ES2259597T3 - Procedimiento e instalacion de produccion de un gas combustible a partir de una carga rica en materia organica. - Google Patents
Procedimiento e instalacion de produccion de un gas combustible a partir de una carga rica en materia organica.Info
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Abstract
Procedimiento de producción de un gas combustible a partir de una carga rica en materias orgánicas, que comprende al menos una termolisis de la indicada carga seguida de un craqueo térmico de los gases procedentes de la termolisis, caracterizado porque la termolisis y el craqueo se realizan en dos medios distintos (1, 7), porque se controla independientemente la temperatura de la termolisis y la del craqueo térmico, porque los productos sólidos procedentes de la indicada termolisis se envían a un medio de combustión (2), porque el calor generado por la indicada combustión se utiliza para realizar la termolisis, porque la indicada termolisis se realiza en una zona de temperaturas comprendida entre los 300oC y los 900oC bajo una presión próxima a la presión atmosférica, y porque el indicado craqueo térmico de la totalidad del gas procedente de la termolisis se realiza entre los 800oC y los 1200oC.
Description
Procedimiento e instalación de producción de un
gas combustible a partir de una carga rica en materia orgánica.
La presente invención se refiere a la producción
de gas combustible a partir de una carga sólida que contiene una
fracción orgánica, tal como por ejemplo la biomasa, desechos
domésticos y/o industriales, desechos agrícolas, lodos de estación
depuradora.
El objeto de la presente invención es producir
un gas combustible rico, desprovisto de productos pesados tales como
alquitranes, y desprovisto de contaminantes minerales tales como
sales alcalinas. Un gas combustible rico de este tipo puede
ventajosamente ser utilizado en dispositivos o procedimientos de
producción de energía tales como motores de gas, turbinas de gas,
calderas o quemadores. Sin salirse del marco de la invención, el
gas combustible rico puede seguidamente experimentar tratamientos de
mejora, como por ejemplo un tratamiento por reformación mediante
vapor o por oxidación parcial, con el fin de ser enriquecido con
hidrógeno.
Existen dos grandes vías para la producción de
un gas combustible a partir de una carga sólida que contiene una
fracción orgánica: la gasificación y la termolisis igualmente
llamada pirolisis. La termolisis o pirolisis es una operación de
degradación térmica que se desarrolla en ausencia total de oxígeno.
La misma conduce a la producción de un gas de poder calorífico medio
o fuerte y a una fase sólida rica en carbono, llamada coque. Según
la presente invención, es posible mejorar el rendimiento energético
global de la reacción utilizando el residuo sólido rico en
carbo-
sis.
sis.
Por otra parte, la gasificación corresponde a
una oxidación parcial de la carga, oxidación que se realiza en
condiciones tales que la misma solo produce gas. Por el contrario,
presenta el inconveniente principal de producir un gas de bajo poder
calorífico. Según un modo preferido de la presente invención, es
igualmente posible asociar a la operación de termolisis una
operación de craqueo térmico de los gases de termolisis con el fin
de eliminar los compuestos más pesados contenidos en los gases
procedentes de la termolisis y obtener finalmente un gas de fuerte
poder calorífico, y esto, mejorando el rendimiento energético de
producción del gas combustible.
Las instalaciones según la técnica anterior que
utilizan procedimientos de gasificación para convertir una carga
sólida de gas combustible presentan problemas de varios órdenes.
- -
- Un pretratamiento importante de la carga es necesario antes de la gasificación; este pretratamiento puede ser un triturado fino y/o un secado importante.
- -
- Es necesario realizar operaciones de tratamiento de los gases producidos con el fin de eliminar de ellos los alquitranes residuales y las sales alcalinas volátiles tales como compuestos a base de potasio y sodio; estos tratamientos son por ejemplo una filtración en caliente y/o un lavado de los gases.
- -
- El poder calorífico de los gases producidos es bajo debido a una combustión y al volumen de nitrógeno aportado por el aire de gasificación.
