ES2237262B1 - Reactor de gasificacion. - Google Patents
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Abstract
Reactor de gasificación, de los que retiene un lecho fluidizable de material en partículas en el que una corriente de combustible líquido o sólido es descompuesta térmicamente en un gas de síntesis combustible que es evacuado por la parte superior del reactor, en cenizas y en escoria, formado por una envolvente de configuración exterior esencialmente cilíndrica, que alberga una oquedad interna determinada por dos partes cilíndricas, una superior y una inferior, siendo la parte superior de mayor diámetro que la inferior y estando las dos partes unidas sin solución de continuidad por una parte intermedia troncocónica invertida, con lo que el grueso de la envolvente correspondiente a la parte inferior es siempre superior al grueso de la envolvente de la parte superior del reactor, comprendiendo dicha envolvente una o más capas interiores de material refractario, una chapa intermedia de acero inoxidable refractario, una o más capas de material aislante y una chapa exterior de un material metálico, estando provisto el reactor de un conducto que conecta el exterior del reactor con la parte cilíndrica inferior del mismo, a través del cual se inyecta agente gasificante a una velocidad superior a la velocidad de arrastre del material que forma el lecho fluidizado, pero inferior a la velocidad de arrastre de la escoria, permitiendo el paso de la escoria en sentido exterior a través del conducto y evacuándola sin producir pérdidas del material que forma el lecho, además de unos medios de soporte dispuestos sobre la superficie exterior de la envolvente, adaptados para soportar el peso del mismo y para que éste pueda quedar suspendido de dichos medios de soporte, permitiendo las dilataciones del reactor en sentido vertical y/o de unos medios de amortiguación lateral que impiden su desplazamiento horizontal.
Description
Reactor de gasificación.
La invención se refiere a un reactor de
gasificación, de los que retiene un lecho fluidizable de material en
partículas en el que una corriente de combustible líquido o sólido
es descompuesta térmicamente, por acción de un agente gasificante,
en un gas de síntesis combustible que es evacuado por la parte
superior del reactor, en cenizas y en escoria.
La gasificación consiste en la transformación
completa de un sólido o un líquido orgánico en un gas combustible,
de diferente estructura química, por reacción a elevada temperatura
de dicho material con uno o varios agentes gasificantes como pueden
ser aire, oxígeno o vapor de agua. En sus orígenes, esta tecnología
se empezó a utilizar para aprovechar energéticamente combustibles
de origen fósil como el carbón.
Recientemente, en el campo del tratamiento de los
residuos y la valorización de subproductos, se han realizado
numerosos esfuerzos de investigación y desarrollo, y trabajos
prácticos, conducentes a implantar la tecnología de la gasificación
como alternativa a la incineración de residuos, ya que la
gasificación, desde el punto de vista energético y contaminante,
mejora la eficiencia de los medios de valorización de residuos más
convencionales.
El material a gasificar en un proceso de
gasificación, debe ser pretratado para que cumpla una serie de
especificaciones en términos de densidad, de humedad, de tamaño y
de forma de partícula, previa introducción al reactor de
gasificación, en el cual, bajo la acción directa de aire, aire
enriquecido u oxígeno, con la adición o no de vapor de agua, el
material a gasificar se somete a una oxidación parcial,
descomponiéndose y dando lugar a una corriente gaseosa.
En los gasificadores de lecho fluidizado, los
reactores están provistos de una parte inferior, o fondo, con una
parrilla sobre la que se sustenta un lecho de partículas
fluidizable que retiene el calor. El lecho es fluidizado por una
corriente de un agente gasificante alimentada a través de unas
toberas dispuestas en la parrilla, estando habitualmente la parte
inferior del reactor provista además de una entrada para las
partículas del material a gasificar.
En estos reactores, se recupera y se evacua el
gas combustible resultante por la parte superior del reactor. El
gas combustible resultante incorpora prácticamente todo el poder
calorífico de que constaba el material a gasificar, de modo que,
tras un proceso posterior de acondicionamiento puede utilizarse para
la producción de calor, electricidad, o como materia prima para la
fabricación de productos químicos.
Un ejemplo de realización de un reactor de
gasificación se describe en el documento de patente español P
9901218, que describe un reactor de gasificación que consta de una
parte cilíndrica superior y una parte cilíndrica inferior, de menor
diámetro, mayor altura y coaxial respecto a la parte superior,
unidas sin solución de continuidad por una parte intermedia
troncocónica invertida, la envolvente exterior del cual es de chapa
de acero.
Otro ejemplo de realización se describe en el
documento de patente EP 0780459, que presenta un reactor de lecho
fluidizado en forma de cilindro pero en el que la mayor parte del
lecho se encuentra en la parte inferior del reactor, que tiene la
forma de un tronco de cono.
