ES2253415T3 - Gasificacion, pirolisis y vitrificacion por plasma de material organico. - Google Patents

Gasificacion, pirolisis y vitrificacion por plasma de material organico.

Info

Publication number
ES2253415T3
ES2253415T3 ES01964255T ES01964255T ES2253415T3 ES 2253415 T3 ES2253415 T3 ES 2253415T3 ES 01964255 T ES01964255 T ES 01964255T ES 01964255 T ES01964255 T ES 01964255T ES 2253415 T3 ES2253415 T3 ES 2253415T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
gas
reactor
waste
carbonic
bed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES01964255T
Other languages
English (en)
Inventor
Robert T. Do
Gary L. Leatherman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solena Group Inc
Original Assignee
Solena Group Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solena Group Inc filed Critical Solena Group Inc
Priority to PCT/US2001/026076 priority Critical patent/WO2003018721A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2253415T3 publication Critical patent/ES2253415T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/723Controlling or regulating the gasification process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06Continuous processes
    • C10J3/08Continuous processes with ash-removal in liquid state
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06Continuous processes
    • C10J3/12Continuous processes using solid heat-carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06Continuous processes
    • C10J3/18Continuous processes using electricity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants
    • C10J3/30Fuel charging devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants
    • C10J3/32Devices for distributing fuel evenly over the bed or for stirring up the fuel bed
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60Processes
    • C10J3/64Processes with decomposition of the distillation products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/74Construction of shells or jackets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/74Construction of shells or jackets
    • C10J3/76Water jackets; Steam boiler-jackets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002Removal of contaminants
    • C10K1/003Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002Removal of contaminants
    • C10K1/003Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/004Sulfur containing contaminants, e.g. hydrogen sulfide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/12Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors
    • C10K1/122Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors containing only carbonates, bicarbonates, hydroxides or oxides of alkali-metals (including Mg)
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/033Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment comminuting or crushing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/24Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a vertical, substantially cylindrical, combustion chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/12Electrodes present in the gasifier
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15Details of feeding means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903Feed preparation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916Biomass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953Gasifying agents
    • C10J2300/0956Air or oxygen enriched air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953Gasifying agents
    • C10J2300/0959Oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983Additives
    • C10J2300/0993Inert particles, e.g. as heat exchange medium in a fluidized or moving bed, heat carriers, sand
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983Additives
    • C10J2300/0996Calcium-containing inorganic materials, e.g. lime
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/12Heating the gasifier
    • C10J2300/123Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
    • C10J2300/1238Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1603Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
    • C10J2300/1606Combustion processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1603Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
    • C10J2300/1621Compression of synthesis gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1625Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment
    • C10J2300/1628Ash post-treatment
    • C10J2300/1634Ash vitrification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/18Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00Combustion
    • F23G2202/60Combustion in a catalytic combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00Furnace arrangements
    • F23G2203/40Stationary bed furnace
    • F23G2203/403Stationary bed furnace with substantial cylindrical combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00Waste heat recuperation
    • F23G2206/20Waste heat recuperation using the heat in association with another installation
    • F23G2206/203Waste heat recuperation using the heat in association with another installation with a power/heat generating installation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00Control
    • F23G2207/10Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/101Arrangement of sensing devices for temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00Control
    • F23G2207/10Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/114Arrangement of sensing devices for combustion bed level
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00Control
    • F23G2207/20Waste supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50005Waste in combustion chamber supported on bed made of special materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/55Controlling; Monitoring or measuring
    • F23G2900/55003Sensing for exhaust gas properties, e.g. O2 content
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12Heat utilisation in combustion or incineration of waste
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Abstract

Aparato para la pirólisis por plasma, gasificación y vitrificación de material, que comprende: - un reactor (10) en forma general de embudo con una sección superior (16) y una sección inferior; comprendiendo dicha sección inferior una primera parte (18), más ancha conectada mediante una sección de paso troncocónica a una segunda parte (19), más estrecha, y siendo adecuada para recibir un lecho (60) catalítico carbónico, y presentando dicha sección superior (16) al menos un orificio de escape de gas (30), y al menos dos orificios de entrada opuestos (32, 33) para dicho material, y estando dispuesta para recibir dicho material desde una pluralidad de lugares con respecto a dicha sección inferior; - un sistema de entrada de gas (38, 40) situado alrededor de dicha sección inferior para la introducción de gas en dicha sección inferior por uno o más orificios de entrada (39, 41) en dicha sección inferior; y - una pluralidad de quemadores (42) de arco de plasma montados en dicha sección inferior ydebajo de dicho lecho catalítico carbónico (60) para el calentamiento de dicho lecho catalítico carbónico y dicho material.

Description

Gasificación, pirólisis y vitrificación por plasma de material orgánico.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un aparato y a un proceso de producción ecológicamente aceptable de energía eléctrica a partir de fuentes de combustión renovables, tales como los desechos, incluyendo los residuos sólidos urbanos (RSU), los desechos industriales (incluyendo los desechos de las actividades con carbón, como el polvo de carbón), desechos peligrosos y biomasa, mediante la gasificación y la pirólisis, utilizando la tecnología de calentamiento con arco de plasma.
Antecedentes de la invención
A medida que los países son cada vez más industrializados y la población mundial va creciendo, se manifiesta la creciente demanda de electricidad y de generación de desechos.
En la actualidad la energía eléctrica suele ser generada en plantas eléctricas para la quema de combustibles fósiles, tales como carbón, gas natural o aceite diesel pesado. Sin embargo, estas plantas eléctricas también producen una gran variedad de sustancias que contaminan el aire significativamente. Las plantas nucleares producen la electricidad de forma mucho más limpia, no obstante, a escala mundial se produce su cierre, debido a la preocupación de la gente, provocada por los riesgos posibles y el carácter radiactivo de los desechos que producen. A la luz de los costes crecientes y a la reducción de las reservas de combustibles fósiles, muchos estados reconocen y apoyan la producción de la energía eléctrica de fuentes renovables, como son la energía eólica, solar e hidráulica, así como los desechos/la biomasa.
Los desechos (incluyendo los RSU, los desechos industriales y tóxicos y la ceniza y polvo de carbón) se depositan, en el período actual, en vertederos que contaminan el medio ambiente o bien se queman en incineradoras comunes, produciendo exhalaciones contaminantes, incluyendo materiales carcinógenos, como son los compuestos orgánicos semivolátiles (COSV) - las dioxinas, furanos, etc. - que se producen durante la combustión a bajas temperaturas.
Los vertederos se van llenando y la accesibilidad de lugares nuevos, cerca de zonas con densa población es muy limitada a escala mundial. Además la continua polución de las aguas subterráneas por lixiviado tóxico, al igual que las preocupaciones por la salud provocadas por el olor, los roedores y otras emanaciones han hecho los vertederos inaceptables. Estas y otras cuestiones han tenido como consecuencia la aparición del síndrome NIMBY ("no en mi patio") en la mayoría de la población. Por estas razones la Unión Europea está forzando el cierre de todos los vertederos hacia el año 2002 e impone que los vertederos existentes cumplan normas nuevas y más severas para limitar la contaminación por el lixiviado y la polución. De esta forma los costes de los vertederos crecen considerablemente.
En muchos países las plantas incineradoras o han sido cerradas o prohibidas debido a las emisiones peligrosas en la atmósfera y a la producción de ceniza. Durante la combustión a bajas temperaturas que tiene lugar en estas incineradoras, no se produce la disociación de las cadenas de hidrocarburos y éstas son soltadas a la atmósfera como los COSV, que son conocidos carcinógenos que penetran en el cuerpo humano mediante la cadena alimenticia. Entre los mismos se incluyen, por ejemplo, las dioxinas que se posan en la hierba, son consumidas por el ganado y terminan en la leche vendida a los humanos. El carbono ligado a los desechos tampoco se elimina durante la combustión a bajas temperaturas, y termina como ceniza y ceniza volátil. Esta ceniza representa hasta el 25% de los desechos y se considera como muy peligrosa debido a la posterior penetración líquida en la tierra, una vez colocada en el vertedero. En toda una serie de países se está prohibiendo la colocación directa de ceniza en los vertederos.