Se conoce ya, por ejemplo en la solicitud de
patente EP-A2-0864349, un
dispositivo susceptible de realizar una operación de termolisis y
una operación de craqueo térmico, siendo realizado el craqueo
térmico gracias a los gases calientes que han servido ya para
calentar el horno de termolisis. Por consiguiente resulta difícil en
estas condiciones controlar la temperatura y más precisamente la
subida en temperatura del craqueo térmico; por otro lado las
temperaturas para el craqueo permanecen inferiores a aproximadamente
los 900ºC, temperatura insuficiente para craquear eficazmente los
compuestos pesados susceptibles de encontrarse en los gases de
termolisis.
Se conocen también, por la patente
US-4.300.915, un procedimiento para la pirolisis de
desechos en el cual el calor necesario para el craqueo de los gases
de termolisis es proporcionado por la mezcla directa de una parte de
los indicados gases de termolisis con los humos procedentes de la
combustión de la otra parte de los indicados gases de termolisis. El
poder calórico del gas final producido se encuentra por ello por
consiguiente reducido otro tanto y se aproxima en valor al de un gas
procedente de un gasificador convencional. Por otra parte, el
rendimiento energético global de la invención descrito en esta
patente es mediocre, pues el residuo sólido rico en carbono
procedente de la pirolisis no se utiliza.
Bien entendido, todos estos problemas tienen una
incidencia directa sobre los rendimientos de las instalaciones así
como sobre sus costes.
Si la utilización del residuo sólido de la etapa
de termolisis permite mejorar de forma sensible el rendimiento
energético de producción de gas combustible, la asociación sucesiva
de una etapa de termolisis y de una etapa de craqueo, según un modo
preferido de realización de la presente invención permite igualmente
de forma ventajosa resolver particularmente los problemas indicados
anteriormente, con las ventajas técnicas de las cuales algunas
pueden indicarse así:
- -
- El poder calorífico del gas de termolisis producido es elevado ya que las dos operaciones de termolisis y de craqueo térmico se realizan en ausencia total de aire. El poder calorífico esperado del gas es así de 2 a 4 veces superior al de un gas procedente de una operación de gasificación; estos gases son por consiguiente más fácilmente utilizables en equipos que necesitan niveles térmicos elevados.
- -
- Una mayor flexibilidad sobre la calidad de la carga en términos de tamaño y de composición relacionada particularmente con la utilización de un horno giratorio para la termolisis. En efecto, teniendo en cuenta el tipo de transporte de la carga sólida en el interior del cilindro giratorio y del tiempo de permanencia de la fase sólida, no es necesario utilizar cargas trituradas y/o calibradas, como es el caso con procedimientos de gasificación que utilizan reactores del tipo de lecho fluidizado o lecho fijo y cuya buena circulación de la carga sólida necesita la utilización de materia finamente triturada y/o calibrada.
- -
- Un secado limitado de la carga con el fin de obtener la relación agua/alquitranes correcta durante la etapa de craqueo.
- -
- La no volatilización de las sales minerales alcalinas tales como el potasio y el sodio debido a la temperatura limitada en el horno de termolisis; esto tiene por consecuencia un ensuciamiento y una corrosión más bajas de los equipos situados río abajo de la termolisis.
- -
- Las operaciones de post tratamiento de los gases se facilitan ampliamente pues los gases procedentes del craqueador están desprovistos de productos pesados y solo necesitan una operación de filtración que puede ser realizada en condiciones sencillas y utilizando tecnologías probadas.
- -
- El volumen de los gases a tratar es más bajo de ahí una instalación menos voluminosa y menores costes.
- -
- Un craqueo térmico del NH_{3} emitido en el transcurso de la termolisis con formación de nitrógeno molecular es posible; esto permite limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno.
De forma ventajosa, el gas generado por el
procedimiento según la invención presenta después de la filtración,
características que le permiten ser fácilmente utilizado en
numerosas aplicaciones energéticas, sin que se planteen los
problemas mencionados anteriormente relacionados con la presencia de
alquitranes y metales alcalinos volátiles:
- -
- Este gas puede ser quemado por un quemador asociado con un medio de producción de calor.
- -
- Este gas puede comprimirse y ser utilizado en un motor de gas o una turbina de gas con el fin de producir electricidad y/o calor.
- -
- Por último, puede ser tratado por procedimientos de conversión, como por ejemplo un tratamiento por reformación mediante vapor o por oxidación parcial, con el fin de enriquecerlo con hidrógeno.
