FuturEnviro | Junio/Julio June/July 2020 www.futurenviro.es 45 de un conjunto de analizadores para determinar la calidad del gas producido, que permite la medida de la concentración de CO, CH4, CO2, H2, O2 y H2S. La instalación piloto de gasificación dispone además de un sistema portátil para el muestreo de alquitranes y partículas, basado en la especificación técnica CEN/TS 15439:2006 “Biomass Gasification – Tar and Particles in Producer Gases – Sampling and Analysis”. El sistema consiste en una caja caliente a una temperatura controlada, en cuyo interior se aloja un filtro que retiene las partículas. Posteriormente se dispone de una serie de borboteadores con disolvente en los que condensan y se absorben los alquitranes. Este sistema se completa con una bomba de vacío y un contador volumétrico. Mediante esta técnica se retienen partículas y alquitranes y, posteriormente, en el laboratorio se determinan los alquitranes gravimétricos mediante un evaporador rotatorio siguiendo la especificación técnica mencionada. Ensayos para el diseño del prototipo Mediante la caracterización de los lodos en el laboratorio se ha conocido su elevado contenido en cenizas (29,4% b.s., asociado a la presencia de inertes en el lodo), su composición elemental (37% C, 5,2% H, 5,8% N, 0,8% S, 0,3% Cl) y su poder calorífico inferior (PCI: 14,7 MJ/kg una vez seco), no encontrándose ningún dato reseñable. Los lodos de depuradora se han secado en el secadero híbrido solarbiomasa durante 408 horas, siendo la entrada de lodo húmedo de 20 kg/h, con una humedad inicial del 80%. A la salida del secadero los lodos presentaban una humedad del 12%. La velocidad específica de evaporación ha sido de 15,5 kg de agua por hora, empleándose 6474 kJ por cada kg de agua evaporada, de los cuales el 95% procedieron de fuentes renovables. En la gasificación de los lodos se ha utilizado aire como agente gasificante durante un proceso estable de más de diez horas, empleándose sílice como material de lecho para establecer la fluidización. El ensayo se ha llevado a cabo para una potencia térmica de 150 kWt, trabajando con temperaturas del lecho de 820-840 ºC y con una relación aire-combustible respecto del estequiométrico (relación de equivalencia, ER) de 0,21-0,26. La composición del gas de gasificación se ha determinado en porcentaje en base seca durante la operación estable y ha resultado ser: 5,3-6,3% de H2, 7,2-7,6% de CO y 2,6-3,3% de CH4. El poder calorífico inferior (PCI) del gas generado ha sido de 2,7-3,2 MJ/Nm3, considerando estos tres compuestos. Si se tuviera en cuenta la contribución de otros compuestos presentes en el gas como etano, etileno y acetileno, el poder calorífico podría incrementarse en un 20%. El contenido de alquitranes gravimétricos del gas de gasificación ha sido de 0,8-2,1 g/Nm3. Estos alquitranes también contribuirían al poder calorífico del gas, si se realizara su aprovechamiento en caliente, tal como se plantea en el proyecto LIFE-DRY4GAS. Conclusiones El secado de lodos de EDAR en un secadero híbrido solar-biomasa permite la reducción de la humedad desde el 80% al 12%, procediendo el 95% de la energía utilizada de fuentes renovables. La gasificación en un reactor de lecho fluidizado burbujeante de los lodos secos genera un gas de gasificación cuyo PCI alcanza valores de 2,7-3,2 MJ/Nm3, con la exclusiva aportación al poder calorífico de los tres compuestos principales: H2, CO y CH4. The system consists of a hot box at a controlled temperature, inside which a filter is housed to retain the particles. This is followed by a series of impingers with solvent to condense and absorb the tar. The system is completed by a vacuum pump and a volume flow meter. Particles and tar are removed using this system and subsequently the gravimetric tar is determined in the laboratory by means of a rotary evaporator, in accordance with the aforementioned technical specification. Tests for prototype design Sludge characterization in the laboratory provided information on its high ash content (29.4% d.b., associated with the presence of inert material in the sludge), its chemical composition (37% C, 5.2% H, 5.8% N, 0.8% S, 0.3% Cl) and its low heating value (LHV: 14.7 MJ/kg after drying). No other noteworthy data was found. The sewage sludge was dried in the hybrid solar biomass dryer for 408 hours. The wet sludge, with an initial moisture content of 80%, was fed into the dryer at a rate of 20 kg/h. At the dryer outlet, the sludge had a moisture content of 12%. The specific evaporation rate was 15.5 kg of water per hour, with consumption of 6474 kJ per kg of water evaporated. 95% of this energy came from renewable sources. In the sludge gasification process, air was used as gasifying agent during a stable process of over 10 hours, and silica was used for the bed in order to establish the fluidisation. The test was carried out for a thermal power output of 150 kWt, working with fluidized bed temperatures of 820-840 ºC and an air to fuel ratio with respect to the stoichiometric ratio (ER equivalence ratio) of 0.21- 0.26. The composition of the gasification gas in percentage on a dry basis during stable operation was determined: 5.3-6.3% of H2, 7.2-7.6% of CO and 2.6-3.3% of CH4. The low heating value (LVC) of the gas generated was 2.7-3.2 MJ/Nm3, considering these three compounds. If the contribution of other compounds in the gas such as ethane, ethylene and acetylene were taken into account, the heating value could be up to 20% higher. The gravimetric tar content of the gasification gas was 0.8-2.1 g/ Nm3. This tar would also contribute to the heating value of the gas if used for combustion, as is envisaged in the LIFE-DRY4GAS project. Conclusions Drying sewage sludge in a hybrid solar biomass dryer enables moisture content to be reduced from 80% to 12%, with 95% of the energy used coming from renewable sources. Gasification of the dry sludge in a bubbling fluidized bed reactor generates a gasification gas with a LHV of 2.7-3.2 MJ/Nm3, considering only the contribution of the three main compounds: H2, CO and CH4. Solar drying and subsequent gasification Lodo seco utilizado en los ensayos de gasificación Dry sludge used in gasification tests Gestión y tratamiento de fangos y lodos | Sludge management and treatment
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