ES2235873T3 - Procedimiento para la gasificacion de un material carbonoso. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la gasificación de un material carbonoso, según cuyo proceso: - se gasifica un material carbonoso (5) a elevada temperatura a efectos de producir gas, - se separan compuestos condensables (2) de dicho gas, y - el gas producto obtenido de este modo es recuperado, caracterizado porque - a efectos de separar los compuestos condensables, el gas obtenido a partir de los gasificadores es alimentado a un depurador en seco (2) que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado, en el que establece contacto con el material de lecho de dicho lecho fluidizado, manteniéndose la temperatura interior del depurador en seco en un valor de la temperatura por debajo de la temperatura de condensación de los compuestos condensables a efectos de condensar estos compuestos en el material del lecho, - el material del lecho del depurador en seco (2) está constituido, como mínimo en parte, por el material carbonoso a gasificar y el gas de fluidización utilizado en el depurador en seco (2) es, como mínimo, en su parte más importante el gas de salida del depurador (2), reciclándose una parte del mismo a la zona baja del depurador.

Description

Procedimiento para la gasificación de un material carbonoso.

La presente invención se refiere a un procedimiento, según el preámbulo de la reivindicación 1, para la gasificación de un material de partida o material inicial constituido por un material carbonoso.

De acuerdo con este proceso, el material inicial es gasificado a una elevada temperatura en presencia de oxígeno. Los compuestos condensables son separados de los gases obtenidos de la gasificación y los gases producidos que se han obtenido de este modo son recuperados.

La invención se refiere también a un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 12, comprendiendo dicho aparato una unidad de dosificación y, conectada a la unidad de gasificación, una unidad para la eliminación de los compuestos condensables.

La gasificación termoquímica es un procedimiento en el que la oxidación parcial elevando la temperatura de una materia prima carbonosa, tal como biomasa o carbón, se convierte en sustancias gaseosas. Hay muchos tipos de reactores de gasificación, por ejemplo, reactores de lecho-sólido, de lecho-fluidizado, de lecho-móvil y de lecho-rotativo. Además de estos, son conocidos, por ejemplo, los reactores de tipo ciclónico y de torbellino o vórtex. El gas producto obtenido por el proceso contiene monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno, metano, una pequeña cantidad de hidrocarburos de cadena larga, agua, nitrógeno (si el medio oxidante es el aire), así como carbón, cenizas, alquitranes y aceites.

El valor calorífico del gas producido por gasificación es aproximadamente de 2-6 MJ/m^{3}n, y es adecuado para transferencia limitada en un tubo y para gas de síntesis, por ejemplo, para la producción de amoníaco, metanol y combustibles.

La competitividad de la gasificación en comparación con la combustión completa, se ha visto debilitada por la condensación de hidrocarburos pesados (alquitranes) en relación con el enfriamiento del gas. Se conoce de modo general como alquitranes una mezcla de compuestos orgánicos que contienen tanto compuestos con una masa molar baja tal como benceno, así como, hidrocarburos poliaromáticos pesados. Los "alquitranes ligeros" se consideran habitualmente mezclas que tienen puntos de ebullición de 80-350ºC (desde benceno a pireno) y los alquitranes pesados son, por su parte, compuestos con puntos de ebulllición superiores aproximadamente a 300ºC (criseno, coroneno, etc.).

Los alquitranes, en especial los componentes de los alquitranes ligeros, constituyen por una parte un problema de tipo aparato-tecnología por el ensuciamiento de tubos y soplantes, y, por otra parte, constituyen un problema medioambiental si se intenta eliminar los alquitranes del gas, por ejemplo, de acuerdo con la tecnología convencional de depuración en húmedo. Las experiencias realizadas a partir de depuración en húmedo indican adicionalmente que el grado de separación de la niebla de alquitranes finos es reducido. Incluso en el caso de que la depuración en húmedo fuera satisfactoria, se forma un alquitrán de desperdicio y un efluente que presenta problemas. El alquitrán de desperdicio reduce también, la economía energética del proceso y, por lo tanto, su rentabilidad.

La patente USA 4198212 da a conocer un método de gasificación de carbón para producir un efluente de gasificación de carbón y un residuo carbonizado. El residuo carbonizado es enfriado por transferencia indirecta de calor en un lecho para dicho residuo y el efluente de la gasificación de carbón se hace pasar a través de lecho de residuo carbonizado frío para realizar el enfriamiento del efluente de gasificación de carbón, de manera que los alquitranes y aceites presentes en el efluente son absorbidos por el lecho de alquitrán. De esta manera, el efluente de gasificación es enfriado sin ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor, y los alquitranes y aceites se eliminan de manera efectiva.