Así, la presente invención tiene por objeto un
procedimiento de producción de un gas combustible a partir de una
carga rica en materias orgánicas, que comprende al menos una
termolisis de la indicada carga seguida de un craqueo térmico de los
gases procedentes de la termolisis, caracterizado porque la
termolisis y el craqueo se realizan en dos medios diferentes, porque
se controla independientemente la temperatura de la termolisis y la
del craqueo térmico, porque los productos sólidos procedentes de la
indicada termolisis son enviados a un medio de combustión, porque el
calor generador por la indicada combustión se utiliza para realizar
la termolisis, porque la indicada termolisis se realiza dentro de
una gama de temperaturas comprendidas entre los 300ºC y los 900ºC
bajo una presión próxima a la presión atmosférica, y porque el
indicado craqueo térmico de la totalidad del gas procedente de la
termolisis se realiza entre los 800ºC y los 1200ºC.
Conforme a la invención, el procedimiento puede
comprender además una etapa de refrigeración rápida de los gases
procedentes del craqueo térmico.
Además, el procedimiento puede comprender una
etapa de filtración de los gases de craqueo refrigerados.
De forma particular, una parte de los indicados
gases de craqueo refrigerados y/o filtrados puede ser enviada hacia
un medio de producción de energía, tal como un motor o una turbina
de gas.
Según una característica de la invención, una
parte de los gases de craqueo refrigerados y/o filtrados puede ser
enviada y utilizada como combustible para alimentar un medio de
calentamiento, tal como los quemadores del reactor de craqueo
térmico.
Además, los humos calientes procedentes del
medio de producción de energía, tal como un motor o una turbina de
gas, pueden ser enviados hacia un medio de recuperación de
energía.
Ventajosamente, los humos procedentes de la
combustión de los residuos sólidos ricos en carbono, después de la
utilización para el calentamiento del reactor de termolisis, pueden
ser enviados hacia un dispositivo de recuperación de energía.
Además, el procedimiento puede comprender una
compresión de los gases filtrados antes de su introducción en el
medio de producción de energía.
Según una característica interesante de la
invención, el medio de termolisis y el medio de combustión forman un
conjunto compacto.
La invención se refiere a una instalación
destinada para producir un gas combustible a partir de una carga
rica en materia orgánica que comprende medios de termolisis de la
indicada carga y medios de craqueo térmico situados a continuación
de los medios de termolisis, caracterizada porque comprende medios
destinados para regular independientemente la temperatura de la
termolisis y la temperatura del craqueo térmico, medios de
combustión de los productos sólidos procedentes de la indicada
termolisis para que el calor generado por la indicada combustión
realice la indicada termolisis dentro de una gama de temperaturas
comprendida entre los 300ºC y los 900ºC bajo una presión próxima a
la presión atmosférica y porque los medios de craqueo están
dispuestos de tal forma que el craqueo térmico de la totalidad del
gas procedente de la termolisis se realice entre los 800ºC y los
1200ºC.
La instalación puede comprender un medio de
refrigeración rápida de los gases procedentes de los medios de
craqueo térmico.
La instalación puede comprender un medio de
filtración de los gases refrigerados, situado a la salida del medio
de refrigeración.
Los medios de combustión pueden comprender una
primera alimentación para los sólidos procedentes del medio de
termolisis, y una segunda alimentación para el aire de combustión,
eventualmente precalentado.
La instalación puede comprender un dispositivo
de producción de energía, tal como un motor o una turbina, que
recibe los gases procedentes del medio de filtración y/o los gases
procedentes del medio de refrigeración, permitiendo el dispositivo
producir calor y/o electricidad.
El calentamiento para el craqueo térmico puede
realizarse por medios de combustión de una parte de los gases
procedentes del craqueo, particularmente por quemadores.
La instalación puede comprender un medio de
compresión de los gases craqueados, refrigerados y filtrados,
situado río abajo del medio de filtración y río arriba del medio de
producción de energía.
Los medios de termolisis pueden comprender un
horno giratorio que comprende un recinto rotativo para la carga,
rodeado de un espacio para su calentamiento.
Los medios de combustión pueden comprender una
salida para los humos de combustión, estando la indicada salida
conectada con una entrada de los medios de termolisis.
El calor de combustión y los humos procedentes
del medio de combustión pueden calentar directamente los medios de
termolisis.
