ES2250941T3 - Hornos de gasificiacion de lecho fijo y procedimiento para gasificar residuos organicos. - Google Patents
Hornos de gasificiacion de lecho fijo y procedimiento para gasificar residuos organicos.Info
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Abstract
Horno (501) de gasificación de lecho fijo en el que el residuo orgánico cargado en él se gasifica con un agente de gasificación suministrado al mismo, comprendiendo el horno: dos secciones internas: un compartimento A (505) en el que se alimenta el material de partida y en el que los compuestos volátiles presentes en él se pirolizan y gasifican predominantemente, y un compartimento B (506) en el que el residuo que consiste en gran parte en el carbono fijo que queda después de que la mayor parte de los compuestos volátiles se han pirolizado y gasificado se introduce y se quema o se gasifica; medios (515, 516) para detectar la temperatura interna del compartimento A (505) y controlar la velocidad de alimentación del agente de gasificación suministrado al compartimento A en respuesta al valor medido en el mismo; medios (513, 516) para detectar la altura de la capa de residuo orgánico en el compartimento A (505) y controlar la velocidad de alimentación del agente de gasificación suministrado alcompartimento B en respuesta al valor medido en el mismo; y medios (514, 516) para detectar la altura de la capa de residuo en el compartimento B y controlar la cantidad de residuo introducido del compartimento A en el compartimento B en respuesta al valor medido en los mismos.
Description
Hornos de gasificación de lecho fijo y
procedimientos para gasificar residuos orgánicos.
La presente invención se refiere generalmente a
la combustión de residuos orgánicos y, más específicamente, a
hornos de gasificación de lecho fijo para gasificar residuos
orgánicos tales como neumáticos de desguace o plásticos residuales,
y a procedimientos para gasificar dichos residuos orgánicos
utilizando dichos hornos.
Convencionalmente, se han incinerado directamente
los residuos orgánicos tales como los neumáticos de desguace y los
plásticos residuales sólo con el propósito de generar vapor por
medio de un intercambiador de calor y utilizar el vapor como fuente
de calor. De este modo, prácticamente no se han utilizado tales
residuos orgánicos como componente o recurso para otros
productos.
Cuando se toman los neumáticos de desguace como
ejemplo de residuo orgánico, éstos están compuestos de
50-60% de compuestos volátiles, 20-30% de carbono fijo, y 10-15% de materia inorgánica tales como acero y ceniza, tal como se muestra en la tabla 1. Ya que los neumáticos de desguace incluyen hilos de acero, es difícil triturarlos en trozos pequeños. En consecuencia, ha sido una práctica convencional quemar los neumáticos de desguace enteros en un cargador metálico u horno de secado o triturar los neumáticos de desguace en cubos de aproximadamente 10 cm y quemarlos en un cargador metálico u horno de secado. Sin embargo, estos procedimientos de combustión implican los siguientes problemas:
50-60% de compuestos volátiles, 20-30% de carbono fijo, y 10-15% de materia inorgánica tales como acero y ceniza, tal como se muestra en la tabla 1. Ya que los neumáticos de desguace incluyen hilos de acero, es difícil triturarlos en trozos pequeños. En consecuencia, ha sido una práctica convencional quemar los neumáticos de desguace enteros en un cargador metálico u horno de secado o triturar los neumáticos de desguace en cubos de aproximadamente 10 cm y quemarlos en un cargador metálico u horno de secado. Sin embargo, estos procedimientos de combustión implican los siguientes problemas:
(1) Si se queman neumáticos de desguace con la
ayuda de aire, se descomponen los compuestos volátiles presentes en
los mismos y arden rápidamente. Como resultado, se alcanza
localmente una temperatura alta de 1.500ºC o más, que tiende a
producir daños al horno. Por otra parte, se producen grandes
cantidades de hollín y alquitrán a partir de la llama, lo que
requiere tratamiento posterior.
(2) El carbono fijo que queda tras la
evaporación de los compuestos volátiles tiene una velocidad de
combustión baja tal que puede formar un residuo en mezcla con la
materia inorgánica. No es fácil deshacerse de este residuo.
(3) Por otro lado, si se queman los neumáticos de
desguace con una mezcla gaseosa de aire y gas de escape de
combustión, se palia el problema descrito en el párrafo (1)
anterior. Sin embargo, se agrava el problema descrito en el párrafo
(2) anterior debido a un aumento en el carbono fijo residual. De
este modo, es imposible presentar una solución global.
Por estos motivos, es difícil deshacerse de
residuos orgánicos tales como los neumáticos de desguace. En el
estado actual de la técnica, ha sido imposible recuperar recursos
de tal residuo.
