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Artículo actualizado el 18/02/20 por Susha Cheriyadath

La pirólisis es un proceso de descomposición química de materiales orgánicos a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno. El proceso generalmente ocurre a temperaturas superiores a 430 ° C (800 °F) y bajo presión. Implica simultáneamente el cambio de fase física y de composición química y es un proceso irreversible. La palabra pirólisis proviene de las palabras griegas » pyro «que significa fuego y» lisis » que significa separación.

La pirólisis se usa comúnmente para convertir materiales orgánicos en residuos sólidos que contienen cenizas y carbono, pequeñas cantidades de líquidos y gases. La pirólisis extrema, por otro lado, produce carbono como residuo y el proceso se llama carbonización. A diferencia de otros procesos de alta temperatura como la hidrólisis y la combustión, la pirólisis no implica una reacción con agua, oxígeno u otros reactivos. Sin embargo, como prácticamente no es posible lograr un ambiente libre de oxígeno, siempre se produce una pequeña cantidad de oxidación en cualquier sistema de pirólisis.

Tipos de Reacciones de pirólisis

Hay tres tipos de reacciones pirolíticas diferenciadas por el tiempo de procesamiento y la temperatura de la biomasa.

Pirólisis lenta

La pirólisis lenta se caracteriza por largos tiempos de residencia de sólidos y gases, bajas temperaturas y bajas tasas de calentamiento de biomasa. En este modo, las temperaturas de calentamiento oscilan entre 0,1 y 2 °C (32,18 a 35,6 °F) por segundo y las temperaturas predominantes son de casi 500°C (932°F). El tiempo de residencia del gas puede ser superior a cinco segundos y el de la biomasa puede variar de minutos a días.

Durante la pirólisis lenta, el alquitrán y el carbón se liberan como productos principales a medida que la biomasa se desvolatiliza lentamente. Las reacciones de repolimerización / recombinación ocurren después de que se producen las reacciones primarias.

Pirólisis flash

La pirólisis flash se produce a velocidades de calentamiento rápidas y temperaturas moderadas entre 400 y 600 °C (752 y 1112 °F). Sin embargo, el tiempo de residencia del vapor de este proceso es inferior a 2 s. La pirólisis instantánea produce menos cantidades de gas y alquitrán en comparación con la pirólisis lenta.

Pirólisis rápida

Este proceso se utiliza principalmente para producir bio-petróleo y gas. Durante el proceso, la biomasa se calienta rápidamente a temperaturas de 650 a 1000 °C (1202 a 1832 °F), dependiendo de la cantidad deseada de productos de bio-petróleo o gas. La carbonilla se acumula en grandes cantidades y debe eliminarse con frecuencia.

Pirólisis por microondas

Se ha demostrado que la pirólisis rápida se beneficia del uso de calentamiento por microondas. La biomasa normalmente absorbe muy bien la radiación de microondas, lo que hace que el calentamiento del material sea altamente eficiente, al igual que el calentamiento de alimentos por microondas, puede reducir el tiempo necesario para iniciar las reacciones de pirólisis y también reduce en gran medida la energía requerida para el proceso. Debido a que el calentamiento por microondas puede iniciar la pirólisis a temperaturas generales mucho más bajas (a veces tan bajas como 200-300 °C), se ha encontrado que el bio-aceite producido contiene concentraciones más altas de productos químicos de mayor valor y más lábiles térmicamente, lo que sugiere que el bio-aceite de microondas podría usarse como reemplazo del petróleo crudo como materia prima para algunos procesos químicos.

Los tipos de reactores de pirólisis Utilizados en la industria

Algunos de los reactores utilizados en el proceso de pirólisis incluyen los siguientes:

Los pirolizadores de lecho fluidizado burbujeantes

Los lechos fluidizados son generalmente fáciles de construir y diseñar en comparación con otros tipos de reactores. Los pirolizadores de lecho fluidizado burbujeante tienen una gran capacidad de almacenamiento de calor, un mejor control de temperatura, excelentes características de transferencia de calor y un mejor contacto entre gas y sólidos. En este pirolizador, el tiempo de residencia de vapores y sólidos está controlado por el caudal de gas fluidizante. Durante la reacción de pirólisis, el carbón actúa como catalizador en los vapores que se agrietan. El carbón se recoge finalmente mediante procesos de arrastre.

Los pirolizadores de lecho fluidizado circulante y de Lecho Transportado

Los pirolizadores de lecho fluidizado circulante tienen características similares a las de los pirolizadores de lecho burbujeante, excluyendo que el tiempo de residencia de los vapores y el carbón es más rápido debido a las velocidades más altas del gas. Estos pirolizadores tienen mejor contacto gas-sólido, alta capacidad de procesamiento y potencial para tratar sólidos cohesivos que de otro modo podrían ser lo suficientemente duros como para fluidizarse en lechos fluidizados burbujeantes.

Pirolizador ablativo

El pirolizador ablativo, por otro lado, fue diseñado para que el calor transferido de una pared de reactor caliente ablande la materia prima bajo presión. Las partículas de materia prima grandes se pueden pirolizar en este pirolizador, ya que las velocidades de reacción no están influenciadas por la transferencia de calor a través de la partícula de biomasa. Estos pirolizadores aseguran un alto movimiento relativo entre la pared del reactor y la partícula y una alta presión de la partícula en la pared caliente del reactor. Evita la necesidad de gas inerte y, por lo tanto, su equipo de procesamiento es pequeño y el sistema de reacción es más intenso.

¿Cuáles son las ventajas de la pirólisis?

Los beneficios clave de la pirólisis incluyen los siguientes:

• Es una tecnología simple y económica para procesar una amplia variedad de materias primas.
• Reduce los residuos que van a los vertederos y las emisiones de gases de efecto invernadero.
• reduce el riesgo de contaminación del agua.
• Tiene el potencial de reducir la dependencia del país de los recursos energéticos importados al generar energía a partir de recursos nacionales.
• La gestión de residuos con la ayuda de la moderna tecnología de pirólisis es más económica que la eliminación en vertederos.
• La construcción de una central eléctrica de pirólisis es un proceso relativamente rápido.
• Crea varios puestos de trabajo nuevos para personas de bajos ingresos en función de las cantidades de residuos generados en la región, lo que a su vez proporciona beneficios para la salud pública a través de la limpieza de residuos.

Aplicaciones de pirólisis

Algunas de las principales aplicaciones de pirólisis incluyen las siguientes:

• Es ampliamente utilizado en la industria química para producir metanol, carbón activado, carbón vegetal y otras sustancias a partir de madera.
• El gas sintético producido a partir de la conversión de residuos mediante pirólisis puede utilizarse en turbinas de gas o vapor para producir electricidad.
• Una mezcla de piedra, tierra, cerámica y vidrio obtenida a partir de residuos pirolíticos se puede utilizar como material de construcción, escoria de construcción o para llenar revestimientos de cubiertas de vertederos.
• Desempeña un papel importante en la datación por carbono-14 y en la espectrometría de masas.
• También se utiliza para varios procedimientos de cocción, como caramelizar, asar a la parrilla, freír y hornear.