Diseño de una instalación experimental de licuefacción hidrotérmica para la conversión de residuos orgánicos en biocombustibles

Abstract

En este trabajo se ha realizado el diseño conceptual de un proceso de licuefacción hidrotérmica para producir biocombustibles así como de los equipos necesarios para llevarlo a cabo en una instalación experimental. A partir de un estudio bibliográfico inicial con el que se ha recopilado la información disponible y necesaria para abordar el trabajo, se han indicado las diferentes etapas del proceso hasta alcanzar un diseño conceptual del mismo en el que se han barajado diferentes opciones de configuración. Luego, se ha procedido a diseñar los principales subsistemas del proceso, que son la conversión de residuos orgánicos en un biocrudo y posterior tratamiento del mismo para convertirlo en un bio-oil mejorado apto para ser separado en diferentes cortes de biocombustibles (bio-gasolina, diesel verde, …). Se han diseñado los trenes de intercambiadores de calor, los reactores, equipos de separación y equipos de impulsión, proponiéndose una planificación semanal según el esquema de proceso tratado, que se muestra en un diagrama de Gantt. Los reactores diseñados son de tipo batch, y los intercambiadores de carcasa y tubo y de placas. En la memoria de cálculo se justifican todos los cálculos realizados y ecuaciones empleadas para llevar a cabo el diseño de los equipos, con la ayuda de herramientas como el EES o el Excel. Se han incluido anexos con las diferentes opciones de precalentamiento de la alimentación estudiadas, además de los códigos empleados en EES, gráficas utilizadas, análisis de sensibilidad del separador, entre otros. Posteriores procesos de tratamiento de la fase acuosa, de la fase gas y del residuo sólido, así como del bio-oil mejorado quedan fuera del alcance del TFG.

The conceptual design of a hydrothermal liquefaction process to produce biofuels and the main units of a pilot plant has been carried out in this work. Information about the different stages of the process has been compiled before designing, studying different configurations of the process. Next, subsystems of the process have been designed, including the conversion of organic residues to biocrude and the treatment of the biocrude to convert it to upgraded biocrude, which can be distillate in order to obtain diferente biofuels (bio-gasoline, green diesel,…). The design of the shell and tube and plate heat exchangers, batch reactors, decanter and pumps has been also performed. Furthermore, a weekly planning has been proposed and showed using a Gantt diagram. The calculus for the design of each unit and the equations used have been justified. EES or Excel are tools used for the calculus. Appendixes explaining the diferents options to preheat the feed, the code used in EES, the graphics used for the design and sensitivity analysis of the decanter have been included among others. Treatment of the aqueous and gaseous phase, solid residue and upgraded biocrude are out of the scope of this work.