De manera que, por una parte, existe la necesidad de fuentes de energía eléctrica renovables, y, por otra, de un aparato y de un proceso para deshacerse de las diferentes formas de desechos, resolviendo así los problemas que hemos indicado. Esta necesidad ya se ha logrado cubrir, en parte, por el aparato y el proceso dados a conocer y reivindicados en las patentes US nº 5.544.597 y nº 5.634.414 publicadas por Camacho, y asignadas, en la actualidad, a la empresa Global Plasma Systems Group, Inc. ("Patentes de Camacho"). Las Patentes de Camacho describen un sistema en el que los desechos se compactan para eliminar el aire y el agua, y se suministran en cantidades sucesivas al reactor con horno. Luego, un quemador de plasma se utiliza como fuente de calor para la pirólisis de los componentes de los desechos orgánicos, mientras que los componentes de los desechos inorgánicos se eliminan como escoria vitrificada.
No obstante, en el aparato y el proceso dados a conocer y reivindicados en las Patentes de Camacho se mantiene una serie de desventajas o problemas que hace falta resolver. Primero, la introducción de los desechos en el reactor de una sola dirección puede provocar una acumulación desequilibrada en una parte del reactor y causar así el surgimiento de puentes y canales. Los canales afectan a la distribución regular del gas hacia arriba, a través del lecho de desechos, lo que por otra parte causa el calentamiento irregular del lecho de desechos. Así se producen bolsas de desechos sin gasificar que reducen la eficiencia general del proceso. Los puentes se crean mediante la unión de partes de los desechos en una masa compacta que bloquea el flujo del gas ascendente y el flujo de desechos descendente en esta parte del reactor. Esto también reduce la eficacia del proceso y puede provocar el aumento de la degradación del material resistente al fuego con el que está revestido el reactor. Segundo, el fondo del reactor no siempre distribuye con regularidad el calor introducido en el reactor, en el lecho de desechos. Tercero, un quemador de plasma utilizado en las Patentes de Camacho puede ser, en algunos casos, insuficiente para asegurar un calentamiento necesario. Cuarto, sería conveniente aumentar el número de válvulas para la entrada de gas y mejorar su colocación para que el gas entrara en la reacción de forma más eficiente. Finalmente, el aparato utilizado para compactar los desechos en las Patentes de Camacho requiere que los desechos se extraigan primero de sus contenedores, hecho que reduce la eficiencia del reactor y aumenta los costes.
El objetivo general de los inventores es entonces, describir la mejora del aparato y del proceso descritos anteriormente, de pirólisis, gasificación y vitrificación del material orgánico, como son los desechos.
Además el objetivo de la presente invención consiste en mejorar el sistema de alimentación del material a fin de aumentar la eficiencia del proceso, elevar la flexibilidad del sistema, facilitar el sistema de manipulación del material y permitir que el reactor pueda recibir una fuente de material más diverso y de mayor variedad.
El siguiente objetivo de la presente invención consiste asimismo en mejorar el diseño del aparato para así perfeccionar el control de la gasificación del material, permitir que el proceso de gasificación tenga lugar en el reactor y garantizar un funcionamiento óptimo para conseguir la descomposición de todas las cadenas de hidrocarburos que ingresan en el sistema, reducir el desgaste y alteración del revestimiento resistente al calor, reducir el consumo de energía de los quemadores y optimizar la eficiencia energética de todo el proceso.
Otro objetivo de la presente invención es ofrecer un procedimiento más flexible para la manipulación con el gas caliente despedido y su mejor preparación para que sea capaz de cumplir con los requerimientos de la turbina de gas antes de entrar en el ciclo integrado y combinado del sistema de la turbina de gas.
También es objetivo de la presente invención describir el proceso de pirólisis por plasma, gasificación y vitrificación (PPGV) de fuentes de desecho mixtas, como procedimiento seguro y eficiente de producción de gas de combustión, suministrado al ciclo combinado de la turbina de gas para la producción de energía eléctrica renovable.
Y finalmente también es objetivo de la presente invención describir la utilización del proceso de PPGV de material orgánico para producir el gas H_{2} como fuente de combustión para el sistema de pila de combustible.
Los demás objetivos y ventajas se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente, así como de los derechos de patente adjuntos.
Sumario de la invención
Las fuentes de desecho mixtas o de otro material carbónico (como el polvo de carbón), incluyendo el DCS, desechos industriales o peligrosos y biomasa, tanto en forma sólida como líquida y/o su mezcla, se combinan y dosifican en el sistema de alimentación, donde el material se mezcla, tritura o compacta, incluyendo su embalaje, en un bloque de material denso y sólido. Este bloque de material se introduce continuamente en el reactor de plasma desde varias direcciones, como pueden ser dos lanzaderas de introducción opuestas. La alimentación de material se produce en una proporción prederminada, basada en la composición del material, la altura del lecho de material y de los requerimientos en cuanto al gas de salida. El sistema de alimentación de material sirve para homogeneizar el material introducido y su embalaje, en bloques de dimensiones y composición constantes, eliminando a la vez el aire y el agua excesivos.
Los bloques de material compactado y triturado se introducen continuamente en la parte superior del lecho catalítico carbónico consumido, continuamente calentado por aire inyectado, generado y calentado por una serie de quemadores de plasma, situados de forma equidistante alrededor del fondo del reactor.
Los bloques de material forman un lecho en la parte superior del lecho calentado catalítico carbónico consumido, creando así una contracorriente al movimiento del material más frío hacia abajo y de movimiento ascendente de gases calientes y partículas de carbono del fondo del reactor.
Los hidrocarburos orgánicos en el material suministrado se gasifican y mediante la pirólisis se transforman en la composición deseada y predeterminada de gas superior de escape, así como del flujo, temperatura, contenido calorífico y volumen, mientras que los componentes inorgánicos y sin contenido de carbono en el material de alimentación, como son los metales y la ceniza, se funden mediante el gas caliente ascendente y ya líquidos caen hacia abajo a través del lecho catalítico carbónico en un contenedor de líquido derretido (escoria) en el fondo del reactor, de donde se expide continuamente del reactor y se enfría en una escoria vitrificada e inerte.
En ciertos lugares, a lo largo del cuerpo del reactor se inyecta en el reactor aire, oxígeno y/o aire enriquecido en oxígeno en cantidades controladas, para garantizar la apropiada reacción de gasificación/pirólisis en el reactor y la generación del gas superior de escape deseado.
El catalizador carbónico consumido y el material de alimentación también son introducidos en una dosis controlada, para así asegurar la debida reacción de gasificación/pirólisis en el reactor, así como para mantener el lecho de material deseado y la altura del lecho catalítico carbónico. En el reactor también se introducen dosis controladas de cal y de fundente de silicato mediante lanzaderas de introducción, a fin de controlar el proceso de vitrificación.
El deseado gas superior de escape, que en esencia contiene CO y H_{2}, se enfría en el sistema de enfriamiento y es lavado para eliminar todos los gases ácidos, como el H_{2}S, HCI y otras impurezas que pudieran estar presentes. El gas de escape lavado y enfriado se comprime luego a alta presión para ser llevado a la turbina de gas para generar electricidad. El aire caliente de la turbina puede ser utilizado para producir vapor, que puede ser guiado a la turbina de vapor para producir electricidad adicional.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es la vista perspectiva del reactor utilizado en la presente invención.
La Fig. 2 es la sección del reactor de la Fig. 1 con la representación esquemática del sistema de alimentación de material acoplado.
La Fig. 3 es la vista ampliada de la sección inferior del reactor de la Fig. 2 con el lecho catalítico carbónico consumido y el lecho de desechos.
La Fig. 4 es el esquema tecnológico del proceso de producción de energía de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.
La Fig. 5 es el esquema tecnológico del proceso de producción de energía de acuerdo con una segunda forma de realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Seguidamente presentaremos los detalles de la presente invención. Para una referencia más fácil, esta descripción abarcará el material destinado a ser procesado en estos aparato y proceso como material de desecho, ya que la utilización de este material proporciona beneficios tanto en la producción como en la eliminación de los desechos respetuosas con el medio ambiente. No obstante, estos aparato y proceso pueden trabajar con cualquier material orgánico.
Reactor
El reactor típico utilizado en estos aparato y procedimiento puede adaptarse, en cuanto a su tamaño, para procesar de 5 a 20 toneladas de fuentes de desecho mixtas, aunque se pueden utilizar reactores más grandes o pequeños; el rendimiento preciso siempre dependerá de la composición del material suministrado y del rendimiento general de la planta deseado.