En el documento WO8601822 se da a conocer un método de limpieza de gases que contiene alquitrán y otros componentes condensables por enfriamiento de los mismos en un reactor de lecho fluidizado circulante dotado de superficies de enfriamiento. En el reactor de lecho fluidizado se conducen sólidos separados del gas enfriado en un separador ciclónico y otros sólidos. El alquitrán y otros compuestos se condensan sobre los sólidos en una cámara de mezcla dispuesta con anterioridad a la superficie de enfriamiento en el reactor.

El objetivo de la presente invención consiste en eliminar las desventajas asociadas con las técnicas anteriores y dar a conocer un procedimiento para la producción de un gas sustancialmente libre de compuestos no condensables ("libre de alquitranes") por gasificación oxidante de los materiales iniciales de tipo carbonoso.

La presente invención se basa en la idea de que el gas producido en el gasificador es alimentado a una unidad depuradora (depuradora en seco) que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado y que sirve como dispositivo para la eliminación de alquitranes. En el depurador en seco, los gases establecen contacto con el material de lecho fluidizado. La temperatura interior del depurador en seco se mantiene a un nivel más bajo que la temperatura de condensación de las sustancias condensables, preferentemente y de forma aproximada a un máximo de 160ºC, en cuyo caso los compuestos de alquitrán se condensan en el depurador seco pasando al material del lecho y purificándose los gases producto. Los compuestos de alquitrán condensados en el material de lecho son devueltos con el material de lecho al gasificicador, donde son fraccionados en gases ligeros.

El aparato, según la invención, comprende un depurador en seco que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado, en el que los gases del gasificador pueden ser llevados a establecer contacto con un material sólido en forma de un lecho circulante.

De manera más precisa, el procedimiento, según la invención, se caracteriza básicamente en la parte caracterizante de la reivindicación 1.

El aparato, según la invención, se caracteriza, por su parte, en la parte caracterizadora de la reivindicación 12.

Se consiguen considerables ventajas mediante la presente invención. Así, por ejemplo, el aparato puede ser utilizado para producir un gas casi libre de alquitranes, que es adecuado para la producción tanto de calor como de electricidad (por ejemplo, plantas de potencia diesel eléctricas, plantas con caldera, conexión a una planta de potencia grande). El gas puede ser utilizado también como gas de síntesis, por ejemplo, para la preparación de metanol.

Las pruebas realizadas han demostrado que la separación de alquitranes en el depurador en seco es tan eficaz que no se pueden observar signos de contaminación por alquitrán del depurador en seco, incluso después de ciclos de gasificación de más de 30 horas. Los visores de cristal del aparato, se encuentran completamente limpios y tampoco se puede observar alquitrán sobre las superficies metálicas. Durante la gasificación de serrín, las muestras de serrín tomadas del depurador en seco se han mostrado sueltas y con facilidad de flujo. Basándose en los análisis del gas producido y un cálculo de equilibrio se puede observar que los alquitranes han sido convertidos en gases ligeros.

Se debe indicar que un combustible de alta calidad ha sido preparado a partir de una biomasa con un contenido de 80% de agua con el aparato piloto que se describe más adelante, sin utilización de energía externa. El sistema es por lo tanto utilizable asimismo para otras numerosas aplicaciones, por ejemplo, para sustituir el generador de gases calientes y secador de tambor en la industria de fabricación de aglomerados, con lo que se consiguen ahorros significativos de inversión y operativos.

La invención será explicada más adelante de forma detallada con ayuda de una descripción detallada y del dibujo adjunto. La figura muestra el diagrama de flujo del proceso de una realización preferente de la invención.

El aparato de gasificación, según la invención, está constituido por un gasificador y, enlazada con el mismo, una unidad depuradora para los compuestos de condensación, comprendiendo la unidad un depurado que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado. Preferentemente, como mínimo, el gasificador o el depurador en seco es un dispositivo que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado circulante, preferentemente ambos.

Por "dispositivo que funciona según el principio de lecho fluidizado" se comprende, en general, un dispositivo que tiene un lecho que contiene un material sólido y que se mantiene en estado fluido al dirigir hacia el mismo un material en flujo, tal como un gas.

Se comprende por "unidad de lecho fluidizado circulante" (CFB) en la presente invención un aparato de flujo de fases múltiples constituido mediante toberas de distribución de gas, un conducto vertical, un separador ciclónico y un conducto de retorno recto no controlado, de manera que una parte significativa de las partículas de lecho fluidizado se desplazan por el conducto vertical hacia el dispositivo ciclónico, desde el cual son devueltos a la sección más baja del conducto vertical.