\vskip1.000000\baselineskip
| Composición de los neumáticos | ||
| Componentes | Contenido (%) | |
| Compuestos volátiles | Caucho crudo | 40-50 |
| Aceite | 5-10 | |
| Carbono fijo | 20-30 | |
| Acero y ceniza | 10-15 |
\vskip1.000000\baselineskip
Con respecto a la presente invención, se ilustra
en la figura 4 un ejemplo de un horno de gasificación de lecho fijo
convencional para gasificar residuos orgánicos tales como los
neumáticos de desguace y plásticos residuales. En el horno 201 de
gasificación de lecho fijo de la figura 4, los compuestos volátiles
presentes en el residuo orgánico 206 alimentado desde arriba se
pirolizan y gasifican mediante el calor desprendido como resultado
de la combustión parcial del carbono fijo presente en el residuo
subyacente, produciendo de este modo un residuo 207 que consiste en
gran parte en carbono fijo. El carbono fijo presente en el residuo
207 se quema y gasifica parcialmente con un agente 211 de
gasificación que es una mezcla de un gas que contiene oxígeno y
vapor y que se suministra a un espacio debajo de una placa 204
perforada a través de una válvula 212, y el carbono fijo sirve para
suministrar el calor requerido para pirolizar los compuestos
volátiles. El gas producido por la pirólisis y gasificación de
compuestos volátiles y el gas producido por la gasificación del
carbono fijo se mezclan y se retiran como un gas 210 de residuo
orgánico gasificado. Las reacciones que tienen lugar durante este
proceso se representan mediante las siguientes ecuaciones (1),
(2)
y (3).
y (3).
(1)C + O_{2}
\rightarrow CO + CO_{2} + Q_{1}
(exotérmica)
(Suministro del calor de la
reacción mediante la combustión y gasificación parcial de carbono
fijo)
(2)C + H_{2}O
\rightarrow CO + H_{2} - Q_{3}
(endotérmica)
(Gasificación mediante la reacción
de carbono fijo con
vapor)
(3)C_{n}H_{m} \rightarrow
C_{n1}H_{m1} - Q_{2}
(endotérmica)
(n > n1, m >
m1)
Si la temperatura de pirólisis de los compuestos
volátiles es alta (por ejemplo, 700ºC o más), los enlaces
C-C se rompen ampliamente, de manera que se produce
un gas hidrocarbonado de bajo peso molecular que consiste en
componentes de bajo peso molecular tales como metano (CH_{4}),
etano (C_{2}H_{6}) y etileno (C_{2}H_{4}) en altas
proporciones. Por otro lado, si la temperatura de pirólisis es baja
(por ejemplo 500-700ºC), se produce un gas
hidrocarbonado de elevado peso molecular que contiene compuestos
aromáticos tales como benceno (C_{6}H_{6}), tolueno
(C_{7}H_{8}) y naftaleno (C_{10}H_{8}). Se muestra esta
situación esquemáticamente en la figura 5.
Cuando se utiliza un gas obtenido por la
gasificación de residuos orgánicos como material de partida para la
formación de negro de carbón, se introduce el gas producido en el
horno de gasificación en un horno de combustión para la formación
negro de carbón, y se quema en un ambiente bajo en oxígeno para
formar negro de carbón. Durante este proceso, se quema
predominantemente un gas que consiste en componentes de bajo peso
molecular mediante la reacción con oxígeno, creando un campo de
alta temperatura. En este campo de alta temperatura, un gas
hidrocarbonato de elevado peso molecular experimenta
deshidrogenación y policondensación repetidamente y de ese modo
crece para formar negro de carbón. Esto es, para aumentar el
rendimiento del negro de carbón, es preferible aumentar el
contenido de componentes de elevado peso molecular, tales como
naftaleno (C_{10}H_{8}) y antraceno (C_{14}H_{10}), en el
gas obtenido mediante la gasificación de residuos orgánicos. Con
este fin, es preferible llevar a cabo la pirólisis de compuestos
volátiles a una temperatura de 500-700ºC.
Si la temperatura de pirólisis es mayor que
700ºC, los enlaces C-C presentes en los compuestos
volátiles se romperán ampliamente para producir hidrocarburos de
bajo peso molecular, tales como metano (CH_{4}), etano
(C_{2}H_{6}) y etileno (C_{2}H_{4}). Si es menor que 500ºC,
la pirólisis no continuará satisfactoriamente.
Normalmente, la cantidad de calor requerido para
pirolizar y gasificar compuestos volátiles a un temperatura de
500-700ºC será sólo aproximadamente
5-10 de la cantidad total del calor que posee el
residuo orgánico. Cuando el contenido de carbono fijo en los
residuos orgánicos es alto (por ejemplo, el 20%), la combustión de
todo el carbono fijo desprenderá una cantidad excesiva de
calor.
De este modo, cuando se desea producir un gas
hidrocarbonado de elevado peso molecular a partir de compuestos
volátiles en la gasificación de residuos orgánicos, surgen los
siguientes problemas. Éstos hacen que sea difícil controlar la
temperatura de pirólisis de los compuestos volátiles de manera que
permanezcan en un intervalo apropiado.