Los medios de craqueo térmico pueden comprender
una alimentación para los gases de termolisis, un conjunto de tubos
metálicos por los cuales circulan los gases de termolisis, una
cubierta de materia refractaria, una salida para los gases
craqueados, un conjunto de quemadores alimentados con aire y gas
combustible y que desembocan en el recinto, estando además
previstos medios de regulación del caudal de cada alimentación, y
una salida para los humos de los quemadores.
Los medios de craqueo térmico pueden comprender
una alimentación para los gases de termolisis, una cubierta de
materia refractaria, una salida para los gases craqueados, un
conjunto de quemadores que desembocan cada uno en una cubierta
estanca que sobrepasa en el interior del recinto, siendo los
quemadores cada uno alimentados con aire y gas combustible, estando
además previstos medios de regulación del caudal en cada
alimentación, y al menos una salida para los humos de los
quemadores.
Otras ventajas, detalles, características de la
invención aparecerán mejor con la lectura de la descripción de los
ejemplos siguientes, en modo alguno limitativos, ilustrados por las
figuras adjuntas, entre las cuales:
- La figura 1 es un esquema esencialmente
funcional de un modo de realización de la invención;
- La figura 2 es un esquema esencialmente
funcional de otro modo de realización de la invención;
- La figura 3 es un esquema de un medio de
craqueo térmico según la invención; y
- La figura 4 es un esquema de otro medio de
craqueo térmico conforme a la invención.
La figura 1 es por consiguiente un esquema
funcional que muestra los principales elementos de un primer modo de
realización de la invención. La invención se describirá ahora a la
vez en el plano funcional y en el plano estructural.
De forma preferencial, el procedimiento según la
invención está destinado para tratar la biomasa. Para la termolisis,
un horno giratorio 1 se utiliza preferentemente por su capacidad
para tratar cargas variadas tanto en tamaño como en composición. La
flexibilidad de este quipo puede por consiguiente permitir
alimentarlo con una carga principal como la biomasa, pero
igualmente con mezclas de cargas sólidas que contienen materia
orgánica, tales como desechos domésticos, desechos industriales
corrientes, desechos agrícolas o lodos de estación
depurado-
ra.
ra.
Puede ser necesario tratar la carga bruta antes
de la termolisis. Esta etapa de pretratamiento depende de la
naturaleza de la carga (composición, granulometría, humedad...) y
pone en práctica técnicas convencionales: triturado grueso, secado,
etc... El objetivo de esta etapa de pretratamiento es adecuar la
carga con las especificaciones a la entrada del horno giratorio 1;
a saber:
- -
- La granulometría máxima de la carga es inferior a 30 cm y de preferencia inferior a 10 cm.
- -
- La humedad de la carga es inferior al 60% y de preferencia inferior al 20% en peso. La humedad de la carga tiene, en efecto, una influencia sobre la eventual reacción de craqueo térmico del gas que puede seguir a la termolisis. El rendimiento de craqueo depende de la cantidad de agua presente en los gases y por consiguiente de la que se encuentra presente inicialmente en la carga.
Con el fin de aprovechar todas las ventajas del
procedimiento y en la eventualidad de un craqueo ulterior de la
carga gaseosa procedente de la pirolisis, se buscará tratar cargas
cuya humedad permita trabajar en el marco óptimo de funcionamiento
de la etapa de craqueo, y esto sin secado inicial. Más precisamente,
se buscará tratar cargas cuya humedad inicial sea tal que la
relación másica agua/gas procedente de la termolisis se sitúe entre
0,1 y 10. Se sabe que el vapor de agua tiene un efecto positivo
sobre el craqueo, lo cual puede limitar, incluso impedir el
coquificado.
A continuación de esta etapa eventual de
pretratamiento, la biomasa se introduce, en el horno giratorio 1 de
calentamiento indirecto por mediación de un dispositivo (no
representado) que permite garantizar la estanqueidad del horno con
el exterior e impedir así toda entrada de aire en el horno. El
dispositivo que permite realizar esta estanqueidad puede ser un
tornillo de Arquímedes, o bien un sistema de introducción de la
carga mediante fardo compactado.
El horno giratorio utilizado aquí para la
termolisis comprende un recinto rotativo 1 rodeado de un espacio
anular 3 para su calentamiento.