Como se indica en las Fig. 1 y 2, el reactor 10 se construye, preferentemente, de acero de alta calidad. Dependiendo de los criterios de construcción todo el tanque puede ser enfriado por agua. Alternativamente, el enfriamiento por agua puede aplicarse sólo a las dos terceras partes superiores del reactor, mientras que la parte inferior del reactor es enfriada por aire. El reactor está revestido por material resistente al calor 12 en toda su superficie interior. Para las dos terceras partes del reactor es típico el revestimiento por tres capas de material resistente al calor, teniendo cada capa el espesor de 0,102 hasta 0,152 m (de 4 a 6 pulgadas). También es típico que la tercera parte inferior del reactor, que no ha de tener necesariamente el enfriamiento por agua, suele estar revestida hasta por 5 capas de ladrillos resistentes al calor, con un espesor total de 0,508 hasta 0,762 m. Dependiendo de la aplicación, puede utilizarse asimismo otra configuración de material refractario. En ambas secciones se utilizan los típicos productos refractarios comerciales, conocidos por los especialistas de la industria de reactores.
El reactor 10 está diseñado como un embudo y está dividido en tres secciones. La tercera parte superior del reactor lo representa la zona de pirólisis/craqueo térmico 16. Por lo general, el gas sale del reactor mediante una salida 30 en el centro superior de la zona 16. Alternativamente puede proporcionarse una serie de salidas de gas alrededor de la parte superior de la zona 16. La zona 16 también incluye dos entradas opuestas para el suministro de desechos 32 y 34; no obstante, también se puede utilizar un número de entradas mayor.
La sección central 18 del reactor está delimitada por una pared lateral 20, cuya circunferencia es menor que la de la zona 16 y alrededor de ella hay dos o más cillindros de aire o tambores de ventilación 38 y 40. Cada tambor de ventilación contiene aire y/o aire enriquecido en oxígeno (tal como se determina de acuerdo con la composición de los desechos), que se introduce en el reactor por entradas equidistanciadas o por tubos de entrada 39 y 41, situados alrededor del reactor. El número de entradas de gas suele ser típicamente de 6 a 10, dependiendo del tamaño del reactor y el rendimiento del sistema, aunque se puede utilizar un número de entradas mayor o menor. La sección central 18 funciona asimismo como zona de gasificación.
La tercera parte inferior del reactor es la zona de vitrificación 19, delimitada por la pared lateral 22 con una circunferencia menor que la de la zona 18. Las paredes laterales 20 y 22 están conectadas por la sección 24 en forma troncocónica. En la zona 19 entran de 2 a 6 conexiones de los tubos de entrada o de las entradas 37 equidistanciadas en la circunferencia del reactor. En cada conexión del tubo de entrada, por lo general fabricada de cobre enfriado por agua, se instala un quemador de arco de plasma fijo 42, cuyo calor se suministra a la zona 19 a través de las entradas 37. El gas para los quemadores de plasma 42 se hace llegar del tambor de ventilación 36. La zona de vitrificación 19 también incluye uno o más orificios para colada 44, mediante los cuales la escoria líquida se hace llegar continuamente en un baño de agua granulada en movimiento (no representado). Aquí se produce el enfriamiento y la vitrificación de la escoria en materia inerte, conveniente para ser utilizada de nuevo como material de construcción. (Los materiales de construcción en los que se puede utilizar esta escoria incluyen baldosas, granulado para tejados y ladrillos). Esta sección inferior (aproximadamente una tercera parte) del reactor, que contiene la escoria fundida, puede acoplarse en ciertas configuraciones al reactor mediante una brida de acoplamiento, facilitando así el rápido cambio de esta sección para cambiar o reparar el revestimiento refractario.
Como se describe en las Patentes de Camacho, cada quemador de arco de plasma 42 suele suministrarse con alimentación eléctrica, enfriamiento por agua desionizada y con un conducto de gas de plasma de las fuentes correspondientes (no representado). El número de quemadores, el rendimiento nominal de cada uno de ellos, la capacidad del sistema de alimentación de desechos, la cantidad de catalizador carbónico, la cuantía del fundente, el tamaño del reactor, el tamaño y capacidad del sistema de limpieza del gas de síntesis, así como el tamaño del sistema de ciclo combinado de la turbina de gas son variables que se establecen según el tipo y volumen de los desechos a ser procesado por el sistema.
El cuerpo del reactor incluirá, preferentemente en intervalos de 0,914 m (tres pies) o menos, sensores (no representado) para detectar la presión y la temperatura dentro del reactor, así como orificios para la toma de muestras de gas y las instalaciones correspondientes para el análisis de los gases en los lugares estratégicos del reactor, así como para el seguimiento del proceso de gasificación. La utilización de estos sensores y del equipo para el análisis de gases es bien conocida en este sector.
Sistema de alimentación de desechos
En las Patentes de Camacho ha sido descrito y publicado el sistema de compresión de la alimentación de desechos que utiliza cilindros hidráulicos para reducir el volumen de los desechos y eliminar el aire y agua de los desechos antes de su introducción en la parte superior del reactor.
Para acomodar los desechos de fuentes múltiples y mixtas, como es el CFD (combustible producido a partir de desechos), colocar el DCS, los desechos industriales y los desechos tóxicos almacenados en contenedores, como pueden ser, cilindros de acero y plástico, sacos y latas, se utiliza un sistema de alimentación más robusto que el de las Patentes de Camacho. Los desechos pueden ser tomados en su forma original e introducidos directamente en el sistema de alimentación, sin necesidad de su separación y sin retirar su embalaje. Las instalaciones para triturar y compactar los desechos capaces de realizar este ciclo son bien conocidas por los especialistas en el terreno de la manipulación de materiales. Este paso elimina la necesidad del contacto del personal con los desechos, hecho que contribuye a mantener su seguridad y salud. Se pueden tomar, de forma irregular, muestras de la alimentación de desechos para fijar la composición antes de su procesamiento.
Todo el material de desecho, y de vez cuando los embalajes, es destrozado, triturado, mezclado, compactado y empujado en el reactor de plasma como un bloque de desechos continuo por el sistema 50 esquemáticamente representado en la Fig. 2, que incluye el receptáculo 52, triturador/compresor 54 y transportador 56. El triturador/compresor 54 compacta los desechos al volumen antes fijado, asegurando así el rendimiento óptimo del reactor. La velocidad del empuje se establece también con anterioridad para asegurar el rendimiento óptimo del reactor.
Los bloques de desechos 58 se empujan en el reactor de forma continua desde varios lugares en la zona 16 del reactor. Así se asegura la distribución regular en el reactor hasta alcanzar cierta altura del lecho de desechos sobre el lecho catalítico carbónico consumido. Dos bloques de desechos 58 pueden ser introducidos simultáneamente en las lanzaderas de entrada, situadas en las partes opuestas de la circunferencia del reactor 10. Se pueden instalar más de dos lanzaderas para aceptar otros bloques.
Cualquier ordenamiento es conveniente siempre que impida la acumulación irregular de los desechos en un lugar de la zona 18 del reactor.
Los sensores de presión y temperatura a lo largo del cuerpo del reactor se utilizan para medir la altura del lecho y para controlar la velocidad de alimentación de los desechos. Como reserva se pueden instalar huecos con vidrio transparente en ciertos lugares para verificar las actividades dentro del reactor. Toda la información de los sensores se trasladará al sistema de control digital (SCD) que coordina las operaciones de toda la planta. Como se indica en las Patentes de Camacho, el mando y seguimiento del sistema de alimentación de desechos, con ayuda de sensores y del SCD como parte del proceso de control del reactor, responde al protocolo normal y es totalmente conocido por los especialistas de este sector.
La configuración alternativa del sistema de alimentación se puede utilizar para materiales diferentes. Por ejemplo, los desechos en polvo o líquidos pueden inyectarse directamente en el reactor. El transporte neumático se puede utilizar para sustancias finas y sólidas, como es el polvo de carbón. Para líquidos se pueden utilizar bombas estandarizadas. Todos estos sistemas son bien conocidos por los especialistas de la manipulación de material.