Los reactores de gasificación conocidos adolecen
en mayor o menor medida de algunos inconvenientes. En primer lugar,
los reactores se encuentran anclados o sujetos por su parte
inferior al suelo y forman un núcleo compacto, de manera que es
difícil acceder a su interior para acometer labores de reparación o
mantenimiento. El operario encargado de la operación, tan sólo puede
acceder al interior a través de la parte superior del reactor,
suspendido por un arnés y con un equipo de seguridad.
Por otro lado, las diversas capas que conforman
la pared del gasificador están sometidas a importantes
solicitaciones de tipo mecánico y térmico. Esto supone que el
reactor se vea sujeto a variaciones dimensionales que dificultan el
correcto funcionamiento del reactor, obligan a numerosos paros por
mantenimiento y hacen que su rendimiento y su vida útil disminuyan.
Además, los hormigones que constituyen normalmente la capa
refractaria de los reactores de gasificación actuales, presentan
problemas de contracción durante la puesta en funcionamiento del
reactor. Naturalmente, estos cambios dimensionales repercuten en las
propiedades mecánicas y en la estabilidad del propio reactor.
Por último los sistemas de extracción de cenizas
y escorias presentan problemas para operar en continuo debido a las
condiciones de elevada presión y temperaturas existentes en el
interior del reactor. De especial importancia resulta la extracción
de la escoria o materiales pesados resultantes del proceso de
gasificación, ya que dichos materiales pueden fundir por efecto del
calor provocando el taponamiento y el mal funcionamiento de las
válvulas de salida, instaladas en la base del reactor, impidiendo
su correcta extracción en continuo.
La acumulación de escoria conlleva un aumento de
la pérdida de carga en el fondo del reactor, lo que hace necesaria
su extracción. Para poder realizar la extracción es necesario el
paro de la instalación, con la consiguiente disminución de la
producción de gas.
El reactor de gasificación que a continuación se
presenta, permite solucionar los inconvenientes anteriormente
citados. El reactor objeto de la invención es de los que retiene un
lecho fluidizable de material en partículas en el que una corriente
de combustible líquido o sólido es descompuesta térmicamente, por
acción de un agente gasificante introducido en el reactor a través
de una parrilla colocada en el fondo del mismo, en un gas de
síntesis combustible que es evacuado por la parte superior del
reactor, en cenizas y en escoria.
En su esencia, el reactor de caracteriza porque
está formado por una envolvente de configuración exterior
esencialmente cilíndrica, que alberga una oquedad interna
determinada por dos partes cilíndricas, una superior y una inferior,
siendo la parte superior de mayor diámetro que la inferior y
estando las dos partes unidas sin solución de continuidad por una
parte intermedia troncocónica invertida, con lo que el grueso de la
envolvente correspondiente a la parte inferior es siempre superior
al grueso de la envolvente de la parte superior del reactor,
estando además dicha envolvente constituida por una o más capas
interiores de material refractario, una chapa intermedia de acero
inoxidable refractario, una o más capas de material aislante y una
chapa exterior de material metálico.
En una realización preferida, el reactor está
provisto de un conducto para la extracción de la escoria, que
conecta el exterior del reactor con la parte cilíndrica inferior
del mismo, a través del cual se inyecta agente gasificante a una
velocidad superior a la velocidad de arrastre del material que
forma el lecho fluidizado, pero inferior a la velocidad de arrastre
de la escoria, permitiendo el paso de la escoria en sentido
exterior a través del conducto y evacuándola sin producir pérdidas
del material que forma el lecho.
Según otra característica, el reactor está
provisto de unos medios de soporte, dispuestos sobre la superficie
exterior de la envolvente, adaptados para soportar el peso del
mismo, de modo que el reactor se suspende de dichos medios de
soporte, permitiéndose las dilataciones del reactor en sentido
vertical, y/o de unos medios de amortiguación lateral que impiden
su desplazamiento horizontal.
Según otra característica del reactor, la
parrilla a través de la cual se introduce el agente gasificante
está soportada por una envolvente de material metálico, apoyada
sobre la superficie interior de la base del reactor.
En una realización preferida, la base del reactor
es separable del resto de la envolvente del reactor, al que está
unido por unos medios de acoplamiento que permiten su fijación
amoviblemente.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de
ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido del reactor
de gasificación objeto de la invención. En dichos dibujos:
la Fig. 1, es una vista en alzado y en sección de
un modo de realización del reactor de gasificación; y
la Fig. 2, es una vista en detalle y en sección,
de la base del reactor de la Fig. 1.