(1) Si se reduce la velocidad de alimentación de
oxígeno para disminuir la cantidad de carbono fijo que experimenta
combustión parcial (es decir, el calor de combustión, Q_{1}, de
carbono fijo) y de ese modo baja la temperatura de pirólisis, queda
un residuo que contiene carbono fijo. No es fácil deshacerse de
este residuo.
(2) Por el contrario, si se quema parcialmente
carbono fijo a una velocidad de alimentación de oxígeno
suficientemente alta para no dejar carbono fijo residual, se
aumenta el calor de combustión para elevar la temperatura de
pirólisis. Como resultado, no se puede obtener un gas hidrocarbonado
de elevado peso molecular.
(3) La temperatura de reacción puede bajarse
mediante la adición de vapor al agente gasificante. Sin embargo, si
se eleva la velocidad de alimentación de vapor para aumentar la
cantidad de calor (Q_{3}) absorbido por la reacción de carbono
fijo con vapor, el carbono fijo y el vapor sin reaccionar reaccionan
con el gas hidrocarbonado de elevado peso molecular producido por
la pirólisis de compuestos volátiles, dando como resultado la
formación de hidrocarburos de bajo peso molecular.
(4)C_{n1}H_{m1}+ H_{2}O
\rightarrow C_{n2}H_{m2} + CO + H_{2} -
Q_{4}
(n1 > n2, m1 >
m2)
Adicionalmente, como se ha apuntado con
anterioridad, se requiere un control de temperatura apropiado para
obtener gas que presente una composición adecuada para su
utilización como material de partida para la producción de negro de
carbón. En hornos de gasificación de lecho fijo convencionales, la
velocidad de alimentación de todo el agente gasificante se controla
normalmente en respuesta a la altura de la capa de residuo orgánico
dentro del horno y esto supone los siguientes problemas.
Si varía la velocidad de alimentación de residuo
orgánico, el cambio resultante en la velocidad de alimentación del
agente de gasificación se retrasa debido al lapso de tiempo del
cambio en la altura de la capa de residuo orgánico. Esto hace que
la relación agente gasificante/residuo orgánico se desequilibre.
Como resultado, el suministro de calor mediante la combustión y
gasificación parcial de carbono fijo según las ecuaciones
anteriores (1) y (2) también se vuelve desequilibrada, de tal
manera que la temperatura interna del horno de gasificación puede
fluctuar. De este modo, la temperatura de pirólisis de los
compuestos volátiles dependiendo de la ecuación (3) puede fluctuar
para apartarse de su intervalo apropiado. Esto es, si la velocidad
de alimentación de residuos orgánicos disminuye, la relación agente
gasificante/residuos orgánicos se vuelve temporalmente demasiado
alta, dando como resultado un aumento de la temperatura de
pirólisis. Por el contrario, si la velocidad de alimentación de
residuo orgánico aumenta, la relación agente gasificante/residuos
orgánicos se vuelve temporalmente demasiado baja, dando como
resultado una reducción en la temperatura de pirólisis. Por
consiguiente, se fluctúan las propiedades del gas de residuos
orgánicos gasificados resultante, provocando un funcionamiento
inestable del proceso subsiguiente (tal como el proceso de
producción de negro de carbón) utilizando ese gas.
Además, con el fin de moderar la temperatura de
pirólisis de los compuestos volátiles, es necesario moderar la
temperatura de combustión/gasificación parcial del carbono fijo.
Puesto que la velocidad de reacción del carbono fijo se reduce de
ese modo, la capa de residuo orgánico se vuelve espesa, requiriendo
un horno de gasificación de lecho fijo de gran tamaño.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un horno de gasificación de lecho fijo que pueda
reducir las fluctuaciones en la temperatura interna del horno y de
ese modo mantener una temperatura de pirólisis estable, así como un
procedimiento para gasificar residuos orgánicos mediante el uso de
dicho horno.