\newpage
Funcionamiento del reactor PPGV
Como se indica en la Fig. 2, el material de desecho triturado y compactado 58 es introducido continuamente por el sistema de alimentación en el reactor 10. Para mayor simplicidad la Fig. 2 indica un sistema de alimentación de material 50 en una de las lanzaderas 32. Para que los desechos se puedan introducir en ambas lanzaderas indicadas, se puede utilizar otro sistema 50, o bien la salida de los desechos del sistema 50 se puede dividir en dos ramas para llenar ambas lanzaderas. La alimentación continua de las partes opuestas del reactor garantiza la distribución regular de la alimentación de desechos en la sección del reactor. La uniformidad de la distribución de la alimentación de desechos vienen a formar el lecho de desechos 70, indicado en la Fig. 3, asegura el flujo regular del gas caliente ascendente del calentamiento por plasma. El lecho del catalizador con base de carbono 60 en el sentido de la parte inferior del reactor de plasma se desplaza uniformemente por toda la sección del reactor. El calor y el gas caliente se distribuyen uniformemente hacia la parte superior, calentando y secando los desechos que van entrando en el reactor y permiten así que los procesos de pirólisis y gasificación se desarrollen de forma eficiente. La distribución uniforme del calor hacia la parte superior y la presencia del lecho catalítico carbónico impiden a la vez la aparición de puentes de calor, lo que, por su parte, impide la creación de puentes en los desechos cargados; lo que es un problema típico que suele darse en otros procesos de tratamiento térmico de los desechos.
La forma de embudo del reactor y la dosificación de los gases ascendentes (de los quemadores y de otras entradas de gas) están diseñados para asegurar la velocidad superficial mínima del gas caliente ascendente. Esta baja velocidad superficial permite que la alimentación de desechos en el reactor vaya descendiendo completamente en el lecho de desechos y no sea forzado a subir con el gas de salida como desechos sin procesar o transmisión de partículas. Además de ello, la zona de craqueo 16 del reactor sirve para asegurar que todo el material de hidrocarburo sea expuesto a altas temperaturas con tiempo de residencia que exceda 2 - 3 segundos antes de salir del reactor. Esta zona completa el proceso de craqueo térmico y asegura la gasificación completa y la conversión de hidrocarburos complejos en CO y H_{2}.
Como las cargas de desechos fríos 58 entran continuamente en el reactor de plasma y van creando el lecho de desechos 70 en la parte superior del lecho precalentado catalítico carbónico consumido 60 en la parte inferior del reactor, los desechos fríos descendentes y el gas calentado ascendente del lecho catalítico carbónico consumido 60 crean así una contracorriente que permite la total gasificación/pirólisis del material de hidrocarburo de manera uniforme en todo el reactor.
El lecho catalítico carbónico consumido 60, aplicado y utilizado en este proceso no difiere de los lechos utilizados en los altos hornos metalúrgicos típicos, y su inclusión en el proceso de gasificación asegura, como mínimo, algunas funciones siguientes: (1) inicia la reacción de gasificación proporcionando el componente clave del gas de salida, es decir, CO (monóxido de carbono) que contribuye a elevar la temperatura del gas superior de salida; (2) permite la distribución uniforme del calor producido por el plasma en el reactor de plasma y así sirve para prevenir el desgaste y alteración excesivos del material refractario, que suelen producirse normalmente al utilizar fuentes de calor focales intensas, como son los quemadores de plasma; (3) garantiza un soporte poroso pero sólido junto al fondo del reactor en el que se puede colocar el lecho de desechos; (4) permite que el gas caliente junto con las partículas de carbono calientes vayan ascendiendo de manera uniforme a la parte superior en el lecho de desechos, y a través del mismo, permitiendo a la vez que el material inorgánico en los desechos, como son los metales y la ceniza, sea derretido y vaya fluyendo hacia abajo en el depósito en el fondo del reactor; y 5) asegura una capa de protección dentro de la capa interior refractaria, reduciendo así las pérdidas de calor en el reactor y alargando la vida útil del material refractario.
El lecho 60 del catalizador carbónico se consume constantemente a una velocidad más baja que el lecho de desechos 70 como consecuencia de su mayor densidad de átomos de carbono ligados, mayor temperatura de fundición y mayor solidez. La altura del lecho catalítico carbónico consumido, al igual que del lecho de desechos, se sigue constantemente mediante los sensores de temperatura y presión, situados en la circunferencia del reactor y a diferentes alturas a lo largo del cuerpo del reactor. A medida que el lecho de desechos 70 y el lecho catalítico carbónico 60 se van consumiendo durante el proceso, los sensores detectan el gradiente de temperatura y presión en el reactor, y ponen en marcha automáticamente el sistema de carga para aumentar o reducir la altura del lecho y mantenerlo en funcionamiento permanente.
La interacción entre el lecho catalítico carbónico y el material fundido es un fenómeno bien conocido. En caso de metal fundido que fluye a través del coque caliente, como sucede en los hornos de fundición de cúpula, el hierro fundido no termina en el lecho candente, sino que fluye a través del mismo. El mismo fenómeno se observa durante la fundición de materiales no metálicos, es decir, en la vitrificación de la escoria. A diferencia de la fundición de metales, la vitrificación de la escoria no incluye en la disolución de carbono, ya que la disolución del carbono procedente del coque que va a parar a la escoria disuelta es insignificante.
Como se describe en las Patentes de Camacho, la parte de los desechos integrada por hidrocarburos atravesará por la pirólisis y quedará gasificada en la atmósfera de reducción parcial en el reactor, en el aire/exento de O_{2} (debido a la total oxidación del carbono en CO_{2}). Por ello no se produce en el reactor ningún proceso de combustión que produjera partículas contaminantes, como sucede corrientemente en las incineradoras, como son los compuestos orgánicos semivolátiles COSV, las dioxinas y furanos, que son esencialmente materiales cuya quema no ha sido completa. En las Patentes de Camacho se describe que el material de hidrocarburo queda sometido a la reacción siguiente:
(1),C_{x}H_{y} \ + \ H_{2}O \ = \ CO \ + \ CO_{2} \ + \ H_{2}
donde C_{x}H_{y} representa un hidrocarburo cualquiera y el componente H_{2}O representa el vapor reciclado.
Aunque el proceso de "gasificación por vapor", tal como lo describe la fórmula (1), sigue representando la principal reacción química en el proceso de pirólisis por plasma/gasificación y vitrificación, las experiencias obtenidas de la operación han demostrado que el consumo de energía en esta reacción endotérmica es excesivo. Como el objetivo final del proceso PPVG es la producción de energía eléctrica neta de material de desecho, se han introducido ciertas mejoras y modificaciones para optimizar la reacción química dentro del reactor, a fin de reducir el consumo de energía del quemador de plasma, aumentando así la producción de energía neta. Para este propósito, una cantidad de aire controlada de O_{2} o/y O_{2} -aire enriquecido se introduce en el reactor mediante las entradas 39 y 41, situadas en la zona 18 del reactor 10 para apoyar las reacciones siguientes:
C_{x}H_{y} + O_{2} = 2CO + H_{2}
(2)
2C + O_{2} = 2CO
(3)
C + H_{2}O = CO + H_{2}
(4)
Las reacciones 2 y 3 son exotérmicas, mientras que las reacciones 1 y 4 son, en principio, endotérmicas; esto permite que la energía inherente de los desechos, mediante esta reacción de oxidación controlada, aumente el valor calorífico del gas superior de salida, produciendo mayor cantidad de CO y H_{2}, y a fin de reducir el consumo de energía por el quemador de plasma para las reacciones (1) y (4), es decir, romper la combinación H_{2}O, con el resultado acumulativo del aumento de producción de energía neta.
La reacción según la fórmula (1) seguirá teniendo lugar en el reactor con el componente H_{2}O, que siempre forma parte de la alimentación de desechos. Esta molécula H_{2}O quedará naturalmente disociada como resultado del contacto con el gas caliente ascendente a través del lecho de desechos, en 2 H y O; estos átomos se combinan luego con los átomos libres C de los desechos y del catalizador carbónico consumido formando la altamente estable (y deseable) mezcla CO y H_{2}.
Con la entrada controlada del aire enriquecido por O_{2} se hace llegar suficiente cantidad de O_{2} en el reactor para generar las reacciones de oxidación (2) y (3) mencionadas arriba, mas la cantidad de O_{2} no es suficiente para la reacción completa de combustión de oxidación:
(5),C_{x}H_{y} \ + \ O_{2} \ = \ CO_{2} \ + \ H_{2}O
que tiene lugar a temperaturas del proceso de combustión mucho menores.
