Evaluación de la prefactibilidad técnico-económica y ambiental para la producción de hidrógeno azul mediante procesos de gasificación a partir de biomasa residual

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dc.contributor.advisorKafarov, Viatcheslav Victorovich
dc.contributor.advisorUribe Rodríguez, Ariel
dc.contributor.advisorRodríguez Vallejo, Daniel
dc.contributor.authorCarrillo Cárdenas, Emilio José
dc.contributor.evaluatorAvellaneda Vargas, Fredy Augusto
dc.contributor.evaluatorMercado Ojeda, Ronald Alfonso
dc.date.accessioned2024-08-05T14:12:12Z
dc.date.available2024-08-05T14:12:12Z
dc.date.created2024-07-29
dc.date.issued2024-07-29
dc.description.abstractCon el objetivo de mitigar el impacto ambiental derivado de los combustibles fósiles y alcanzar la sostenibilidad energética promoviendo una economía circular, por consiguiente, disminuir emisiones de gases de efecto invernadero, se propone el acoplamiento de un sistema de gasificación de biomasa con captura de CO_2 para producir hidrógeno de bajo carbono como vector de energético. Utilizando Aspen Plus V12.1 para la simulación, el proceso comienza con el pretratamiento de raquis de palma el cual pasa a través de los siguientes procesos: molienda, secado, torrefacción y peletización. Se diseña un gasificador dual de pellets de EFB seguido de un craqueo catalítico del alquitrán y una reacción de reformado con vapor de agua con el objetivo de aumentar la proporción de H_2 a CO en el gas de síntesis. Posteriormente, se estudian dos alternativas de captura (DEPG y MEA) con el objetivo de obtener hidrogeno azul y eliminar el CO_2 de la corriente de gas de síntesis. Finalmente, se modela un sistema de PSA para obtener H_2 con una pureza del 99.9%. La etapa de pretratamiento y densificación la biomasa parte desde una composición inicial C:46.47%,H:6.22%,O 42.25% a (C 54.10,H 6.09,O 28.67). Además, el Poder Calorífico Superior (HHV) del pellet de EFB es de 20.8 MJ/Kg en comparación con 18.5 con la biomasa sin tratar. Utilizamos vapor como agente gasificante y los gasificadores operan a 800°C. El gas de síntesis resultante tiene una concentración porcentual volumétrica de (CO 20.0,CO_2 28.2,H_2 44.2,〖CH〗_4 5.9). Estimamos un costo nivelado del hidrógeno (LCOH) de 3.04 USD/Kg, el costo nivelado de captura de carbono para MEA y DEPG de tal forma que se obtuvo (LCOC) y el CO_2 evitado (LCCA) de 92 USD/t CO_2 y 183 USD/t CO_2 y para MEA y (LCCA) son de 59 USD/t 〖CO〗_2 y 119 USD/t CO2 para DEPG. Al final, estimamos las emisiones de Kg CO_2 por Kg H_2 producido por medio de la metodología del Potencial de Calentamiento Global y comparamos con el reformado de metano de origen fósil con la planta estudiada.
dc.description.abstractenglishAiming to mitigating the environmental impact derived from fossil fuels and attaining the energy sustainability promoting the circular economy and low carbon emissions, an integrated carbon capture-biomass gasification process is proposed to produce low-carbon hydrogen as an alternative energy carrier. Utilizing Aspen Plus V12.1 for simulation, the process begins with empty fruit bunches (EFB) pre-treatment involving grinding, drying, torrefaction, and pelletization. A dual EFB pellets gasifier followed by a catalytic cracking of tar and water gas shift reaction are designed to produce syngas aiming to increase the H2 to CO ratio. Afterward, two alternatives (DEPG and MEA) for syngas upgrading by removing CO2 are studied. Finally, a PSA system is modeled to obtain H_2 at 99.9% purity. The pre-treatment stage densifies the biomass from an initial composition (%C 46.47, %H 6.22, %O 42.25) to (%C 54.10, %H 6.09, %O 28.67). In addition, the HHV of the EFB pellet is 20.8 MJ/Kg compared to 18.5 of the biomass moisture. We use steam as a gasifying agent and the gasifiers operates at 800°C. The resulting syngas has a volume concentration in percentage (CO: 20.0%,〖CO〗_2: 28.2%, H_2:44.2%,〖CH〗_4: 5.9%). We estimate a levelized cost of hydrogen (LCOH) at 3.04 USD/Kg, the levelized cost of carbon capture (LCOC) and CO2 avoided (LCCA) are 92 USD/t 〖CO〗_2 and 183 USD/t 〖CO〗_2 for MEA and 59 USD/t 〖CO〗_2 and 119 USD/t 〖CO〗_2 for DEPG at the end we estimate the emissions of Kg CO_2 per Kg H_2 using the methodology of Global warming Potential and comparison production of hydrogen thought methane reforming with the studied plant.
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/43704
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRaquis de palma
dc.subjectHidrógeno
dc.subjectAnálisis de ciclo de vida
dc.subjectGasificación
dc.subjectCAPEX
dc.subjectOPEX
dc.subjectTorrefacción
dc.subjectCaptura de carbono
dc.subject.keywordHydrogen
dc.subject.keywordCAPEX
dc.subject.keywordOPEX
dc.subject.keywordGasification
dc.subject.keywordEmpty Fruit Bunch
dc.subject.keywordCarbon Capture
dc.titleEvaluación de la prefactibilidad técnico-económica y ambiental para la producción de hidrógeno azul mediante procesos de gasificación a partir de biomasa residual
dc.title.englishEvaluation of the technical, economic, and environmental pre-feasibility for producing blue hydrogen through gasification processes from residual biomass
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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