Sin salirse del marco de la invención, un medio
de termolisis tal como un sistema de rejilla conductora, de mesa
vibrante, provisto de un calentamiento indirecto puede estar
previsto.
En el transcurso de su progresión en el recinto
rotativo 1 y bajo la acción del calor, la carga es desprovista de su
humedad residual y luego experimenta una degradación térmica en
ausencia total de aire, es decir una pirolisis, que conduce a la
formación de una fase gaseosa (gas bruto) y de un residuo sólido
rico en carbono (coque).
La biomasa y los gases procedentes de la
descomposición térmica circulan aquí a co-corriente
en el horno. Esta operación se realiza a una temperatura comprendida
entre los 300 y los 900ºC y de preferencia entre los 500 y los 700ºC
y bajo una presión próxima a la presión atmosférica. El tiempo de
permanencia de los sólidos en el interior del horno es lo
suficientemente largo como para permitir la degradación total de la
materia orgánica. Se encuentra comprendido entre 30 y 180 minutos y
más precisamente entre 45 y 90 minutos. En estas condiciones de
tiempo de permanencia, y habida cuenta de los perfiles de
temperatura en el horno giratorio, la presencia de alquitranes en la
fase gaseosa se minimiza.
Las condiciones operativas de la operación de
termolisis se seleccionan preferentemente de forma que los criterios
siguientes sean respetados simultáneamente:
- -
- La velocidad de calentamiento de la carga debe ser tal que permita minimizar la formación de productos pesados tipo alquitranes; la misma está comprendida entre 5 y 100ºC/min.
- -
- La temperatura final alcanzada por la carga debe permitir optimizar el rendimiento en gas en detrimento del rendimiento en producto sólido, y en productos pesado tipo alquitranes.
- -
- La temperatura final alcanzada por la fase sólida no debe ser superior a la temperatura de volatilización de las principales sales alcalinas tales como las sales de potasio y de sodio.
A la salida del horno rotativo, el coque es
evacuado por un dispositivo que garantiza la estanqueidad respecto
al exterior (válvula rotativa, esclusas de válvulas, guillotinas, o
cualquier otro dispositivo equivalente que permita realizar esta
operación no representadas). El coque es conducido entonces a un
dispositivo de combustión 2 que tiene por objeto generar la energía
necesaria para el calentamiento del horno de termolisis 1, es decir
para las operaciones de secado y de pirolisis que se desarrollan en
el recinto del horno giratorio 1.
El dispositivo de combustión 2 puede ser un
lecho fluidizado denso, un lecho fijo, un lecho transportado, un
hogar de tornillo, un hogar de rejilla o cualquier otro tipo de
dispositivo que permita quemar combustibles sólidos. El dispositivo
de combustión 2 es alimentado por aire de combustión por medio de un
conducto específico 20a; el aire puede eventualmente precalentarse
para mejorar el rendimiento global de la operación. Un medio 20 de
regulación del caudal de aire puede además estar dispuesto en el
conducto 20a con el fin de regular la temperatura de combustión del
coque en el medio 2, por consiguiente la temperatura de
termolisis.
Según un modo de realización de la invención,
los humos calientes generados por la combustión del coque son
enviados por medio de uno o varios conductos 5 a una doble cubierta
3 que rodea el recinto rotativo 1, por la cual circulan. La
circulación de humos calientes por la doble cubierta 3 puede ser
realizada a contra-corriente o a
co-corriente de la carga sólida que circula por el
interior del horno 1, en función de las condiciones de velocidad de
calentamiento y de temperatura final buscadas. Los humos calientes
que circulan por la doble cubierta 3 se encuentran a una temperatura
comprendida entre los 400 y los 1200ºC y de preferencia entre los
600 y los 1000ºC. Los mismos transfieren su energía a la pared
metálica del recinto rotativo 1 por radiación y por convección.
En la figura 1, la conexión para el transporte
del coque entre el medio de termolisis 1 y el medio de combustión 2
está referenciada por 4 mientras que la conexión para el transporte
de humos entre el medio de combustión 2 y el medio de termolisis 1
está marcada con 5.