La introducción controlada de aire enriquecido en oxígeno en el reactor de plasma para el desarrollo de la reacción de oxidación parcial controlada de gasificación generará el gas superior de salida con mayor valor térmico, reduciéndose el consumo de energía específica, es decir, de la energía consumida por los quemadores de plasma al gasificar los desechos. Esto tiene como consecuencia la mayor producción de energía neta, procedente de la gasificación de los desechos orgánicos. Esto contradice las afirmaciones en las Patentes de Camacho que señalan que la mayor cuantía del gas de plasma con contenido de oxígeno no ofrecerá un aumento proporcionado de la eficiencia del sistema frente a la energía de entrada para generar calor. A las temperaturas en el reactor y con presencia de carbono sólido del lecho de catálisis la reacción siguiente (6) se traslada totalmente a la izquierda, con lo que el CO se convierte en el óxido de carbono dominante presente:
(6)CO + ^{1}/_{2} O_{2} = CO_{2}
Mediante el proceso de gasificación controlado, con oxígeno inyectado, aire y la humedad inherente de los desechos se puede producir gas superior de salida de un valor térmico mínimo deHHV3600 kJ/kg (con una composición de gas que contenga al menos del 40 - 45% de H_{2} y del 40 - 45% CO). (Los componentes de gas son típicamente el CO_{2}, CH_{4}, N_{2} y trazas de gases ácidos, dependiendo de la composición del material).
Como se señala más arriba y en las Patentes de Camacho, la mayor parte de la salida del proceso, según este invento, es en forma de gas, mientras que el resto lo constituye el material orgánico fundido que se enfría a una escoria vitrificada inerte.
El lecho de desechos 70 es consumido continuamente por el gas caliente ascendente del lecho catalítico carbónico consumido y es completado continuamente por el sistema de alimentación para mantener la altura del lecho. (El catalizador carbónico adicional también se suministra periódicamente, mediante las lanzaderas, siempre que hace falta completarlo). Esta secuencia resulta en un gradiente de temperatura de hasta 4000 - 5000°C en el fondo del reactor y hasta 1200°C en la salida del gas superior. Este sistema creado de contracorriente ascendente permite secar los desechos entrantes y permite así que el sistema procese el flujo de desecho con un contenido de humedad de hasta el 90%, sin producirse un incremento proporcionado del consumo de energía.
El reactor funciona a una presión un poco inferior a la presión atmosférica y los gases de escape son evacuados continuamente del reactor mediante el ventilador de inducción (ventilador ID) 150 situado entre el sistema de lavado del gas de síntesis 140 y el compresor 160, como lo indica la Fig. 4. Como ya se ha dicho anteriormente, las condiciones en el reactor son, en esencia, de reducción, ya que las condiciones con falta o ausencia de oxígeno favorecen el proceso de gasificación.
Las variables de control independientes son (1) la velocidad de alimentación de desechos, (2) altura del lecho catalítico carbónico consumido, (3) consumo de energía por el quemador, (4) flujo de aire/O_{2} y (5) entrada del fundente (para el control del proceso de producción de escoria).
El depósito del material orgánico fundido en el fondo del reactor 10 se vacía continuamente del reactor a través del cierre de escoria 44 en un embudo revestido de material refractario, acoplado a un transportador cerrado de cadena/de paletas llenado de agua (no representado). La materia fundida se enfría y solidifica en un granulado de vidrio que se transporta a un contenedor móvil (no representado tampoco) mediante el transportador de cadena/de paletas. El vapor producido cuando la escoria caliente se enfría en el transportador, puede ser aspirado en el reactor de plasma y consumido durante la reacción de gasificación por vapor. Alternativamente, la escoria puede fundirse en bloques grandes para reducir su volumen al máximo.
Para asegurar que el flujo de la escoria sea constante y uniforme y para prevenir el atascamiento de la salida de la escoria 44 la temperatura de la escoria, detectada por la temperatura del sistema de termoelementos junto al fondo del reactor, y la viscosidad de la escoria, es independientemente regulada por la energía del quemador de plasma y la cantidad de fundente (CaO + silicato) agregado mediante las lanzaderas de carga, en base a las relaciones conocidas. El flujo de material fundido es seguido minuciosamente por el flujómetro (no representado) situado junto al fondo del reactor.
Todos estos parámetros seguidos, relacionados con la temperatura, presión, composición de los gases y velocidades de flujo del gas y del material fundido se suministran como entradas en el sistema computerizado SCD, que en cambio está adaptado a controlar las variables independientes, tales como la energía del quemador, flujo de aire/gas, velocidad de alimentación de los desechos y catalizador, etc.
Dependiendo de los resultados del análisis previo de la alimentación de desechos se establecen con antelación las condiciones específicas de la gasificación y vitrificación, y los parámetros son preajustados por el sistema de control SCD. Las condiciones adicionales y de optimización son generadas y ajustadas durante la puesta en marcha, cuando se introducen en el sistema los verdaderos materiales de desecho.
Principios de funcionamiento
En general, el aparato y el proceso de pirólisis por plasma - gasificación - vitrificación que hemos descrito, funcionan y trabajan de acuerdo con algunos principios fundamentales.
Las diferencias en la introducción de los desechos afectarán a los resultados del proceso y exigirán el ajuste de las variables de control independientes. Por ejemplo, si la velocidad constante de alimentación de material provoca un mayor contenido de humedad de los desechos, luego se reducirá la temperatura de salida del gas superior; y la energía del quemador de plasma debe incrementar para así aumentar la temperatura del gas de salida al nivel ajustado. Igualmente, el menor contenido de hidrocarburos en los desechos se reflejará en el menor contenido de CO y H_{2} en el gas de salida, lo que resultará en un HHV más bajo del gas superior de salida; el factor de enriquecimiento del gas de entrada o la energía del quemador de plasma deben aumentar para conseguir el valor ajustado de HHV. Además de ello, el mayor contenido de componentes inorgánicos en el provocará el aumento de la cantidad de escoria producida, lo que tendrá por consecuencia el mayor flujo de escoria y la menor temperatura de la escoria fundida; hace falta aumentar la energía del quemador para que la temperatura de la escoria alcance su valor predeterminado. Mediante el ajuste de diferentes variables independientes, el reactor se puede adaptar a las diferencias en el material de entrada, siempre respetando los valores preajustados para diferentes factores de control.
Puesta en funcionamiento
El objetivo de la puesta en funcionamiento definida es crear condiciones para el paulatino calentamiento del reactor de plasma, para proteger y prolongar la vida del revestimiento refractario y de la instalación del reactor, y preparar el reactor para la recepción del material de desecho introducido. La puesta en funcionamiento del reactor es similar a la de cualquier sistema complejo que funciona a altas temperaturas y es bien conocida por cada especialista en la industria de procesamiento térmico. Los pasos principales son: (1) puesta en marcha de la turbina de gas de gas natural para producir electricidad; (2) puesta en marcha del sistema de purificación de gas, cuando primero se pone en marcha el ventilador de tiro inducido; y (3) el lento calentamiento del reactor utilizando el mínimo de energía, disponible en los quemadores de plasma (el objetivo es elevar al máximo la vida útil del material refractario minimizando los choques de temperatura). El lecho catalítico carbónico consumido 60 se creará posteriormente dosificando material conveniente para la creación de dicho lecho. El lecho comienza a crearse en el fondo del reactor, pero a medida que se va consumiendo el catalizador, situado más cerca de los quemadores, el lecho se crea finalmente como una capa sobre los quemadores de plasma, en la parte del reactor en forma troncocónica 24 o en su proximidad, tal como indica la Fig. 3.
Luego se pueden añadir desechos u otros materiales consumibles. Por razones de seguridad, el régimen de funcionamiento preferente consiste en limitar el contenido del agua en los desechos a menos del 5%, mientras no se haya creado el lecho de desechos conveniente 70. La altura del lecho catalítico carbónico consumido, así como del lecho de desechos depende del tamaño del reactor, de las propiedades fisicoquímicas del material introducido, de los valores de funcionamiento ajustados, así como de la velocidad deseada del procesamiento. No obstante, como ya hemos dicho, la forma de realización preferida es mantener el lecho catalítico carbónico consumido sobre el nivel de los quemadores de plasma.