Según la presente invención, se proporcionan:
(1) un horno de gasificación de lecho fijo en el
que el residuo orgánico cargado en él se gasifica con un agente de
gasificación suministrado en el mismo, comprendiendo dicho
horno:
dos secciones internas divididas: un
compartimento A en el que se alimenta el material de partida y en el
que los compuestos volátiles presentes en él se pirolizan y
gasifican predominantemente, y un compartimento B en el que el
residuo que consiste en gran parte en el carbono fijo que queda
después de que la mayor parte de los compuestos volátiles se han
pirolizado y gasificado se introduce y se quema o se gasifica;
medios para detectar la temperatura interna del
compartimento A y controlar la velocidad de alimentación del agente
de gasificación suministrado al compartimento A en respuesta al
valor medido en los mismos;
medios para detectar la altura de la capa de
residuo orgánico en el compartimento A y controlar la velocidad de
alimentación del agente de gasificación suministrado al
compartimento B en respuesta al valor medido en
\hbox{los
mismos; y}
medios para detectar la altura de la capa de
residuo en el compartimento B y controlar la cantidad de residuo
introducido del compartimento A en el compartimento B en respuesta
al valor medido en los mismos; y
(2) un procedimiento para gasificar residuos
orgánicos mediante la carga del residuo orgánico en un horno de
gasificación de lecho fijo y gasificar el residuo orgánico con un
agente de gasificación suministrado al horno, comprendiendo dicho
procedimiento las etapas siguientes: utilizar un horno de
gasificación de lecho fijo que comprende dos secciones internas
divididas: un compartimento A en el que se alimenta el material de
partida y en el que los compuestos volátiles presentes en él se
pirolizan y gasifican predominantemente, y un compartimento B en el
que el residuo que consiste en gran parte en el carbono fijo que
queda después de que la mayor parte de los compuestos volátiles se
han pirolizado y gasificado, se introduce y se quema o se gasifica;
detectar la temperatura interna del compartimento A; controlar la
velocidad de alimentación del agente de gasificación suministrado al
compartimento A en respuesta al valor medido en el mismo; detectar
la altura de la capa de residuo orgánico en el compartimento A;
controlar la velocidad de alimentación del agente de gasificación
suministrado al compartimento B en respuesta al valor medido en los
mismos; detectar la altura de la capa de residuo en el
compartimento B; y controlar la cantidad de residuo introducido del
compartimento A al compartimento B en respuesta al valor medido en
los mismos, para llevar a cabo la gasificación del residuo
orgánico.
El espacio interno del horno de gasificación de
lecho fijo de esta invención se divide en un compartimento A en el
que se alimenta el material de partida y en el que los compuestos
volátiles presentes en él se pirolizan y gasifican
predominantemente, y un compartimento B en el que el residuo que
consiste en gran parte en el carbono fijo que queda después de que
la mayor parte de los compuestos volátiles se han pirolizado y
gasificado se introduce y se quema o se gasifica. El residuo
orgánico utilizado como el material de partida se carga en el
compartimento A y se calienta hasta 500-700ºC
mediante un gas producido en la parte baja del mismo como resultado
de la combustión o gasificación del residuo que consiste en gran
parte en carbono fijo mediante la reacción con el agente de
gasificación suministrado, de manera que la mayor parte de los
compuestos volátiles presentes en el residuo orgánico se pirolizan y
gasifican. Después de que se han retirado la mayor parte de los
compuestos volátiles mediante pirólisis y gasificación, el residuo
resultante que consiste en gran parte en carbono fijo se desplaza
al compartimento B que comunica con el compartimento A en la parte
inferior del horno de gasificación, y se quema o gasifica a
1000-1500ºC con un agente de gasificación
suministrado. El gas que sale del compartimento A, que consiste en
gran parte en un gas producido por la pirólisis y gasificación de
compuestos volátiles, y el gas que sale del compartimento B, que
consiste en gran parte en un gas producido por la combustión o
gasificación de residuo, se mezclan en la parte superior del horno
de gasificación y se retira como un gas de residuos orgánicos
gasificados.
Como los agentes gasificantes suministrados a los
compartimentos A y B, puede utilizarse un gas que contenga oxígeno,
tal como el aire, oxígeno o aire enriquecido en oxígeno, y/o vapor.
Normalmente, es preferible suministrar un gas que contenga oxígeno
al compartimento A y una mezcla gaseosa de un gas que contenga
oxígeno y vapor al compartimento B.
En el horno de gasificación de la presente
invención, se puede llevar a cabo la gasificación a un intervalo de
temperatura apropiado mediante el control de las velocidades de
alimentación de los agentes gasificantes suministrados a los
compartimentos A y B y la cantidad de residuo introducido desde el
compartimento A en el compartimento B. Específicamente, durante el
funcionamiento del horno de gasificación, se detecta la temperatura
interna del compartimento A y se utiliza para controlar la
velocidad de alimentación del agente gasificante suministrado al
compartimento A en respuesta al valor medido en el mismo, se detecta
la altura de la capa de residuo orgánico en el compartimento A y se
utiliza para controlar de la velocidad de alimentación del agente
gasificante suministrado al compartimento B en respuesta al valor
medido en el mismo, y se detecta la altura de la capa de residuo
orgánico en el compartimento B y se utiliza para controlar la
cantidad de residuo introducido desde el compartimento A en el
compartimento B en respuesta al valor medido en el mismo.
Si la velocidad de alimentación del residuo
orgánico al horno de gasificación disminuye, se reduce la altura de
la capa de residuo orgánico en el compartimento A y la relación
oxígeno/residuo orgánico se vuelve temporalmente demasiado alta,
dando como resultado un aumento de la temperatura de
pirólisis/gasificación. En consecuencia, se mide constantemente la
temperatura interna del compartimento A, y se disminuye la
velocidad de alimentación del agente gasificante suministrado al
compartimento A en respuesta al aumento en la temperatura interna
del mismo, de manera que se suprima el aumento de temperatura.