De acuerdo con la presente invención, un material carbonoso inicial es gasificado a una temperatura por encima de 600ºC, más preferentemente, y de forma aproximada, 700-1000ºC, utilizando una cantidad de aire inferior a la estequiométrica, en cuyo caso la sustancia inicial como tal se descompone en gases. Se obtiene una mezcla de gases que contiene, como mínimo, monóxido de carbono e hidrógeno y frecuentemente asimismo dióxido de carbono. Cuando se utiliza aire para la oxidación, se encuentran también cantidades considerable de nitrógeno en la mezcla de gases. Además, puede existir un pequeño contenido de hidrocarburos ligeros, tales como metano, etano, propano y n-butano. Con respecto a su composición, el gas es adecuado, por ejemplo, como gas de síntesis para la preparación de amoníaco, metanol y combustible y, tal como se indicó anteriormente, para la producción de calor y de electricidad.

El gasificador se puede describir con las palabras "craquizador termoquímico". Se pueden utilizar como gasificador unidades de lecho fluidizado de tipo conocido. No obstante, tal como se ha indicado anteriormente, de modo preferente, se utiliza un gasificador de lecho fluidizado circulante, en cuyo caso se cree especialmente preferente una opción de aparato que tiene un conducto vertical anular y en el centro del mismo un "dipleg" cilíndrico. El aparato comprende, por ejemplo, un gasificador de flujo de fluido de lecho circulante, en el que el espacio de fluidización está constituido por un espacio anular en sección transversal entre dos cilindros o conos, uno dentro de otro, en cuyo espacio el material inicial es gasificado a elevada temperatura, posiblemente en presencia de un sólido separado. Este sólido puede tener características catalíticas.

De acuerdo con la invención, los sólidos son separados de los gases del gasificador por medio de un ciclón de entradas múltiples colocado directamente en la parte superior del conducto anular. Debido a esta estructura, el tiempo de permanencia de gasificación se puede acortar, puesto que los sólidos se pueden separar con respecto a la corriente de gas de reacción con el ciclón de entradas múltiples de manera más rápida y más efectiva que con ciclones de entrada única. Desde el ciclón, los sólidos pueden ser devueltos a través del espacio anular en sección transversal, formado por los dos cilindros o conos, uno dentro del otro, y sirviendo como conducto de retorno para los sólidos, es decir, el "dipleg", posiblemente a una sección de regenerador. Si no se utiliza un material de lecho separado, el material inicial es reciclado al conducto vertical sin regeneración.

Dado que el objetivo de gasificación no es la combustión del material carbonoso, la mezcla de gases obtenida del gasificador contiene también compuestos condensables carbonosos, que se pueden designar como alquitranes. Para la separación de estos compuestos condensables, la mezcla de gases es dirigida, de acuerdo con una realización preferente de la invención, a un depurador en seco que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado circulante, de manera que entran en contacto con el material del lecho, a efectos de condensar los compuestos condensables en los sólidos del lecho.

Mediante el término "depurador en seco" se indica en este contexto un dispositivo en el que la separación de los compuestos condensables de los gases con respecto a dichos gases se lleva a cabo por medio de un producto sólido seco o húmedo. En un depurador húmedo convencional, la depuración de gases es llevada a cabo, tal como es conocido, por medio de un líquido.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, el depurador en seco comprende un reactor de lecho fluidizado circulante, que sirve al mismo tiempo como secador del material inicial y como depurador de los gases del gasificador. En este caso, el material de lecho sólido utilizado en el depurador es un material que se puede secar, que se gasificará más adelante en el proceso, tal como biomasa y desperdicios.

En el conducto vertical del secador de lecho fluidizado existe un conducto vertical que comprende un depurador en seco que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado circulante, comprendiendo el depurador en seco un conducto vertical en el que los gases de escape del gasificador pueden establecer contacto con el material del lecho.

La temperatura interior del depurador en seco se mantiene a una temperatura más baja que la temperatura de condensación de los materiales condensables a efectos de condensar dichos compuestos en la biomasa. Cuando el gas que llega del gasificador, gas que se ha enfriado ya parcialmente (aproximadamente a 300-400ºC), y el flujo másico procedente del depurador de alquitranes se encuentran, se forman aerosoles en el momento del choque. Dentro de una cierta gama de temperaturas, los aerosoles permanecen en el depurador de alquitranes, sobre la superficie de la biomasa y circulan conjuntamente con la corriente de la masa. De esta manera, los alquitranes se encuentran, en la práctica, en una situación de equilibrio y circulan entre el depurador y el gasificador. El tiempo de permanencia de la sustancia inicial en el depurador es de varios minutos. Los gases libres de alquitranes obtenidos del depurador en seco son recuperados.