Funcionamiento en régimen permanente
Una vez que el lecho de desechos y el lecho catalítico carbónico consumido alcanzan la altura deseada, el sistema se considera preparado para el funcionamiento en régimen permanente. En este momento el operario puede iniciar la carga de la mezcla de desechos de la planta en el sistema de alimentación, que se ajusta al valor preestablecido de la velocidad de carga. Las variables independientes se ajustan también a los valores predeterminados de acuerdo con la composición establecida de la alimentación de desechos. Las variables independientes en el funcionamiento del reactor PPGV suelen ser las siguientes:
A.
Energía del quemador de plasma
B.
Velocidad de flujo del gas
C.
Distribución de los flujos del gas
D.
Altura del lecho de desechos y del lecho catalítico carbónico
E.
Velocidad de alimentación de los desechos
F.
Velocidad de alimentación del catalizador carbónico
G.
Velocidad de alimentación del fundente
En el régimen permanente el operario seguirá los parámetros dependientes del sistema que incluyen:
A.
Temperatura del gas superior de salida (medida en la salida del gas superior)
B.
Composición y velocidad de flujo del gas superior de salida (medido mediante muestras del gas y el flujómetro en la salida descrita más arriba)
C.
Temperatura y velocidad de flujo de la escoria fundida
D.
Potencia calorífica del gas superior de salida
E.
Nivel de sustancia líquida de la escoria
F.
Viscosidad de la escoria
Durante el funcionamiento, y en base a los principios arriba indicados, el operario puede ajustar las variables independientes partiendo de la fluctuación de las variables dependientes. Este proceso puede ser automatizado por completo con el ajuste predeterminado de las entradas y salidas de las pantallas de mando del reactor, programadas en el sistema SCD del reactor de plasma y de toda la planta. Los valores preajustados se optimizan corrientemente en el período de la puesta en funcionamiento de la planta, cuando se introducen en el sistema unos desechos auténticos y se miden y apuntan las propiedades resultantes del gas superior de salida y de la escoria. El SCD estará programado para el funcionamiento en régimen permanente para crear las condiciones específicas del gas de salida y de la escoria a ciertas velocidades de introducción de los desechos. Las diferencias en la composición del material de desecho se reflejarán en las aberraciones de los parámetros dependientes seguidos, y el SCD o el operario realizarán el ajuste correspondiente de las variables independientes para mantener el funcionamiento en régimen permanente.
Enfriamiento y lavado del gas superior de salida del reactor de plasma
Como ya se ha señalado, uno de los propósitos del funcionamiento del reactor PPGV es la producción de gas de combustión con propiedades específicas (i.e. composición, capacidad calorífica, limpieza y presión), conveniente para el accionamiento de la turbina de gas para la producción de energía eléctrica renovable.
Como el combustible se produce mediante el aquí descrito proceso de pirólisis/gasificación de material de desecho orgánico, siempre existirá cierta cantidad de impurezas de desecho, una parte de partículas o de gases ácidos que no son convenientes para un funcionamiento normal y seguro de las turbinas de gas. Un procedimiento muy simplificado para la limpieza del gas de salida ha sido descrito en las Patentes de Camacho. Aquí presentamos un procedimiento más detallado y concreto.
En primer lugar, en condiciones de escape de vacío mediante el ventilador ID 150 el gas caliente de salida es evacuado continuamente del reactor mediante uno o varios orificios para el gas de salida 30 del reactor. Este gas ha de ser enfriado y limpiado antes de entrar en el compresor y en la turbina de gas.
Como se indica en la Fig. 4, el gas de síntesis del reactor de plasma 100 se enfría primero mediante la evaporación directa del agua en el evaporador como es el enfriador 130. Se trata de un proceso simple, eficaz y rentable. En caso de que del reactor salgan partículas de polvo, se eliminarán del gas mediante el filtro electroestático 135, que como es sabido, representa un procedimiento eficaz y fiable para la separación de polvo. Una versión alternativa puede utilizar otras instalaciones estandarizadas para la eliminación de partículas (como es la depuradora de Venturi o el filtro de tela de saco), conocidos por los especialistas en el terreno de la limpieza de gases. Las versiones alternativas también pueden cambiar el orden de los diferentes pasos de limpieza del gas para un aprovechamiento más eficaz de las características de las instalaciones alternativas para la limpieza de gases. Luego el polvo se acumula y se puede volver a introducir en el reactor de plasma, de manera que en el sistema de limpieza de gases no se producen o generan ningunos desechos sólidos que fueran peligrosos. Alternativamente se puede utilizar asimismo un caldero de escoria, un armario de metal/acero con revestimiento refractario, con un arco de plasma instalado y fijo para vitrificar las partes sólidas de la depuradora en escoria sin contenido de líquido alguno. En algunos casos, dependiendo de las condiciones en la planta, y de acuerdo con los reglamentos locales, las partes sólidas que resultan del sistema de limpieza se pueden extraer de la planta para su liquidación segura.
El gas de síntesis es procesado en dos pasos: primero, los componentes como el cloro se eliminan en la depuradora de contacto gas/líquido 140 con una alta eficiencia. El líquido de lavado se vuelve a reciclar en la primera sección de enfriamiento; en este paso tampoco se producen desechos algunos y el consumo de agua se limita al mínimo. En este primer paso también puede utilizarse la soda.
En caso de desechos que contienen altas cantidades de azufre, el gas de síntesis puede contener grandes cantidades de azufre. El proceso de lavado en líquido, en el segundo paso, se utiliza para eliminar las composiciones sulfúreas del gas de síntesis. El azufre elemental es el único desecho obtenido de este proceso, y este azufre se puede utilizar como abono. El líquido de lavado regenerado se vuelve a reciclar en el proceso: durante este proceso no se producen ningunos desechos líquidos. Este proceso ha probado una gran eficiencia que permite que el gas de síntesis acondicionado pueda ser conducido al compresor/turbina.
Compresión e inyección de gas combustible
El gas de síntesis producido a partir de desechos servirá de combustible normal para una planta de convección con ciclo combinado. No obstante, la puesta en funcionamiento de la planta se ha de realizar con gas natural y tan sólo después se conmuta al gas de síntesis. El gas combustible ha de comprimirse para su suministro a la turbina de gas de la planta con ciclo combinado.
El gas de síntesis entra en el compresor 160 donde se comprime a 36 bar aproximadamente. Durante la compresión el gas de síntesis se calienta. El aire de síntesis caliente y comprimido se enfría entre las plataformas del compresor, y luego, después de la fase final, el agua restante en el gas se condensa, con lo que aumenta el poder térmico del gas. El agua condensada del gas de síntesis se acumula en el separador de humedad y se recicla para ser utilizada en el proceso de gasificación. Después de la última fase, el enfriamiento se produce parcialmente en el recuperador, donde se realiza la transferencia de calor del gas de síntesis húmedo al gas de síntesis seco. El enfriamiento final se lleva a cabo en el intercambiador de calor con agua de enfriamiento.
Se utiliza el recuperador, pues el calor del gas de síntesis es suficiente para aumentar la eficiencia del ciclo combinado de la planta, minimizando a la vez el consumo de agua de enfriamiento en el sistema. El calentamiento es también necesario para mantener el gas combustible alejado del punto de deshielo, para asegurar el funcionamiento debido del sistema de combustión de la turbina de gas y su control.
Antes de la entrada en el sistema de combustión de la turbina de gas 170 el gas de síntesis, comprimido y seco, se filtra a fin de captar cualquier partícula de material que pudiera recogerse en la instalación o en las tuberías.
La presión del gas natural del gasoducto local se eleva a 34 bar utilizando el compresor de émbolo. Luego el gas natural atraviesa el filtro/separador estandarizado, donde se elimina cualquier residuo de gotas de agua o de partículas sólidas, y entra en el sistema de combustión de la turbina de gas.
La turbina de gas con ciclo combinado produce electricidad de gas combustible producido por el reactor de plasma. Aproximadamente el 25% de la electricidad producida se consume para accionar la tecnología de la planta, como son los quemadores de plasma, el reactor de plasma, el compresor y otros equipos, por ejemplo, las bombas de succión, hecho que garantiza la autosuficiencia energética del sistema. La cantidad restante de electricidad neta se vende luego a la red local como un beneficio para la planta.