Si la velocidad de alimentación del agente
gasificante suministrado al compartimento A disminuye, se eleva la
capa de residuo orgánico. Entonces, se aumenta la velocidad de
gasificación del residuo que consiste en gran parte en carbono fijo
mediante el aumento de la velocidad de alimentación del agente
gasificante suministrado al compartimento B, de manera que se reduce
la altura del residuo en el compartimento B. En consecuencia, se
puede reducir la altura de la capa de residuo orgánico en el
compartimento A mediante el aumento de la velocidad de movimiento
del residuo desde el compartimento A al compartimento B. Tan pronto
como la capa de residuo orgánico se ha vuelto suficientemente baja
en el compartimento A, se disminuye la velocidad de alimentación
del agente gasificante suministrado al compartimento B. De esta
manera, se puede alcanzar finalmente un funcionamiento estable.
Por otro lado, si aumenta la velocidad de
alimentación del residuo orgánico al horno de gasificación, se
aumenta la altura de la capa de residuo orgánico en el
compartimento A y la relación oxígeno/residuo orgánico se vuelve
temporalmente demasiado baja, dando como resultado una caída en la
temperatura de pirólisis/gasificación. En consecuencia, se aumenta
la velocidad de alimentación del agente gasificante suministrado al
compartimento A en respuesta a la caída en la temperatura interna
del mismo, de manera que se suprima la caída de temperatura.
Si aumenta la velocidad de alimentación del
agente gasificante suministrado al compartimento A, se disminuye la
capa de residuo orgánico. Entonces, se reduce la velocidad de
gasificación del residuo que consiste en gran parte en carbono fijo
mediante la disminución de la velocidad de alimentación del agente
de gasificación suministrado al compartimento B, de tal manera que
se aumenta la altura del residuo en el compartimento B. En
consecuencia, se puede aumentar la altura de la capa de residuo
orgánico en el compartimento A mediante la reducción de la
velocidad de movimiento del residuo desde el compartimento A al
compartimento B. Tan pronto como la capa de residuo orgánico en el
compartimento A se ha vuelto suficientemente alta, se disminuye la
velocidad de alimentación del agente gasificante suministrado al
compartimento B. De esta manera, se puede alcanzar
\hbox{finalmente un funcionamiento estable.}
De este modo, el horno de gasificación de la
presente invención hace posible mantener la temperatura interna del
horno de gasificación a un nivel sustancialmente constante a pesar
de la variación en la velocidad de alimentación del residuo
orgánico. En consecuencia, la temperatura de pirólisis de los
compuestos volátiles también se mantiene sustancialmente constante,
de manera que se puede producir un gas de residuo orgánico
gasificado que contiene grandes cantidades de componentes de
hidrocarburo de elevado peso molecular y tiene propiedades
estabilizadas.
El horno de gasificación de la presente invención
es adecuado para su utilización como un horno de gasificación en un
proceso para producir negro de carbón mediante la utilización de
residuo orgánico como material de partida. Sin embargo, también es
adecuado para utilizar un horno de gasificación de lecho fijo para
gasificar residuos orgánicos y carbón para recuperar
fuel-oil y gases combustibles.
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo de un horno de gasificación de lecho fijo relacionado
con la presente invención, pero que no forma parte de la misma;
las figuras 2(a) y 2(b) son
gráficos que muestran el estado del control de las velocidades de
alimentación de agente gasificante y nitrógeno en el ejemplo de la
figura 1 (ejemplo 1);
la figura 3 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo del horno de gasificación de lecho fijo de la presente
invención;
la figura 4 es una representación esquemática de
un ejemplo de horno convencional para la gasificación de residuos
orgánicos; y
la figura 5 es un gráfico que muestra
esquemáticamente la relación entre la temperatura de pirólisis del
residuo orgánico y la composición del gas producido de esa
manera.
La presente invención se explica más
específicamente con referencia al segundo ejemplo.