En la práctica, existe una corriente principal (materia prima) dentro del aparato y una corriente principal (gas producto) de salida. Las corrientes laterales son aire de gasificación y, posiblemente, una pequeña corriente de cenizas de salida. Existen difícilmente cenizas acumuladas en el gasificador o en el depurador. Esto depende, no obstante, del material a gasificar, es decir, cuando se gasifican cantidades grandes de compuestos inorgánicos, se hace necesaria la eliminación de polvos y cenizas. Por ejemplo, cuando se efectúa la gasificación de serrín, se pueden observar visualmente en la corriente de gases de salida algunas partículas, dependiendo la necesidad de su eliminación de la utilización prevista para los gases.

Para una aplicación según la invención, un depurador que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado circulante es preferible, por ejemplo, a una unidad de lecho fluidizado por burbujeo (BFB). Las ventajas del método CFB se basan en las ventajas de la tecnología de fluidos. La ventana o espacio operativo para la tecnología de fluidos en los métodos CFB (velocidad del gas, distribución de tamaños de partículas) es considerablemente más amplio que en un aparato del tipo de lecho fluidizado por burbujeo (BFB). En el espacio BFB, el gas adopta forma de burbujas grandes, y como consecuencia de ello la transferencia de material entre el gas y las partículas es menos satisfactoria que en un método CFB. Otra ventaja del método CFB es que las partículas que tienen una gran área superficial específica se concentran en el depurador substancialmente mejor que en el método BFB. Aparte de lo indicado anteriormente, se debe tener en cuenta que, en un depurador en seco CFB de acuerdo con la invención, puede funcionar tanto como elemento endotérmico como exotérmico, en cuyo caso, con materias primas muy húmedas, puede evaporar una cantidad considerable de agua. La flexibilidad de tecnología de fluidos de una unidad CFB es un pre-requisito esencialmente importante para la utilización a escala completa de las superficies de intercambio calorífico en el depurador con todos los tipos de materiales.

El lecho circulante utilizado en el depurador en seco es el material inicial a gasificar, en cuyo caso la biomasa húmeda es secada en el depurador en seco antes de su alimentación a la gasificación. En términos de fluidización, el material a gasificar puede contener al mismo tiempo fracciones groseras y finas, dado que una parte del material del lecho permanecerá, no obstante, en su lugar y la fracción más fina circulará junto con los gases.

La temperatura en el depurador en seco se mantiene a un valor < 160ºC, preferentemente a 80-120ºC, y especialmente preferente en una gama aproximada de 90-110ºC. El depurador de alquitranes según una realización preferente de la invención es recuperativo por su principio operativo, es decir, su temperatura es regulada por intercambio calorífico indirecto (por calentamiento o refrigeración indirectos). El depurador sirve como depurador de secado cuando, por ejemplo, se está tratando una emulsión con vapor de agua, y como depurador de refrigeración cuando se efectúa el tratamiento, por ejemplo, de serrín seco. De este modo, en general, se introduce calor en el depurador en seco si su temperatura interior desciende substancialmente por debajo de la temperatura de condensación de los gases y, respectivamente, se elimina calor del depurador en seco si su temperatura interior sube substancialmente por encima de la temperatura de condensación de los gases.

La superficie de intercambio calorífico queda situada dentro del depurador de alquitranes, de manera que se produce un intercambio calorífico más eficaz que si la superficie fuera exterior. El gas de fluidización utilizado es, por lo menos en su parte más importante, gas post-depurador. El "gas post-depurador" comprende como mínimo en parte los gases obtenidos de la gasificación, cuyos gases se combinan con la corriente de gas circulante del depurador en seco. Se produce en el depurador en seco una corriente significativa de gases circulantes de retorno, que son dirigidos a la sección más baja del depurador mediante el conducto de retorno. La función de gas circulante es la de producir condiciones de fluidización, y se pretende conseguir condiciones constantes en la corriente de gas circulante. En este caso, el depurador es controlado efectuando el control de la diferencia de temperatura.