Consideraciones sobre la producción de energía
Como se describe en las Patentes de Camacho, la energía térmica producida incluye (1) el calor sensible y (2) el calor calorífico. La invención que se describe en la presente memoria, aclara que todo el calor obtenido es la suma del contenido calorífico de los desechos, de la energía calorífica contenida en el catalizador carbónico, O_{2} y en el aire inyectado en el sistema y la energía térmica del calentamiento del sistema por plasma, reducida por las pérdidas de calor en el reactor.
Además de ello, si tomamos en consideración que el gas combustible ha de limpiarse y comprimirse, y cada una de estas fases requiere cierta energía, luego el aprovechamiento energético total de toda la planta energética de PPGV que utiliza la turbina de ciclo combinado, alcanza una eficiencia térmica entre el 36% y 40%. Sin embargo, el gas de síntesis producido en el proceso PPGV suele contener, en promedio, del 45 - 55% de H_{2} gaseoso. Una vez limpiado y enfriado (como se describe en este documento) el H_{2} puede ser separado del gas de síntesis por una serie de tecnologías asequibles desde el punto de vista comercial. La configuración preferida utiliza tecnología de membrana, fácil de conseguir en el mercado, como es el separador de membrana 260, según se indica en la Fig. 5. El H_{2} gaseoso neto separado puede almacenarse o ser transportado fuera de la planta para su venta. Alternativamente, el H_{2} puede suministrarse directamente al sistema de pila de combustible 270 para producir electricidad y agua en la planta, a la espera de la evolución de pilas de combustible estacionarias convenientes que se puedan conseguir ventajosamente en el mercado. El gas de síntesis (rico en CO) que queda después de la separación del H_{2} se puede utilizar para producir electricidad en el turbogenerador 280 o en otro motor de gas que utilice la tecnología de motor térmico convencional.
La eficiencia del sistema variará de acuerdo con el equipo utilizado, el proceso aplicado y la calificación y experiencia del operario. La presente invención describe el proceso mejorado de pirólisis y gasificación en el reactor de plasma, cuyo resultado es la reducción considerable de la energía para el calentamiento por plasma por tonelada de desechos procesados. Las Patentes de Camacho anteriores indicaban un consumo de energía por tonelada de aproximadamente 500 kWh/t para los desechos; cuando se pone en práctica la presente invención de acuerdo con todos sus aspectos, requiere sólo 150 kWh/t, i.e. una reducción de 350 kWh/t.
Como se describe en la presente memoria, el sistema de alimentación mejorado, al igual que el proceso de pirólisis por plasma, gasificación y vitrificación, con un sistema de control de la operación específico y definido, el mejorado proceso de enfriamiento y limpieza del gas y la inyección detalladamente definida de este gas en el sistema de producción ICG de energía garantizan un procedimiento más eficiente para obtener energía térmica de los desechos, biomasa o de otro material en forma de energía eléctrica renovable y el procedimiento autosuficiente de eliminación de los desechos; la energía producida durante el proceso supera, al menos cuatro veces, la energía consumida. La verdadera proporción entre la energía total, necesaria para la producción de energía neta, depende de una serie de factores, que incluyen la composición del material de desecho utilizado, la configuración de la planta y la práctica de operación. La presente invención proporciona además un proceso ecológicamente seguro de neutralización de componentes peligrosos de los desechos en una escoria vitrificada estable e inerte, y elimina la continua transformación de un desecho en otro mediante su colocación en vertederos y su incineración.

Claims (11)

1. Aparato para la pirólisis por plasma, gasificación y vitrificación de material, que comprende:
-
un reactor (10) en forma general de embudo con una sección superior (16) y una sección inferior; comprendiendo dicha sección inferior una primera parte (18), más ancha conectada mediante una sección de paso troncocónica a una segunda parte (19), más estrecha, y siendo adecuada para recibir un lecho (60) catalítico carbónico, y presentando dicha sección superior (16) al menos un orificio de escape de gas (30), y al menos dos orificios de entrada opuestos (32, 33) para dicho material, y estando dispuesta para recibir dicho material desde una pluralidad de lugares con respecto a dicha sección inferior;
-
un sistema de entrada de gas (38, 40) situado alrededor de dicha sección inferior para la introducción de gas en dicha sección inferior por uno o más orificios de entrada (39, 41) en dicha sección inferior; y
-
una pluralidad de quemadores (42) de arco de plasma montados en dicha sección inferior y debajo de dicho lecho catalítico carbónico (60) para el calentamiento de dicho lecho catalítico carbónico y dicho material.
2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además:
-
un sistema (50) de suministro del material para proporcionar dicho material a dicho reactor (10) a través de dichos orificios de entrada (32, 34); comprendiendo dicho sistema de suministro:
-
un receptáculo (52) para recibir dicho material, una unidad para triturar y compactar (54) dispuesta para recibir dicho material de dicho receptáculo (52) y para triturar y compactar dicho material, y una unidad de transferencia (56) para suministrar dicho material triturado y compactado a dicho reactor (10) en un ambiente privado de oxígeno.
3. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además un lecho catalítico carbónico (60).
4. Aparato según la reivindicación 3, en el que dicho lecho catalítico carbónico (60) tiene una altura de aproximadamente 1 metro.
5. Aparato según la reivindicación 3, que comprende además una pluralidad de sensores dispuestos en dicho reactor (10) para detectar uno o más de los parámetros siguientes: altura de dicho lecho catalítico carbónico (60), altura del lecho de dicho material (70), temperatura de dicho reactor, caudal de gas en dicho reactor y temperatura del gas evacuado de dicho reactor a través de dicho orificio de escape (30).
6. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha sección inferior presenta uno o más orificios de colada (44) en el fondo de dicha sección.
7. Aparato para la producción de energía eléctrica, que comprende el aparato según la reivindicación 1, y que comprende además:
-
un enfriador o intercambiador de calor (130) conectado a dicho orificio de escape (30) para extraer el calor excesivo del gas evacuado por dicho orificio de escape;
-
una depuradora (140) conectada a la salida de dicho enfriador o intercambiador de calor (130) para la depuración de dicho gas;
-
un compresor (160) conectado a la salida de dicha depuradora (140) para comprimir dicho gas; y
-
una turbina de gas (170) conectada a la salida de dicho compresor (160) indicado para la producción de electricidad de dicho gas comprimido.
8. Procedimiento de conversión de material que comprende desechos, biomasa u otro material carbónico, mediante la pirólisis por plasma, gasificación y vitrificación, utilizando el aparato según la reivindicación 1 y comprendiendo dicho procedimiento:
-
proporcionar un lecho catalítico carbónico (60) en una sección inferior de un reactor (10);
-
proporcionar una o más cantidades sucesivas de dicho material a partir de una pluralidad de sitios en una sección superior (16) del reactor (10), al menos desde dos orificios de entrada opuestos (32, 34); presentando dicha sección superior (16) al menos un orificio de escape de gas (30) conectado a un ventilador (150), formando dicho material un lecho (70) sobre dicho lecho catalítico carbónico (60);
\newpage
-
calentar dicho lecho catalítico carbónico (60) y de dicho lecho de material (70) mediante varios quemadores de arco de plasma (42) instalados en dicha sección inferior, debajo de dicho lecho catalítico carbónico
\hbox{(60); e}
-
introducir una cantidad predeterminada de oxígeno o de aire enriquecido en oxígeno en dicha sección inferior.
9. Procedimiento de producción de energía eléctrica a partir de desechos, que comprende el procedimiento según la reivindicación 8, que comprende además:
-
enfriamiento del gas evacuado de dicho orificio de escape de gas;
-
depuración de dicho gas;
-
compresión de dicho gas lavado; y
-
suministro de dicho gas comprimido como medio de combustión a una turbina de gas (170), para producir energía eléctrica o una pila de combustible (270).
10. Procedimiento de producción de energía eléctrica a partir de desechos, que comprende el procedimiento según la reivindicación 8, que comprende además
-
enfriamiento del gas evacuado de dicho orificio de escape de gas (30);
-
lavado de dicho gas;
-
compresión de dicho gas depurado;
-
alimentación de una pila de combustible utilizando dicho componente de hidrógeno; y
-
suministro de un resto de dicho gas comprimido, una vez separado dicho componente de hidrógeno, como medio de combustión de la turbina de gas para producir energía eléctrica o una pila de combustible.
11. Procedimiento de producción de energía eléctrica a partir de desechos, que comprende el procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho ventilador (150) es un ventilador de inducción.