El reactor 1 de gasificación de la Fig.1, está
formado por una envolvente 4 que tiene forma exterior esencialmente
cilíndrica, que alberga una oquedad interna que determina dos
partes 5, 6. Las dos partes 5, 6 son cilíndricas y la parte superior
5 es de diámetro mayor que la parte inferior 6, ambas unidas sin
solución de continuidad por un tramo intermedio troncocónico
invertido.
La envolvente 4 presenta, por lo tanto, un grueso
mayor en la parte correspondiente a la parte 6, inferior, de la
oquedad interna. Tal disposición presenta algunas ventajas respecto
a los reactores existentes, como son una mayor sencillez de
construcción, una disminución en las vibraciones del reactor y un
aumento de la resistencia frente a esfuerzos mecánicos. El grueso
mayor de la envolvente 4 se localiza en la zona del reactor donde
el movimiento de las partículas formantes del lecho 2, al impactar
contra las paredes internas, originan vibraciones en el reactor y
erosionan la envolvente.
Además, la concentración del peso en la parte
inferior del reactor, permite bajar el centro de gravedad del
mismo, con lo que se reducen las vibraciones durante el
funcionamiento del reactor si éste está suspendido por los soportes
9.
En la zona cilíndrica inferior, correspondiente a
la parte inferior 6 de la oquedad interna, el reactor 1 está
provisto de una entrada del material a gasificar 21, de al menos
una entrada para reinyección de los alquitranes recuperados 11 en el
proceso posterior de acondicionamiento del gas combustible, de dos
entradas para la introducción del material constituyente del lecho
o de los catalizadores aportados a la reacción 12, 13 y de varias
entradas que permiten la aportación de aire secundario 14.
Preferentemente, la altura de la parte cilíndrica
superior 5 del reactor de gasificación 1, es el doble de la
distancia vertical entre el conducto 15 de salida del gas de
síntesis y la base inferior de la parte cilíndrica superior 5, y los
radios respectivos de las distintas partes cilíndricas, verifican
la relación R=r\cdot2^{^{1}/_{2}}, siendo R el radio interior de
la parte cilíndrica superior 5 y r el radio interior de la parte
cilíndrica inferior 6.
La envolvente 4 del reactor está preferentemente
constituida, de dentro a fuera, por una o más capas de ladrillos de
material refractario dispuestos al tresbolillo, una chapa de acero
inoxidable refractario que actúa como escudo para los sólidos
contenidos en el lecho, una o más capas de ladrillo con hormigón
vibrado, una o más capas de ladrillo aislante y una chapa exterior
de acero al carbono.
La interposición de una capa de material
metálico, como el acero inoxidable refractario, en la envolvente,
disminuye la probabilidad de que las partículas formantes del lecho
2, o de los sólidos encerrados en el reactor 1, atraviesen las
capas interiores de la envolvente y provoquen la aparición de puntos
calientes sobre la superficie exterior de la envolvente del
reactor.
La Fig. 2 muestra, en detalle, la base 3, o
fondo, del reactor 1. Tal y como puede observarse en dicha figura,
a diferencia de los reactores conocidos, la parrilla 18 a través de
la cual se introduce el agente gasificante en la parte cilíndrica
inferior 6 del reactor, está soportada por una envolvente 19 de
material metálico, preferentemente de acero, que se apoya sobre la
superficie interior de la base 3 del reactor.
En los sistemas conocidos, la parrilla está
sujeta a las paredes del reactor, produciéndose deformaciones no
deseadas al dilatarse por efecto de la temperatura y estar sus
extremos fijos a las paredes del reactor.
Con la disposición de la parrilla sobre la
envolvente 19, se consigue disminuir en gran medida este problema,
puesto que los extremos de la parrilla no están fijos sino que son
solidarios de un soporte que absorbe las variaciones dimensionales
que se puedan producir por efecto de la temperatura.
Para aumentar más si cabe el comportamiento de
una disposición como la de la Fig.2, la base 3 del reactor puede
comprender fibra aislante, que absorbería las dilataciones que
pueda sufrir la envolvente, de modo que no se sufrirían esfuerzos
de tipo mecánico en la parrilla 18 por efecto de la dilatación de
los materiales que la componen.
Naturalmente, la envolvente 19 está adaptada para
dejar paso al agente gasificante que se introduce en el reactor a
través del conducto 17, que atraviesa la base 3 del reactor.
La densidad de las toberas difusoras 20
dispuestas en la parrilla es aproximadamente de unas 15 toberas por
metro cuadrado, y el espacio libre de la parrilla 18 que queda
entre las toberas puede ser cubierto por hormigón refractario.