El depurador comprende preferentemente una camisa de reactor alargada que tiene tres secciones, es decir, una sección más baja, una sección vertical y una sección superior, que tiene un ciclón para la separación de sólidos de los gases. El ciclón puede ser un ciclón convencional de entrada única o un ciclón de entradas múltiples. El ciclón tiene una cámara de separación para la separación de los sólidos con respecto a los gases, un tubo de salida de gases conectado a la cámara de separación, y un "dipleg" de sólidos conectado al conducto vertical para devolver a dicho conducto vertical los sólidos separados de los gases. El conducto vertical del depurador en seco y/o el "dipleg" del ciclón se encuentran preferentemente conectados a la conexión de alimentación de la unidad de gasificación a efectos de alimentar el material del lecho desde el depurador en seco al gasificador.

Se prevé además en el depurador un conducto de reciclado de gas, que puede ser dispuesto fuera de la camisa del reactor. La conexión de salida para el material gaseoso de salida de la unidad de gasificación se puede conectar a esta conducción de reciclado de gas.

En la sección cónica inferior, por ejemplo, del depurador existen conexiones de alimentación separadas para el material de partida a secar y, respectivamente, para el gas producto que contiene alquitranes que se debe purificar. La sección más baja tiene además conexiones de extracción, es decir, conexiones de salida, para la biomasa seca. En la parte baja se ha dispuesto una parrilla que sirve como placa de distribución para el gas circulante. La sección del conducto vertical lleva montada, dentro de la camisa del reactor, como mínimo un conducto vertical. Alrededor del conducto, existe una camisa de intercambio calorífico para proporcionar intercambio calorífico indirecto. No obstante, el conducto vertical puede tener varios tubos paralelos (por ejemplo, 2-15) a efectos de incrementar la superficie de intercambio calorífico.

El material inicial, tal como biomasa o fracciones de desperdicios, es gasificado y se hace circular sin un material de lecho separado tanto en el gasificador como en el depurador. No obstante, es posible utilizar en el lado que corresponde al gasificador un material de lecho externo o catalizador que actúa a modo de material de lecho, por ejemplo, un catalizador de craquización de lecho fluidizado. Los materiales de lecho utilizables en este caso son diferentes materiales de silicatos (arena) y materiales finos similares que resisten satisfactoriamente el calor. Las ventajas de la gasificación sin un material fluido extraño comprenden la eliminación del problema de la erosión y la reducción del consumo interno. En este caso, tampoco se forman emisiones de polvo que provocan problemas adicionales en términos de purificación de gas. Los costes de inversión y de funcionamiento se reducen, el riesgo de sinterización provocado por un material fluido extraño se elimina, de manera que se consigue una mayor concentración de coque en el gasificador y, como consecuencia, se mejora la calidad del gas.

Se pueden utilizar materiales de partida de muchos tipos como un producto de alimentación en el sistema del reactor. El factor común de estos materiales utilizados como materiales iniciales es que contienen carbón o que son carbonosos. Estos materiales se pueden dividir en dos grupos principales: biomasa y desperdicios.

Los materiales de partida de biomasa se seleccionan preferentemente entre los residuos de la industria forestal y residuos de poda; residuos agrícolas tales como paja, residuos de la poda o recogida en olivos; plantas de energía tales como "willow" y heno de usos energéticos, "Miscanthus" y turba.

Los desperdicios son preferentemente orgánicos, sólidos o líquidos, y se seleccionan entre combustible derivado de desperdicios (RDF), desperdicios de serrín, contrachapado de madera, de muebles y otros residuos de la industria forestal mecánica; materiales plásticos de desperdicio; y emulsiones de desperdicio (incluyendo efluentes industriales y urbanos).

Se incluyen entre los materiales de partida especialmente ventajosos los fragmentos de madera, virutas de madera, serrín, turba, residuos y fragmentos de manipulación de troncos, desperdicios de tipo comunitario, briquetas, paja y plantas destinadas a energía.

Entre las aplicaciones de la invención a mencionar se incluyen la gasificación de los llamados lotes de combustible del tipo llamado combustible de oportunidad ("opportunity fuel"). Entre éstos se incluyen lotes de combustibles, de los que no se puede disponer en todo momento, que contienen grandes cantidades de compuestos volátiles. Algunos ejemplos son los residuos de madera de poda, trozos de madera de desperdicio, REF, RDF, neumáticos de automóviles y otros plásticos y gomas de desperdicio, recortes de madera de la construcción, madera de demoliciones, etc. Los gases obtenidos a partir de estas substancias de partida se pueden utilizar para substituir el combustible principal, tal como carbón, del proceso principal. Cuando una planta de gasificación es conectada a una planta más grande de gas natural o de carbón, la proporción del gas producido del combustible total es típicamente reducida. En este caso, cualesquiera lotes de combustible disponibles de manera incidental pueden ser explotados con costes de explotación solamente marginales. La inversión en un convertidor turbina/generador/convertidor no resulta necesaria. El aparato de gasificación en esta aplicación sirve como un tipo de "eliminador de desperdicios" por medio del cual se pueden eliminar de manera ventajosa dichos materiales de partida. El hecho de que los gases se encuentren casi carentes de alquitranes ayuda a la transferencia de calor químico de este proceso secundario al proceso principal. También reduce los costes de mantenimiento. Las cenizas el combustible secundario permanecen, de este modo, separadas con respecto de las cenizas del combustible principal.