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo de horno de gasificación de lecho fijo relacionado con
la presente invención, pero que no forma parte de la misma. Este
horno 401 de gasificación de lecho fijo presenta un conducto 404 de
carga de residuos orgánicos conectado con la parte superior de una
carcasa 402 cilíndrica de horno de gasificación, una salida 405 de
gas de residuo orgánico gasificado proporcionada en la parte
superior de la misma, y una placa 403 perforada dispuesta en la
parte baja de la misma y que funciona para mantener el residuo
orgánico cargado dentro de la misma y suministrar un agente
gasificante uniformemente. Al fondo de la carcasa 402 de horno de
gasificación o su pared lateral por debajo de la placa 403 perforada
se conecta una cuba 406 de mezclado por medio de una tubería y una
válvula 407. Esta cuba 406 de mezclado sirve para preparar un
agente 418 gasificante mediante la mezcla de un gas 416 que
contenga oxígeno y vapor 417 suministrado dentro del mismo. Por
otra parte, se proporciona un inyector 419 para suministrar vapor o
gas nitrógeno a la capa de residuo orgánico en una posición que
corresponde a la parte media de la capa de residuo orgánico dentro
de la carcasa 402 del horno de gasificación. La placa 403 perforada
presenta una forma parecida a un paraguas suavemente inclinada
\hbox{y se monta/instala de manera giratoria.}
Este horno 401 de gasificación de lecho fijo está
equipado con un medidor 413 de nivel ultrasónico que sirve como
medio para medir la altura de la capa de residuo orgánico
alimentado al horno y también con un termopar 414 que sirve como un
medio para medir la temperatura interna del horno de gasificación.
Adicionalmente, se instala un controlador 415 que controla el grado
de apertura de las válvulas 407 y 420 en respuesta a las señales de
este medidor 413 de nivel ultrasónico y este termopar 414. En la
figura 1, se controla el grado de apertura de las válvulas 407 y 420
mediante un controlador 415 individual. Sin embargo, se tiene como
norma que las válvulas 407 y 420 pueden controlarse por medio de
dos controladores separados.
Utilizando este horno 401 de gasificación de
lecho fijo, se sometieron a una prueba de gasificación neumáticos
de desguace que proporcionan un ejemplo típico de residuo
orgánico.
Tal como se muestra en la figura 1, se preparó un
agente 418 gasificante mediante la introducción de oxígeno como un
gas 416 que contiene oxígeno y vapor 417 en una cuba 406 de
mezclado y se mezclaron a una relación de 1:1, y se suministraron a
un espacio bajo la placa 403 perforada giratoria a una velocidad de
alimentación por medio de una válvula 407.
Los neumáticos 408 de desguace (residuo
orgánico), que se habían cortado en trozos, se alimentaron a través
de un conducto 404 de carga de residuos orgánicos, formando una
capa de neumáticos de desguace sobre la placa 403 perforada. En una
zona de pirólisis de compuestos volátiles 409 que corresponde con
la parte superior de la capa de neumáticos de desguace, se
pirolizaron y gasificaron los compuestos volátiles. El residuo 410
resultante que consiste en gran parte en carbono fijo se movió
hacia abajo y se quemó y gasificó parcialmente en una zona de
combustión/gasificación parcial de carbono fijo 411. Justo sobre la
zona de combustión /gasificación parcial de carbono fijo 411, se
suministró nitrógeno 421 a través del inyector 419 a una velocidad
de alimentación regulada por medio de una válvula 420 de manera que
la temperatura de la zona 409 de pirólisis de compuestos volátiles
estaría en el intervalo de 500 a 700ºC. El gas obtenido mediante la
pirólisis y gasificación de compuestos volátiles y el gas obtenido
mediante la combustión y gasificación parcial del carbono fijo se
mezclaron y se retiraron a través de una salida 405 de gas de
residuo orgánico gasificado como un gas 412 de residuo orgánico
gasificado.
Durante este proceso, la distancia (h) entre la
parte superior de la carcasa 402 del horno de gasificación y la
superficie superior de la capa de neumáticos 408 de desguace
(residuo orgánico) se midió por medio del medidor 413 de nivel
ultrasónico. Mediante la comparación con la distancia (H) entre la
parte superior de la carcasa 402 del horno de gasificación y la
superficie superior de la placa 403 perforada, se determinó la
altura de la capa de neumáticos de desguace 408 (residuo orgánico)
como (H-h). En respuesta a la diferencia entre este
valor y un valor preseleccionado, el controlador 415 reguló la
velocidad de alimentación del agente 418 gasificante mediante el
control del grado de apertura de la válvula 407.
Además, se midió la temperatura (T) interna del
horno de gasificación (es decir, la temperatura sobre la zona de
pirólisis de compuestos volátiles que es casi igual a la
temperatura del gas de residuo orgánico gasificado) por medio del
termopar 414. En respuesta a la diferencia entre este valor y un
valor preseleccionado, el controlador 415 reguló la velocidad de
alimentación del nitrógeno mediante el control del grado de
apertura de la válvula 420.