Para extraer del reactor 1 los productos
derivados de la reacción no aprovechables y pesados, denominados
escoria, el reactor 1 está provisto de un conducto 8, que conecta
el exterior del reactor 1 con la parte cilíndrica inferior 6 del
mismo, a través del cual se introduce una vena de fluido de agente
gasificante en el reactor a una velocidad suficiente para arrastrar
las partículas del lecho 2 pero insuficiente para arrastrar la
escoria, de manera que ésta se introduce en el conducto 8 a través
de la boca de salida 7 y es extraída del reactor.
El reactor 1 está provisto además, de unos
soportes 9 dispuestos sobre la superficie de la envolvente 4 a una
altura que se corresponde con la parte superior cilíndrica 5 de la
oquedad del reactor. Los soportes 9 están adaptados para soportar
el peso del reactor, de manera que éste es susceptible de ser
suspendido por los soportes 9, permitiendo así que el reactor 1
dilate en sentido vertical.
Para disminuir más las vibraciones que se puedan
producir, se puede disponer además de unos medios amortiguadores
laterales, tales como unos topes amortiguados de retención lateral
por debajo de los soportes 9 o de un anclaje en forma de anillo que
abrace la envolvente.
La base 3 del reactor de las Figs. 1 y 2, está
unida a la envolvente 4 del reactor mediante unos medios de
fijación 10. Al estar suspendido el reactor de los soportes, la
base 3 del reactor puede separarse de la envolvente 4, con lo que se
facilita en gran medida el acceso al interior de la zona baja del
reactor, pudiéndose realizar operaciones de mantenimiento o
reparaciones varias.
En el caso de las Figs., tanto la base 3 del
reactor como el extremo circular inferior de la envolvente están
provistos de unas bridas, que permiten el acoplamiento de la base 3
y la envolvente 4 del reactor. Naturalmente los medios de fijación
utilizados pueden ser de otro tipo siempre y cuando éstos resulten
fácilmente removibles o que permitan desacoplar la base 3 de la
envolvente 4 de forma rápida y sencilla.
Claims (5)
1. Reactor (1) de gasificación, de los que
retiene un lecho (2) fluidizable de material en partículas en el
que una corriente de combustible líquido o sólido es descompuesta
térmicamente, por acción de un agente gasificante introducido en el
reactor a través de una parrilla (18), colocada en el fondo del
mismo, en un gas de síntesis combustible que es evacuado por la
parte superior del reactor, en cenizas y en escoria,
caracterizado porque está formado por una envolvente (4) de
configuración exterior esencialmente cilíndrica, que alberga una
oquedad interna determinada por dos partes cilíndricas, una superior
(5) y una inferior (6), siendo la parte superior (5) de mayor
diámetro que la inferior y estando las dos partes unidas sin
solución de continuidad por una parte intermedia troncocónica
invertida, con lo que el grueso de la envolvente correspondiente a
la parte inferior es siempre superior al grueso de la envolvente de
la parte superior del reactor, comprendiendo dicha envolvente una o
más capas interiores de material refractario, una chapa intermedia
de acero inoxidable refractario, una o más capas de material
aislante y una chapa exterior de un material metálico.
2. Reactor (1) según la reivindicación 1,
caracterizado porque está provisto de un conducto (8), que
conecta el exterior del reactor con la parte cilíndrica inferior
(6) del mismo, a través del cual se inyecta agente gasificante a una
velocidad superior a la velocidad de arrastre del material que
forma el lecho (2) fluidizado, pero inferior a la velocidad de
arrastre de la escoria, permitiendo el paso de la escoria en
sentido exterior a través del conducto y evacuándola sin producir
pérdidas del material que forma el lecho.
3. Reactor (1) según las reivindicaciones 1 o 2,
caracterizado porque está provisto de unos medios de soporte
(9) dispuestos sobre la superficie exterior de la envolvente (4),
adaptados para soportar el peso del mismo y para que éste pueda
quedar suspendido de dichos medios de soporte (9), permitiendo las
dilataciones del reactor en sentido vertical y/o de unos medios de
amortiguación lateral que impiden su desplazamiento horizontal.
4. Reactor (1) según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la parrilla (18) a través
de la cual se introduce el agente gasificante está soportada por
una envolvente de material metálico (19), apoyada sobre la
superficie interior de la base (3) del reactor.
5. Reactor (1) según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la base (3) del reactor es
separable del resto de la envolvente (4) del reactor, al que está
unido por unos medios de acoplamiento (10) que permiten su fijación
amoviblemente.
Priority Applications (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20050716 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2237262B1 Country of ref document: ES |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180808 |