De acuerdo con otra realización, el gas producto es utilizado como combustible para pequeños motores de gas con encendido por chispa y como combustible adicional para motores más grandes de tipo diésel que utilizan aceites pesados. Para esta aplicación, los materiales iniciales seleccionados para el gasificador son básicamente las fracciones de biomasa basadas en madera.

La utilización del gasificador como productor de gas de síntesis resulta también posible. En este caso, la alimentación del gasificador es nuevamente biomasa basada en madera.

Los gases obtenidos del proceso y el aparato no contienen compuestos condensables (son "libres de alquitranes"), lo cual significa que no contienen cantidades substanciales de hidrocarburos que tienen, en términos de utilización de los gases, una presión de vapor saturado desfavorablemente elevada de más de 200ºC. En general, la concentración de estos compuestos en los gases es menor de 0,1% en volumen, en particular menos de 0,01% en volumen.

La invención se explicará a continuación de manera más detallada en base a la figura que se adjunta.

Los siguientes numerales de referencia se utilizan en la figura.

1.

Silo

2.

Depurador en seco

3.

Inversor

4.

Conducto de gravedad

5.

Gasificador

6.

Transportador de husillo

7.

Inversor

8.

Cámara secadora

9'.

Conexión de alimentación

9''.

Conexión de salida

10.

Placa de parrilla

11.

Ciclón de reciclado

12.

Conducto de retorno

13.

Conexión de alimentación de combustible

14.

Conexión de salida de gas producido

Desde el silo (1) el material a gasificar es alimentado al depurador en seco (2) con intermedio del conducto de gravedad (4) de manera que no puede pasar una cantidad significativa de oxígeno hacia adentro del depurador a través de los dispositivos de alimentación. El control de la alimentación del material a gasificar se lleva a cabo preferentemente por el control de la velocidad de rotación del husillo de alimentación por medio del inversor (3).

En el depurador en seco (2) el material a gasificar establece contacto con los gases impregnados de alquitrán que proceden del gasificador (5), después de lo cual los alquitranes son condensados en el material a gasificar. El equilibro de energía del depurador en seco requiere en general ser controlado por enfriamiento o calentamiento directos o indirectos a efectos de que la temperatura se mantenga dentro de la gama de valores operativos deseada (70-120ºC). Dado que el enfriamiento directo tiene varias desventajas, el conducto vertical del depurador en seco está realizado mediante una serie de tubos paralelos (8) dentro de los cuales el gas y el material a gasificar suben hacia arriba y por fuera del cual fluye un líquido o gas de calentamiento o refrigeración. Dicho espacio constituye, por lo tanto, una camisa de intercambio calorífico. La sección inferior (10) del conducto vertical es un cono continuo, que se ensancha habitualmente hacia arriba. La sección superior del depurador en seco está realizada mediante un ciclón (11) por encima de la sección de intercambio calorífico. El material a gasificar, que se separa en el ciclón, es devuelto a la sección baja del depurador en seco.

El gasificador (5) es preferentemente un reactor CFB de estructura ligera, realizado mediante acero refractario y dotado de un ciclón de entradas múltiples y un conducto de retorno simple. La temperatura de funcionamiento del gasificador es de 700-900ºC, adecuada para aceros refractarios. Especialmente si la gasificación es llevada a cabo sin un material circulante abrasivo, no se requieren pantallas de abrasión de tipo cerámico. El aire de gasificación o mezcla de gas enriquecida con oxígeno es introducida en la sección más baja del gasificador con intermedio de la placa de rejilla y el flujo de aire de gasificación es controlado de acuerdo con la temperatura del gasificador, de manera que si la temperatura tiende a aumentar por encima del límite superior, el flujo de aire se reduce y viceversa. El material a gasificar, que ha acumulado compuestos de alquitrán en el depurador en seco (2), es alimentado con intermedio de la conexión de alimentación (13) al gasificador (5), preferentemente con ayuda de un silo intermedio de reducidas dimensiones (no mostrado) y un alimentador de husillo (6). A la velocidad de rotación del husillo de alimentación (6) es controlado por medio del inversor (7). Para impedir el flujo de productos gaseosos calientes desde el gasificador al depurador en seco, una parte del aire de gasificación es dirigida a una posición entre el husillo y el gasificador.

