Development of a Chemical Equilibrium Gasification Model to Evaluate the Energy Potential of the Palm Kernel Shells from Palm Oil Extraction Industries in Colombia

Authors

DOI:

https://doi.org/10.17981/ingecuc.14.2.2018.06

Keywords:

Palm kernel shell, fixed bed gasification, aspen plus, chemical equilibrium, |, energy potential

Abstract

Introduction: In palm oil extraction plants, for every 10 tons of fresh fruit bunches (FFB) that are processed, an estimate of 3700 kg of waste are produced. This waste, consisting of empty fruit bunches, fibers, and kernels, mainly, has a lower heating value (LHV) of about 18 MJ/kg. This waste can be considered a by-product as it is possible to be used for steam generation or electricity production to completely or partially cover the energy demand of oil palm processing plants. Among these, kernels are the best option for biomass power generation in fixed-bed gasifiers coupled to motor or generator sets for power below 2 MW

Objective: Evaluate energy potential of oil palm kernel for power generation in typical oil palm extraction plants trough fixed bed gasification coupled to motor/generator sets.

Methodology: A chemical equilibrium model was developed to estimate gas composition and, therefore, energy potential of palm kernel biomass from extractive industries.

Results: This tool enables analyzing process variations caused by changes in the gasifying agent, composition and moisture content of biomass. The model was used to analyze kernel energy potential from a typical plant that processes 10000 ton of fresh fruit bunches per month. Model results were validated using data from literature. The model is used to analyze the energy potential of waste from a typical 10000 ton RFF/month extractor plant.

Conclusions: It is estimated that for every 22 kg/h of oil palm kernel, approximately 70 kg/h of gas are produced with an average composition of 12.5 % H2, 21.8 % CO, 9.5 % CO2, 56 % N2 and traces of CH4, with a low heat value (LHV) close to 4.1 MJ/Nm3. According to the results, the total electricity demand of a typical plant can be supplied using a gasification-based system feed with ~85 % of the kernel from the extraction process.

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Author Biographies

Daniel Andrés Quintero Coronel, Universidad del Norte. Barranquilla (Colombia), Universidad Francisco de Paula Santander. Ocaña (Colombia)

Ingeniero mecánico egresado de la Universidad Francisco de Paula Santander, Actualmente desarrollando una maestría en Ingeniería mecánica en la Universidad del Norte en la ciudad de Barranquilla. Pertenece al grupo de Investigación UREMA (Uso Racional y Preservación de Energía y Medio Ambiente).

Yuhan Arley Lenis Rodas, Universidad del Norte. Barranquilla (Colombia)

Ingeniero Mecánico, Universidad de Antioquia 2009 (Medellín Colombia). Magister en ingeniería de la misma universidad en el año 2013. Actualmente estudiante de doctorado en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte. Entre 2007 y 2017 participó en investigaciones en el área de ciencias térmicas, analizando motores de combustión interna y procesos de gasificación de biomasa, vinculado a los grupos de investigación GIMEL (Universidad de Antioquia, 2007-2014), Termomec (Universidad Cooperativa de Colombia, 2013-2016), GREEN (Universidade de São Paulo, 2017-Actual) y UREMA (Universidad del Norte, 2014-Actual). Ha actuado como docente de la Universidad de Antioquia, Universidad Cooperativa de Colombia, Institución Universitaria Pascual Bravo y Universidad del Norte. Actualmente sus líneas de profundización incluyen: energía, gasificación de biomasa, biocombustibles, simulación de procesos térmicos, energía solar concentrada y control automático de procesos.

Lesme Antonio Corredor Martínez, Universidad del Norte. Barranquilla (Colombia)

Ingeniero Mecánico, Universidad del Norte 1989 (Barranquilla, Colombia). Doctor en Ingeniería Mecánica, Universidad Politécnica de Madrid (España) 1999. En la actualidad se desempeña como profesor tiempo completo del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte (Barranquilla-Colombia). Su ejercicio  profesional se ha centrado en dos frentes 1) Industrial, en el diseño e implementación de sistema de cogeneración y/o trigeneración orientados a la optimización energética de los procesos y a la reducción de gases efecto invernadero de los mismos, tales sistemas alimentados ya sea con combustibles fósiles o renovables 2) Sector transporte, estudios teórico-experimentales dirigidos a la sustitución de combustibles líquidos y a  la incorporación de tecnologías bajas en carbono en el sector transporte. Ha dirigido y participado en varios proyectos Universidad –empresa en todo lo relacionado con el Uso Eficiente de la Energía. En el campo de las fuentes renovables ha desarrollado varias investigaciones en la producción y utilización en motores Diesel de Biodiesel a partir de aceite de palma y bioetanol, al igual que el diseño e implementación de sistemas de trigeneración alimentados con biomasa residual de palma africana. Fue Consejero del Programa de Energía y Minería de Colciencias (2003-2006) y es miembro del Consejo Mundial de Energía.

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Fig. 5. Variación del PCI con el porcentaje de humedad para relaciones de equivalencia dadas. (Vásquez y Gallardo, 2018)

Published

2018-12-03

How to Cite

Quintero Coronel, D. A., Lenis Rodas, Y. A., & Corredor Martínez, L. A. (2018). Development of a Chemical Equilibrium Gasification Model to Evaluate the Energy Potential of the Palm Kernel Shells from Palm Oil Extraction Industries in Colombia. INGE CUC, 14(2), 62–70. https://doi.org/10.17981/ingecuc.14.2.2018.06

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