producción neta en el caso de refinería convencional y el caso del coprocesado en FCC; sin embargo, cuando el coprocesado se realiza en HC, el consumo de hidrógeno aumenta y su producción no compensa el consumo, siendo necesario un aporte externo. Desde una perspectiva económica, el coprocesado implica un aumento consecuente de la inversión y de los costes de operación. Aun así, los resultados muestran que el coprocesado en hidrocraqueo mejora el beneficio de la refinería. Sin embargo, el coprocesado en FCC reduce los beneficios en comparación con el caso de la refinería convencional. A partir de la evaluación del ciclo de vida, realizada con un enfoque de la cuna a la puerta, el desempeño ambiental en el potencial de calentamiento global se ve mejorado con el coprocesado, contribuyendo a la mejora de la huella de carbono de las refinerías y de los combustibles producidos. Sin embargo, otras categorías ambientales (por ejemplo, agotamiento abiótico) se ven empeoradas, debido a las mayores instalaciones requeridas, el uso de fertilizantes para el crecimiento de la biomasa y el mayor uso y reposición de catalizadores, las cuales deberán abordarse en el futuro.