Los neumáticos de desguace contienen el
60-70% en peso de compuestos volátiles (tales como
caucho crudo y aceite), el 20-30% en peso de carbono
fijo, y el 10-15% en peso de componentes
inorgánico. Para ajustar la temperatura del gas 412 de residuo
orgánico gasificado (es decir, la temperatura justo sobre la capa
de residuo orgánico) hasta 500ºC, se deben suministrar oxígeno y
vapor formando un agente gasificante en cantidades como se expresa
mediante razones de equivalentes molares (O_{2}/C y H_{2}O/C)
de 0,4-0,5 basándose en el carbono fijo presente en
los neumáticos de desguace, y se debe suministrar nitrógeno en una
cantidad como se expresa mediante una razón molar (N_{2}/C) de
aproximadamente 0,5 basándose en el carbono fijo presente en los
neumáticos de desguace. En un horno de gasificación que presente
una capacidad para tratar neumáticos de desguace a una velocidad de
1 tonelada por hora, las velocidades de alimentación del agente
gasificante y del nitrógeno se controlan tal como se muestra en la
figura 2.
La figura 2(a) es un gráfico que muestra
la relación entre la altura (H-h) de la capa de
neumáticos de desguace y la velocidad de alimentación del agente
gasificante controlada en respuesta al mismo. Este gráfico indica
que la velocidad de alimentación de agente gasificante es 400
Nm^{3}/h en un estado estacionario (por ejemplo, cuando la altura
de la capa es igual al valor preseleccionado) y que la velocidad de
alimentación de oxígeno se aumenta cuando la altura de la capa se
vuelve más grande o se disminuye cuando la altura de la capa se
vuelve más pequeña, en respuesta a la desviación con respecto al
valor preseleccionado de la altura de la capa.
La figura 2(b) es un gráfico que muestra
la relación entre la temperatura (T) interna del horno de
gasificación y la velocidad de alimentación de nitrógeno, que se
controla en respuesta al mismo. Esta gráfico indica que la velocidad
de alimentación de vapor es 200 Nm^{3}/h cuando la temperatura es
igual al valor preseleccionada de 500ºC y que la velocidad de
alimentación de nitrógeno se aumenta cuando la temperatura se
vuelve más alta o se disminuye cuando la temperatura se vuelve más
baja, en respuesta a una desviación del valor preseleccionado de la
temperatura.
Una realización particular de la presente
invención se explica más específicamente con referencia al
siguiente ejemplo.
La figura 3 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo de horno de gasificación de lecho fijo de la presente
invención. Este horno 501 de gasificación de lecho fijo presenta
una placa 504 perforada cónica giratoria ligeramente inclinada y
una carcasa interior 502 que define un compartimento A 505 sobre
ella, dentro de una carcasa exterior 503 que constituye la pared
exterior del horno 501 de gasificación de lecho fijo. La carcasa
interior 502 y la carcasa exterior 503 están dimensionadas de
manera que la razón del área transversal de la carcasa interior 502
al área transversal del espacio entre la carcasa interior 502 y la
carcasa exterior 503 (es decir, el compartimento B 506) es igual a
aproximadamente 1:1. En proporción al compartimento A 505 y al
compartimento B 506, el espacio bajo la placa 504 perforada también
se divide en un compartimento A1 507 y un compartimento B1 508. El
aire 509 se suministra al compartimento A1 507 a través de la
válvula 511, mientras se suministra una mezcla 510 gaseosa de
oxígeno y vapor al compartimento B1 508 a través de la válvula
512.
Este horno 501 de gasificación de lecho fijo está
equipado con medidores 513 y 514 de nivel ultrasónicos que sirven
como medios para medir la altura de la capa de residuo orgánico 525
en el compartimento A 505 y la altura de la capa de residuo 526 en
el compartimento B 506, respectivamente, y también con un termopar
515 que sirve como medio para medir la temperatura interna del
compartimento A 505. En respuesta a las señales de estos medidores
513, 514 de nivel ultrasónicos y el termopar 515, un controlador
516 controla el grado de apertura de las válvulas 511 y 512, así
como un transmisor 519 de velocidad variable conectado directamente
a un motor 520 para girar la placa 504 perforada. En la figura 3,
se controlan los grados de apertura de las válvulas 511, 512 y el
transmisor 519 de velocidad variable mediante un controlador
individual 516. Sin embargo, se tiene como norma que las válvulas
511, 512 y el transmisor 519 de velocidad variable pueden
controlarse mediante controladores separados.
Utilizando el horno 501 de gasificación de lecho
fijo, se sometieron a una prueba de gasificación neumáticos de
desguace (compuestos de 70% de compuestos volátiles y 30% de
carbono fijo) proporcionando un ejemplo habitual de residuo
orgánico.
Los neumáticos 521 de desguace (residuo
orgánico), que se habían cortado en trozos, se alimentaron al
compartimento A a través de un orificio 523 de carga por medio de
un alimentador 522, formando una capa de neumáticos de desguace
sobre la placa 504 perforada. En una zona de pirólisis de compuestos
volátiles 523 que corresponde a la parte superior de la capa de
neumáticos de desguace, se pirolizaron y gasificaron los compuestos
volátiles. El residuo 523 resultante que consiste en gran parte en
carbono fijo se movió hacia abajo y una porción del mismo se quemó
y gasificó parcialmente en una zona de combustión parcial de
carbono fijo 524 con aire 509 suministrado del compartimento A1 507.