En la conexión 4 puede estar previsto un medio
de almacenado intermediario 28 destinado para permitir la regulación
del caudal de coque. Un medio 24 tal como una válvula rotativa, un
tornillo de Arquímedes o cualquier otro medio equivalente que
permita regular el caudal de coque puede además ser instalado en el
conducto entre la salida del almacenado 28 y la entrada del medio
de combustión 2. El medio 24 permite regular el caudal de
combustible en el medio 2 por consiguiente la temperatura de
combustión del coque y por consiguiente la temperatura de la
termolisis.
Los gases de pirolisis que salen del medio de
termolisis 1 y procedente de la descomposición de la carga rica en
materias orgánicas se encuentran, según este ejemplo de realización,
a una temperatura comprendida entre los 300 y los 900ºC y de
preferencia entre los 500 y los 700ºC. Estos gases están compuestos
por una mezcla de vapor de agua resultante del secado de la carga y
de las reacciones de pirolisis, de gases incondensables a
temperatura ambiente tales como CO, CO_{2}, H_{2}, CH_{4},
C_{2}H_{x} y C_{3}H_{y}, NH_{3} y vapores de hidrocarburos
más pesados que comprenden al menos 4 átomos de carbono.
Estos gases pueden igualmente contener una
pequeña cantidad de gases ácidos tales como HCl y H_{2}S así como
partículas en suspensión. Según un modo preferido de realización,
esta fase gaseosa puede ser dirigida hacia un reactor 7 por medio de
una conexión 6, en el cual se realiza una operación de craqueo
térmico cuyo fin es convertir los vapores de hidrocarburos pesado en
gases incondensables.
La reacción de craqueo térmico se realiza a una
temperatura comprendida entre los 800 y los 1200ºC y de preferencia
entre los 900 y los 1100ºC.
Conforme a la invención, la energía necesaria
para la realización de esta operación de craqueo es aportada por
quemadores exteriores 8 alimentados por un combustible que puede ser
una fracción del gas craqueado y reciclado.
Sin salirse del marco de la invención, los
quemadores 8 pueden ser alimentados por un combustible tradicional
tal como el gas natural, gas de petróleo licuado u otro.
Las válvulas 25, 26 están preferentemente
previstas para regular el indicado combustible mientras que otras
válvulas 21, 22 pueden estar dispuestas en las entradas de aire,
permitiendo el conjunto regular la temperatura de craqueo así como
la velocidad de subida de temperatura.
El craqueo se realiza en ausencia total de aire
y los efluentes de los quemadores de calentamiento 8 de la carga no
se encuentran en ningún momento en contacto con la carga a craquear
como se explicará ahora, en relación con las figuras 3 y 4.
Según la figura 3, el reactor de craqueo 7 está
constituido por una cubierta de materiales refractarios 29 provista
de tubos metálicos 30 por los cuales circula la carga a craquear que
entra por el conducto 6. Los quemadores 8 están montados en la pared
de materiales refractarios y calientan la pared exterior de los
tubos metálicos 30. La disposición de los tubos 30 y de los
quemadores 8 es elegida con el fin de obtener la velocidad de
subida de temperatura y el tiempo de permanencia óptimo para
craquear los gases con el mejor porcentaje de conversión.
El mejor porcentaje de conversión se obtiene
cuando la totalidad de los hidrocarburos pesados presentes en la
carga se convierten en gases ligeros. Los perfiles de
temperatura/tiempo de permanencia de la carga así como el contenido
en agua son por consiguiente seleccionados con el fin de maximizar
la conversión de los alquitranes minimizando la formación de
coque.
Medios de regulación de la temperatura de
craqueo están preferentemente previstos, en forma de válvulas: las
unas, 33a, 33b, para el gas combustible; otras 32a y 32b para el
aire de combustión.
Un tiempo de permanencia de los gases en el
medio de craqueo conforme a la invención se encuentra comprendido
entre 0,1 y 10 s, preferentemente entre 1 y 5 s.
Una segunda disposición posible del reactor 7 se
ilustra por la figura 4: el reactor 7 está aquí constituido por una
cubierta 29 de materiales refractarios inertes por la cual circula
la carga a craquear. Los quemadores 8 desembocan en unas cubiertas
31 estancas que penetran en el espacio interno del reactor 7. Las
cubiertas 31 pueden ser de cerámica o de carburo de silicio. La
transferencia térmica entre los quemadores y el gas a craquear se
debe a la radiación de los tubos 31. La disposición de los
quemadores 8 se elige con el fin de obtener la velocidad de subida
de temperatura y el tiempo de permanencia óptimo para craquear los
gases con el mejor porcentaje de conversión.