La puesta en marcha de la planta es llevada a cabo de manera que el silo de almacenamiento (1) para el material a gasificar se encuentra lleno, se pone en marcha la soplante de gas de circulación, y se pone en marcha la alimentación del material a gasificar hacia adentro del depurador en seco. Cuando la diferencia de presión del conducto vertical del depurador en seco se encuentra en su valor de ajuste, se enciende el dispositivo de ignición de arranque del gasificador. Cuando la temperatura del gasificador ha superado el límite mínimo (aproximadamente 600ºC), la alimentación del material a gasificar hacia adentro del gasificador se pone en marcha y se reduce la potencia del dispositivo de ignición de arranque al aumentar la corriente de material a gasificar. Cuando la temperatura del gasificador se encuentra en su valor objetivo el dispositivo de ignición de arranque es desconectado y el paso al ciclo de gasificación es llevado a cabo al incrementar con rapidez la introducción del material a gasificar. El gas es retirado del gasificador (5) mediante la conexión de salida (14) y la corriente de gas es conectada a la línea de reciclado (12) del secador, es decir, la tubería de retorno, desde la cual se desplaza con intermedio de la conexión de limitación (9') hacia el secador. En el secador los gases producen el flujo deseado de gases de fluidización. La separación de sólidos y de alquitranes de los gases tiene lugar en la manera que se ha descrito anteriormente y los gases producto son retirados con intermedio de la conexión de salida siendo recuperados.

La capacidad de almacenamiento del depurador en seco (2) es suficiente para controlar, en un cambio rápido de potencia, principalmente el flujo de material a gasificar alimentado al gasificador y la corriente alimentada al depurador en seco sigue con un cierto retraso, tomando su cantidad de control de la diferencia de presión del conducto vertical del depurador en seco. La parada de la planta se lleva a cabo al interrumpir en primer lugar la alimentación de aire de gasificación al gasificador y cuando la temperatura del gasificador ha empezado a disminuir, se interrumpe la alimentación de material a gasificar. En este momento la temperatura en el depurador en seco empieza también a disminuir, después de lo cual la alimentación de material a gasificar hacia adentro del depurador en seco se puede interrumpir. Finalmente, la soplante de gas de circulación es parada y se cierran cualesquiera válvulas que puedan provocar fugas de aire.

Ejemplo

En el caso del ejemplo, se construyó un aparato de gasificación que comprendía un depurador y un gasificador conectado al mismo.

Los componentes más importantes del depurador eran los siguientes:

Ciclón: ciclón coaxial de entradas múltiples con una altura aproximada de un metro y con 16 entradas en la circunferencia del ciclón y una altura de paletas de 40 mm. El ciclón tenía una tubería central con un diámetro de 110 mm dirigida hacia arriba. El conducto de retorno tenía circulación natural, el diámetro del conducto de retorno era de 85 mm, y su altura de 2000 mm. El conducto vertical comprendía 6 tubos verticales paralelos cuyos diámetros eran de 85 mm y que estaban dispuestos dentro de un tubo envolvente con un diámetro 320 mm y una altura de 2000 mm. La altura de la sección superior del depurador era de 1000 mm y en su sección inferior la envolvente tubular era cónica y estaba dotada de conexiones y alimentaciones de salida. La rejilla de la parte baja del depurador tenía una tobera con un diámetro de 100 mm.

El gasificador de lecho fluidizado circulante era un reactor CFB con estructura de acero, sin refrigeración, capaz de ser utilizado con alimentación de aire en condiciones super y sub estequiométricas. Las partes más importantes del gasificador eran las siguientes: Un ciclón coaxil de entradas múltiples con una altura de 500 mm, 16 entradas tangenciales en la circunferencia del ciclón y una altura de la paleta de 100 mm. El ciclón tenía un tubo descendente central con un diámetro de 110 mm. El flujo de circulación se había dispuesto en forma de circulación natural en un conducto de retorno anular (d_{ul}50 mm, d_{s} 100 mm) con una altura de 1200 mm.

El diámetro externo del conducto vertical era de 300 mm y la altura de 2000 mm.

Solamente se utilizaron dos soplantes en el aparato; una de ellas se utilizó para el funcionamiento del secador y el gasificador, y la otra proporcionaba el aire requerido para transporte neumático.