El remanente se movió al compartimento B 506 con la rotación de la
placa 504 perforada y se quemó y gasificó parcialmente con la
mezcla 510 gaseosa de oxígeno y vapor suministrada como agente
gasificante desde el compartimento B1 508. El gas obtenido por la
pirólisis y gasificación de compuestos volátiles y el gas obtenido
por la combustión y gasificación parcial de carbono fijo se
mezclaron y retiraron del horno de gasificación como un gas 527 de
residuo orgánico gasificado.
Durante este procedimiento, la temperatura (T)
interna del compartimento A 505 (es decir, la temperatura justo
sobre la capa de residuo orgánico que es casi igual a la
temperatura del gas de residuo orgánico gasificado) se midió por
medio del termopar 515. En respuesta a la diferencia entre el valor
medido y un valor preseleccionado (por ejemplo, 500ºC), el
controlador 516 reguló la cantidad de aire 509 suministrado al
compartimento A1 507 mediante el control de la válvula 511.
Además, la distancia (h1) entre la parte superior
del horno 501 de gasificación y la superficie superior de la capa
de neumáticos de desguace 525 (residuo orgánico) en el
compartimento A 505 se midió por medio de un medidor 513 de nivel
ultrasónico. En comparación con la distancia (H) entre la parte
superior del horno 501 de gasificación y la superficie superior de
la placa 504 perforada, se determinó la altura de la capa de
neumáticos de desguace 525 (residuo orgánico) como
(H-h1). En respuesta a la diferencia entre este
valor y un valor preseleccionado, el controlador 516 reguló la
mezcla 510 gaseosa suministrada al compartimento B1 508 mediante el
control de la válvula 512.
Además, la distancia (h2) entre la parte superior
del horno 501 de gasificación y la superficie superior de la capa
de residuo 526 en el compartimento B 506 se midió por medio del
medidor 514 de nivel ultrasónico. En comparación con la distancia
(H) entre la parte superior del horno 501 de gasificación y la
superficie superior de la placa 504 perforada, se determinó la
altura de la capa de residuo 526 como (H-h2). En
respuesta a la diferencia entre este valor y un valor
preseleccionado, el controlador 516 reguló la velocidad de rotación
de la placa 504 perforada por medio de un transmisor 519 mecánico de
velocidad variable. De este modo, se pudo regular la velocidad de
movimiento del residuo 526 del compartimento A 505 al compartimento
B 506.
Claims (2)
1. Horno (501) de gasificación de lecho fijo en
el que el residuo orgánico cargado en él se gasifica con un agente
de gasificación suministrado al mismo, comprendiendo el horno:
dos secciones internas: un compartimento A (505)
en el que se alimenta el material de partida y en el que los
compuestos volátiles presentes en él se pirolizan y gasifican
predominantemente, y un compartimento B (506) en el que el residuo
que consiste en gran parte en el carbono fijo que queda después de
que la mayor parte de los compuestos volátiles se han pirolizado y
gasificado se introduce y se quema o se gasifica;
medios (515, 516) para detectar la temperatura
interna del compartimento A (505) y controlar la velocidad de
alimentación del agente de gasificación suministrado al
compartimento A en respuesta al valor medido en el mismo;
medios (513, 516) para detectar la altura de la
capa de residuo orgánico en el compartimento A (505) y controlar la
velocidad de alimentación del agente de gasificación suministrado
al compartimento B en respuesta al valor medido en el mismo; y
medios (514, 516) para detectar la altura de la
capa de residuo en el compartimento B y controlar la cantidad de
residuo introducido del compartimento A en el compartimento B en
respuesta al valor medido en los mismos.
2. Procedimiento para gasificar residuos
orgánicos mediante la carga del residuo orgánico en un horno de
gasificación de lecho fijo y la gasificación del residuo orgánico
con un agente de gasificación suministrado al horno, comprendiendo
el procedimiento las etapas siguientes:
utilizar un horno de gasificación de lecho fijo
que comprende dos secciones internas divididas: un compartimento A
en el que se alimenta el material de partida y en el que los
compuestos volátiles presentes en él se pirolizan y gasifican
predominantemente, y un compartimento B en el que el residuo que
consiste en gran parte en el carbono fijo que queda después de que
la mayor parte de los compuestos volátiles se han pirolizado y
gasificado, se introduce y se quema o se gasifica;
detectar la altura de la capa de residuo orgánico
en el compartimento A y controlar la velocidad de alimentación del
agente de gasificación suministrado al compartimento B en respuesta
al valor medido en los mismos; detectar la altura de la capa de
residuo en el compartimento B; y
controlar la cantidad de residuo introducido
desde el compartimento A al compartimento B en respuesta al valor
medido en los mismos, de manera que se lleve a cabo la gasificación
del residuo orgánico.
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