Las temperaturas de craqueo así como las
velocidades de subida de temperatura de los gases en el interior del
craqueador 7 están reguladas por válvulas situadas en las entradas
de gas combustible 34a, 34b y en la entradas de aire 35a, 35b.
Uno de los problemas encontrados en los
reactores de craqueo es la formación de coque. La formación de coque
en cantidad demasiado grande tiene el efecto natural de ensuciar los
quemadores de precalentamiento de la carga y limitar las
transferencias térmicas. En función de la velocidad de formación del
coque durante la etapa de craqueo de los gases, puede estar previsto
la colocación de dos reactores de craqueo que funcionan en paralelo:
mientras que uno de los dos reactores se utiliza para craquear los
gases, el segundo se encuentra en fase de descoquificado. Esta
operación de descoquificado se realiza por medios clásicos tales
como inyección de aire y/o de vapor de agua.
Otra solución, tal como la descrita por ejemplo
según el modo de realización de la figura 3, consiste en utilizar un
solo craqueador 7 provisto de varios tubos, siendo un solo tubo de
descoquificado durante un periodo de tiempo dado.
En todos los casos, a la salida del craqueador,
el gas craqueado está esencialmente constituido por gases ligeros
inconfensables tales como CO, CO_{2}, H_{2}, CH_{4},
C_{2}H_{x}, y partículas de coque en suspen-
sión.
sión.
El gas craqueado es preferentemente refrigerado
rápidamente a una temperatura final comprendida entre los 100 y los
500ºC, y de preferencia entre los 200 y los 300ºC, con el fin de
detener cualquier reacción química. Una conexión 9 permite
transportar los gases craqueados entre la salida del reactor 7 y la
entrada de un medio de refrigeración 10.
El gas refrigerado se filtra seguidamente en un
medio apropiado 11 con el fin de eliminar las partículas de coque en
suspensión. La filtración en el medio 11 se realiza a una
temperatura final comprendida entre los 100 y los 500ºC, y de
preferencia entre los 200 y los 300ºC. La filtración se realiza por
cualquier procedimiento y material, conocidos por si mismos tales
como filtro de cartuchos metálicos, filtro de mangueras,...La etapa
de filtración permite por consiguiente obtener un gas craqueado
desprovisto de polvo de coque y que puede por consiguiente ser
valorado pues tiene un poder calorífico elevado.
A título de ejemplo no limitativo, un gas de
este tipo puede ser utilizado en una caldera, un motor térmico o una
turbina de gas.
Por otro lado, sin salirse del marco de la
invención, un medio de compresión (no representado) puede estar
previsto para el gas a la salida del medio 11 de filtración.
A la salida del medio 11 de filtración, el gas
craqueado, refrigerado y filtrado puede dividirse en dos flujos: uno
para alimentar los quemadores 8 del medio 7 de craqueo térmico: una
conexión 12 se encuentra entonces prevista a este efecto. El segundo
flujo de gas se utiliza como se ha indicado anteriormente, para
alimentar un medio 13 de producción de energía. Un conducto
específico 14 es aquí necesario. Como se ha indicado anteriormente,
los quemadores 8 pueden no ser alimentados por el gas craqueado,
sino también por otro combustible apropiado.
El medio 13 de producción de energía es por otro
lado alimentado con aire por un conducto (no referenciado)
preferentemente equipado con un medio de regulación 23.
Una posibilidad, para optimizar el rendimiento
térmico, puede además consistir en enviar los humos procedentes de
la doble cubierta 3 hacia un medio 17 de recuperación de calor,
gracias a un conducto apropiado 15.
Los humos F procedentes del medio 17 de
recuperación de calor son seguidamente evacuados por medio de un
conducto 18 por ejemplo a una chimenea (no referenciada).
La energía (vapor, agua caliente...) procedente
del medio 17 es evacuada por medios apropiados 27.
Por otro lado una conexión 16 puede estar
prevista entre el medio de refrigeración 10 y el medio 17 de
recuperación de calor (caldera u otro) con el fin de transferir
calor del medio 10 al medio 17.
