DISEÑO DE UNA PLANTA DE CARBONIZACIÓN HIDROTERMAL DE FANGOS DE REFINERÍA PARA LA OBTENCIÓN DE MATERIALES CARBONOSOS VALORIZABLES

Abstract

En un contexto en el que la transición hacia una economía circular y hacer frente a la problemática del cambio climático son una prioridad, el avance tecnológico en tecnologías como la carbonización hidrotermal es clave para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación medioambiental y dar solución a la gestión de residuos, sustituyendo así técnicas como la incineración. La carbonización hidrotermal es un proceso innovador con un gran potencial para hacer frente a esta problemática, ofreciendo una prometedora vía de conversión eficiente de residuos con alto contenido en carbono (e.g. biomasa o plásticos residuales), para ello, se somete a los residuos a temperaturas comprendidas entre 180 y 300ºC en presencia de agua provocando así la carbonización de los compuestos orgánicos dando lugar a la producción de materiales carbonosos denominados hydrochar. El hydrochar es un material cuyas propiedades varían en gran medida dependiendo del residuo empleado para su producción, por lo general, se trata de un material levemente poroso con un alto contenido en carbono que puede emplearse en una gran variedad de aplicaciones, entre ellas destaca su uso como combustible haciendo que este material se pueda convertir en un gran contribuyente para reducir el uso de combustibles fósiles. En este trabajo de fin de grado se propone la carbonización hidrotermal como una solución a la problemática de gestión de fangos de refinería. Para ello, se lleva a cabo una profunda revisión bibliográfica sobre la carbonización hidrotermal y los hydrochar obtenidos para poner en contexto y evaluar la viabilidad energética de la carbonización hidrotermal de fangos de refinería, la cual ha sido estudiada experimentalmente manteniendo el reactor a 200ºC, 20 bar y con un tiempo de operación de 1, 3 y 6 horas. Los productos obtenidos han sido caracterizados mediante distintos análisis permitiendo así compararlos con valores encontrados en la bibliografía de hydrochars formados a partir de residuos más convencionales. Para estudiar la autosostenibilidad de este proceso, se utilizan los resultados obtenidos experimentalmente para hacer una simulación mediante el programa Aspen Plus® V12 donde se propone un proceso en el que los gases generados durante la carbonización se introducen en un intercambiador de calor para precalentar el fango. Además, el hydrochar obtenido se separa del resto de los productos obtenidos mediante separación flash y separación centrífuga, para ser finalmente introducido a un reactor adiabático de combustión. Con el fin de mostrar su eficiencia como combustible sólido, también se usan los gases producidos para generar vapor de agua sobrecalentado en un ciclo Rankine. Tras demostrar experimentalmente que se puede obtener un hydrochar de una buena calidad para ser usado como combustible sólido y, tras haber logrado la optimización energética mediante la simulación con Aspen Plus® V12, se ha llegado a la conclusión de que la carbonización hidrotermal se presenta como proceso altamente eficiente, con la capacidad de ser un proceso autosostenible, con el que dar solución a la problemática gestión de residuos orgánicos, contribuyendo así a la descarbonización de la economía y a la reducción de emisiones de CO2.