ES01964255T 2001-08-22 2001-08-22 Gasificacion, pirolisis y vitrificacion por plasma de material organico. Active ES2253415T3 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2001/026076 WO2003018721A1 (en) 2001-08-22 2001-08-22 Plasma pyrolysis, gasification and vitrification of organic material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2253415T3 true ES2253415T3 (es) 2006-06-01

Family

ID=21742789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES01964255T Active ES2253415T3 (es) 2001-08-22 2001-08-22 Gasificacion, pirolisis y vitrificacion por plasma de material organico.

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP1419220B1 (es)
AT (1) AT310067T (es)
CA (1) CA2465905C (es)
CZ (1) CZ297852B6 (es)
DE (1) DE60115109T2 (es)
DK (1) DK1419220T3 (es)
ES (1) ES2253415T3 (es)
MY (1) MY131819A (es)
PL (1) PL195032B1 (es)
WO (1) WO2003018721A1 (es)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT503517B1 (de) * 2002-11-04 2010-05-15 New Plasma Gmbh & Co Keg Verfahren zum aktivieren, insbesondere vergasen, von kohlenstoff enthaltenden substanzen
ES2237262B1 (es) * 2003-01-31 2006-11-01 Environmental International Engineering, S.L. GASIFICATION REACTOR.
CA2424805C (en) * 2003-04-04 2009-05-26 Pyrogenesis Inc. Two-stage plasma process for converting waste into fuel gas and apparatus therefor
EP2019981A4 (en) * 2006-05-05 2010-04-21 Plascoenergy Ip Holdings Slb CONTROL SYSTEM FOR CONVERTING A CARBONATED GAS CHARGE TO GAS
JP2009536262A (ja) 2006-05-05 2009-10-08 プラスコエナジー アイピー ホールディングス、エス.エル.、ビルバオ、シャフハウゼン ブランチ ガスコンディショニングシステム
NZ573217A (en) 2006-05-05 2011-11-25 Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch A facility for conversion of carbonaceous feedstock into a reformulated syngas containing CO and H2
WO2007131236A2 (en) 2006-05-05 2007-11-15 Plasco Energy Group Inc. A gas homogenization system
DE102006007458B4 (de) * 2006-02-17 2010-07-08 Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material sowie Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie
EP2260241A4 (en) 2007-02-27 2012-03-28 Plascoenergy Ip Holdings S L GASING SYSTEM WITH CONVERSION OF PROCESSED SUBSTANCES / CHARCOAL AND GAS REFORMULATION
NO330096B1 (no) * 2007-06-27 2011-02-21 Erik Tonseth Fremgangsmate og innretning for produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse.
MX2007008317A (es) 2007-07-06 2009-02-26 Aba Res Sa De Cv MICROWAVE GASIFICATOR.
EP2034003A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-11 ReSeTec Patents Geneva S.A. i.o. Process and apparatus for producing synthesis gas from waste
IT1391443B1 (it) * 2008-10-28 2011-12-23 Ansaldo Ricerche S P A Gassificatore e metodo di accensione di detto gassificatore
CA2798025A1 (en) 2010-05-24 2011-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Process and system for syngas treatment
US20120061618A1 (en) 2010-09-11 2012-03-15 James Santoianni Plasma gasification reactors with modified carbon beds and reduced coke requirements
DE102011001857A1 (de) * 2011-04-06 2012-10-11 Behzad Sahabi Verfahren zur Filterung und Filteranordnung
DE102011051906B4 (de) 2011-07-18 2015-06-11 Technische Universität Bergakademie Freiberg Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung kohlenstoffhaltiger fester Stoffe mit Wasserdampf und Kohlendioxid und deren Gemische
CN102389887A (zh) * 2011-08-26 2012-03-28 陈开明 一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法
JP5805520B2 (ja) * 2011-12-22 2015-11-04 ヤンマー株式会社 ガス化装置
RU2521638C2 (ru) * 2012-09-17 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Способ газификации углеродосодержащих твердых видов топлива
CZ305015B6 (cs) * 2013-07-22 2015-03-25 Az Eco Energy, Spol. S R.O. Reaktor pro pyrolýzu (termický rozklad) pevného sypkého organického odpadu, zejména čistírenských kalů a kalů z bioplynové stanice
CN105018149B (zh) * 2015-08-05 2017-07-18 中国东方电气集团有限公司 一种生活垃圾等离子气化反应炉
CN106016273B (zh) * 2016-05-24 2018-02-02 欧尔东(朝阳)环保设备有限公司 处理危险废物的等离子体反应系统及其工作方法
JP2020537009A (ja) * 2017-10-13 2020-12-17 パイロジェネシス・カナダ・インコーポレーテッド 廃棄物を溶融しガス化させるためのdcアーク炉
EP3498665B1 (en) 2017-12-18 2020-09-02 Clariant International Ltd Method for the production of synthesis gas
RU2696231C1 (ru) * 2018-10-26 2019-07-31 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпк "Энергоэффективные Технологии" Способ утилизации углеродсодержащих материалов

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE434163B (sv) * 1981-03-10 1984-07-09 Skf Steel Eng Ab SET AND DEVICE FOR PREPARING A MAIN COOLOXIDE AND VETGAN CONTAINING GAS FROM COAL AND / OR CARBON-CONTAINING INGREDIENTS
US5544597A (en) * 1995-08-29 1996-08-13 Plasma Technology Corporation Plasma pyrolysis and vitrification of municipal waste
CA2188357C (en) * 1996-10-21 1999-09-07 Peter G. Tsantrizos plasma gasification and vitrification of ashes
KR19990074869A (ko) * 1998-03-16 1999-10-05 정용길 폐기물의 플라즈마 열분해 및 유리화 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
DE60115109D1 (de) 2005-12-22
CA2465905C (en) 2010-12-14
CZ297852B6 (cs) 2007-04-18
CZ2004390A3 (cs) 2004-07-14
PL368039A1 (xx) 2005-03-21
CA2465905A1 (en) 2003-03-06
MY131819A (en) 2007-09-28
AT310067T (de) 2005-12-15
EP1419220B1 (en) 2005-11-16
WO2003018721A8 (en) 2004-04-08
WO2003018721A1 (en) 2003-03-06
DK1419220T3 (da) 2006-04-03
DE60115109T2 (de) 2006-08-03
EP1419220A1 (en) 2004-05-19
PL195032B1 (xx) 2007-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103557526B (zh) 危险废物和医疗废物焚烧炉成套装置及其焚烧方法
US9109172B2 (en) Low temperature gasification facility with a horizontally oriented gasifier
JP5890440B2 (ja) 廃棄物処理方法および装置
US5544597A (en) Plasma pyrolysis and vitrification of municipal waste
ES2455342T3 (es) Método y sistema para el reciclaje de residuos sólidos municipales y explotación del combustible recuperado de desechos sólidos
US6971323B2 (en) Method and apparatus for treating waste
KR101382513B1 (ko) 탄소함유 공급원료를 가스로 전환시키기 위한 제어 시스템
CN101963358B (zh) 一种油田固体废物联合处理方法
CA1281238C (en) Incineration of combustible waste materials
US9074152B2 (en) Plasma-assisted waste gasification system
US7658155B2 (en) Waste treatment process and apparatus
US9568189B2 (en) Thermal gasification reactor for producing heat energy from waste
KR100445363B1 (ko) 기화를통한폐기물처리장치및방법
CA2605774C (en) Integrated process for waste treatment by pyrolysis and related plant
KR100930489B1 (ko) 잔여물 재생 시스템, 쓰레기 처리 설비 및 재생 방법
KR101389675B1 (ko) 통합 처리 구역이 있는 탄소 변환 장치
CN102831945B (zh) 热等离子体处理低、中水平放射性固体废弃物装置与方法
US20170218274A1 (en) Waste Incinerator
US7591982B2 (en) Thermal waste recycling method and system, and application thereof in the treatment of waste with a high water content
US7832344B2 (en) Method and apparatus of treating waste
JP3263094B2 (ja) あらゆる種類の廃棄物の輸送方法、中間貯蔵方法、エネルギー的利用方法、材料的利用方法、及びそれらの方法を実施する装置
KR850000792B1 (ko) 고체 쓰레기 처리공정
RU2088631C1 (ru) Установка для термической обработки отходов и способ термической обработки отходов
CN101495808B (zh) 带有横向传送系统的水平取向气化器
CN1844747B (zh) 水泥回转窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾的系统及其应用