Medellín - Minas - Doctorado en Ingeniería - Sistemas Energéticos · 2023
Analysis of superstructures. Case study: Optimizing agro-industrial waste as precursors of chemical products, an essential element for the energy transition
Este estudio presenta una herramienta de optimización basada en análisis de superestructura para el diseño de procesos químicos y la toma de decisiones en la implementación de esquemas de poligeneración en Colombia. El programa de optimización que se desarrolló en Matlab, considera los parámetros de diferentes procesos termoquímicos y tecnologías para la transformación de tres posibles biomasas en nueve productos de alto valor agregado en el mercado nacional. Para obtener los parámetros necesarios se utilizó simulación detallada de los procesos en AspenPlus®, lo que permitió reducir el número de niveles de la superestructura y disminuir también el costo computacional del proceso de optimización en Matlab. Los resultados destacados en este estudio incluyen la generación de una herramienta de optimización, la identificación del biochar como el producto más viable para la implementación de esquemas de poligeneración en Colombia y la identificación de las posibles tecnologías para la transformación de las biomasas. Finalmente, este trabajo demuestra que el análisis de superestructura es una herramienta útil para la toma de decisiones, que puede ser de utilidad para entidades gubernamentales y posibles inversionistas en la definición de esquemas de poligeneración. (Texto tomado de la fuente)
Texto completo 245 páginas con texto de 253
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Contenido
- Introductionp. 29
- Polygeneration as key element for the energy transition in Colombiap. 35
- Need to carry out an energy transitionp. 33
- Biomassp. 46
- 1.2.1 Selection of the biomassp. 49
- 1.2.2 Coffee husksp. 51
- 1.2.3 Palm Kernel Shellp. 53
- 1.2.4 Rice huskp. 54
- Superstructure Analysisp. 56
- Summary of Thesis motivationp. 70
- Processes involved in polygenerationp. 73
- Generalitiesp. 73
- Description of the involved technologiesp. 74
- 2.2.1 Fast Pyrolysis descriptionp. 75
- 2.2.2 Fast Pyrolysis simulationp. 77
- 2.2.3 Slow Pyrolysisp. 83
- 2.2.4 Gasificationp. 85
- 2.2.5 Fixed Bed Gasification Simulationp. 90
- 2.2.6 Fluidized Bed Gasification Simulationp. 93
- Simulation and results validationp. 97
- electricity supplierp. 119
- transfer phenomena and complex kinetic reactionsp. 142
- Financial analysis with Aspen Plus Economic Analyzer V12p. 159
- 2.4.1 Fast Pyrolysis in a fluidized bedp. 102
- 2.4.2 Fixed bed gasificationp. 166
- 2.4.3 Fluidized bed gasificationp. 168
- 2.4.4 Fast Pyrolysis in Auger reactorp. 170
- Superstructure Optimization Methodology for Biomass-based Polygeneration Plantsp. 173
- Generalitiesp. 73
- Case Studyp. 173
- technologiesp. 57
- 3.3.1 “Alpha” technical parameterp. 178
- 3.3.2 Financial parametersp. 180
- Technologies considered at production levelp. 184
- 3.4.1 Chemical synthesis (bioliq® plant)p. 184
- 3.4.2 Conventional solid burning – Travelling grate combustion technologyp. 187
- 3.4.3 Conventional gas burningp. 188
- 3.4.4 Power generation with a turbinep. 190
- 3.4.5 Power generation with enginesp. 194
- 3.4.6 Production of activated carbonp. 197
- The productsp. 199
- 3.5.1 Biocharp. 188
- 3.5.2 Biooilp. 81
- 3.5.3 Pyroligneous acid or wood vinegarp. 203
- 3.5.4 Electricityp. 203
- 3.5.5 Thermal energyp. 204
- 3.5.6 Diesel oilp. 204
- 3.5.7 Activated Carbonp. 205
- The optimization modelp. 207
- 3.6.1 Constraintsp. 207
- Results and discussionp. 210
- 3.7.1 Sensitivity analysisp. 215
- Conclusionsp. 140
- Referencesp. 225