Se realizaron los siguientes análisis durante los ciclos de pruebas:

Se gasificó serrín en el aparato. El contenido de humedad del serrín se determinó por pesada y secado de las muestras en un horno aproximadamente a 110ºC hasta que la altura de la muestra no cambiaba. Las muestras del gas se introdujeron en bolsas y las composiciones del gas se midieron en Neste.

En base al cálculo de equilibro, las pérdidas térmicas del gasificador fueron para ambas pasadas de 3,9 kW, y las pérdidas térmicas del secador y del conducto de circulación de gas se estimaron en un total de 2,1 kW.

Análisis de gases TABLA 1

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3

TABLA 2

2

Los resultados más esenciales de las pruebas se pueden resumir en la siguiente:

La separación de alquitranes en el depurador en seco tuvo lugar de modo muy satisfactorio. En estado permanente, los alquitranes no provocaron problemas de proceso o de tecnología del aparato. La gasificación CFB de serrín sin material de fluidización externo se realizó satisfactoriamente. El aparato puede ser utilizado para la producción a partir de biomasa, de un gas de alta calidad, libre de alquitranes, con un bajo valor calorífico, cuyo gas es técnicamente apropiado como combustible, por ejemplo, para calderas, hornos, motores de émbolo y turbinas de gas.

En los ciclos de prueba, los alquitranes no se acumularon en el depurador en seco, los sistemas de tuberías o la soplante del gas de circulación. El serrín permaneció durante todo el tiempo completamente suelto y capaz de ser fluidizado.

Claims (15)

1. Procedimiento para la gasificación de un material carbonoso, según cuyo proceso:

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se gasifica un material carbonoso (5) a elevada temperatura a efectos de producir gas,

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se separan compuestos condensables (2) de dicho gas, y

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el gas producto obtenido de este modo es recuperado,

caracterizado porque

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a efectos de separar los compuestos condensables, el gas obtenido a partir de los gasificadores es alimentado a un depurador en seco (2) que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado, en el que establece contacto con el material de lecho de dicho lecho fluidizado, manteniéndose la temperatura interior del depurador en seco en un valor de la temperatura por debajo de la temperatura de condensación de los compuestos condensables a efectos de condensar estos compuestos en el material del lecho,

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el material del lecho del depurador en seco (2) está constituido, como mínimo en parte, por el material carbonoso a gasificar y el gas de fluidización utilizado en el depurador en seco (2) es, como mínimo, en su parte más importante el gas de salida del depurador (2), reciclándose una parte del mismo a la zona baja del depurador.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material del lecho que contiene compuestos condensados es dirigido desde el depurador en seco (2) a la gasificación (5).

3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el depurador en seco (2) utilizado es un aparato que funciona de acuerdo con el principio de lecho fluidizado circulante.

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los gases obtenidos por la gasificación (5) son combinados con la corriente de gases de fluidización del depurador en seco (2).

5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el material a gasificar es secado en el depurador en seco (2) antes de ser alimentado a la gasificación (5).

6. Procedimiento, según la reivindicación 5, caracterizado porque la temperatura en el depurador en seco (2) se mantiene a una temperatura < 160ºC, preferentemente y de forma aproximada 80-120ºC.

7. Procedimiento, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la temperatura en el depurador en seco (2) es controlada por intercambio calorífico indirecto.

8. Procedimiento, según la reivindicación 7, caracterizado porque se introduce calor en el depurador en seco (2) si su temperatura interior desciende sustancialmente por debajo de la temperatura de condensación de los gases.

9. Procedimiento, según la reivindicación 7, caracterizado porque se elimina calor del depurador en seco (2) si su temperatura interior se eleva sustancialmente por encima de la temperatura de condensación de los gases.

10. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material carbonoso de partida es gasificado a una temperatura de 600-1000ºC.

11. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a partir de una biomasa a gasificar se produce una mezcla de gases que contiene como mínimo monóxido de carbono e hidrógeno.

12. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia de partida de tipo carbonoso utilizada es biomasa o desperdicios.

13. Procedimiento, según la reivindicación 10, caracterizado porque se utiliza para la producción de un gas utilizable para la producción de calor y/o electricidad, madera de poda, virutas de desperdicio de la industria de la madera, REF, RDF, plástico o goma de desperdicio, o desperdicios de lugares de construcción.

14. Procedimientos, según la reivindicación 12, caracterizado porque una biomasa basada en madera es gasificada para la producción de un gas utilizable como combustible para motores de gas con encendido por chispa y como combustible suplementario para motores diesel de aceite pesado.

15. Procedimiento, según la reivindicación 12, caracterizado porque una biomasa a base de madera es gasificada para la producción de un gas de síntesis.