Por otra parte los humos procedentes del medio
13 pueden ser enviados por un conducto 19 hacia el medio 17 con el
fin de aumentar el rendimiento térmico global de la instalación.
La instalación que acaba de describirse permite
por consiguiente ventajosamente regular independientemente la
temperatura de la termolisis y del craqueo térmico.
La figura 2 ilustra un modo de realización de la
invención que difiere del de la figura 1 a nivel de los medios de
termolisis 1 y de combustión 2.
Según el segundo modo de realización, los
reactores de termolisis y de combustión se confunden en un solo
equipo.
El medio de combustión 2 puede situarse por
ejemplo por debajo de la totalidad o parte del medio de termolisis
1. Puede estar constituido por una rejilla conductora estrecha o un
pasillo fluidizado compartimentado o también por una cubeta de
tornillo. La regulación del perfil térmico a lo largo del eje de
dicho medio de combustión 2, puede realizarse por medio de los
caudales de aire de los cajones asociados al indicado medio de
combustión 2 con el fin de responder a las necesidades energéticas
locales del cilindro giratorio. Gracias a esta disposición del medio
de combustión 2, se gana en compacidad, se limitan las pérdidas
térmicas, se evitan las conexiones entre el medio de combustión 2 y
el termolizador 1 y se mejora el rendimiento energético operando con
excesos de aire más bajos, ya que la producción de energía se adapta
a la utilización.
Claims (21)
1. Procedimiento de producción de un gas
combustible a partir de una carga rica en materias orgánicas, que
comprende al menos una termolisis de la indicada carga seguida de un
craqueo térmico de los gases procedentes de la termolisis,
caracterizado porque la termolisis y el craqueo se realizan
en dos medios distintos (1, 7), porque se controla
independientemente la temperatura de la termolisis y la del craqueo
térmico, porque los productos sólidos procedentes de la indicada
termolisis se envían a un medio de combustión (2), porque el calor
generado por la indicada combustión se utiliza para realizar la
termolisis, porque la indicada termolisis se realiza en una zona de
temperaturas comprendida entre los 300ºC y los 900ºC bajo una
presión próxima a la presión atmosférica, y porque el indicado
craqueo térmico de la totalidad del gas procedente de la termolisis
se realiza entre los 800ºC y los 1200ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende además una etapa de
refrigeración rápida de los gases procedentes del craqueo
térmico.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende además
una etapa de filtración de los gases de craqueo refrigerados.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una parte de los
indicados gases de craqueo refrigerados y/o filtrados se envía a un
medio de producción de energía (13), tal como un motor o una
turbina.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque una parte de los
gases de craqueo se envía y utiliza como combustible para realizar
el indicado craqueo térmico.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque los humos
procedentes del medio (13) de producción de energía son enviados a
un medio (17) de recuperación de energía.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los humos
de combustión, después del calentamiento para la termolisis, son
enviados hacia un medio (17) de recuperación de energía.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque comprende además
una compresión de los gases filtrados antes de su introducción en el
medio de producción de energía (13).
9. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el medio de termolisis (1) y el medio de
combustión (2) forman un conjunto compacto.
10. Instalación destinada para producir un gas
combustible a partir de una carga rica en materia orgánica que
comprende medios (1) de termolisis de la indicada carga y medios (7)
de craqueo térmico dispuestos a continuación de los medios de
termolisis, caracterizada porque comprende medios
(20-26) destinados para regular independientemente
la temperatura de la termolisis y la temperatura de craqueo térmico
y medios de combustión (2) de los productos sólidos procedentes de
la indicada termolisis para que el valor generado por la mencionada
combustión realice la indicada termolisis dentro de una zona de
temperaturas comprendida entre los 300ºC y los 900ºC bajo un
presión próxima a la presión atmosférica y porque los medios de
craqueo (7) están dispuestos de tal forma que el craqueo térmico de
la totalidad del gas procedente de la termolisis se realice entre
los 800ºC y los 1200ºC.
11. Instalación según la reivindicación 10, que
comprende además un medio (10) de refrigeración rápida de los gases
procedentes de los medios (7) de craqueo térmico.
12. Instalación según la reivindicación 11 que
comprende además un medio (11) de filtración de los gases
refrigerados, colocado a la salida del medio (10) de
refrigeración.
13. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en la cual los indicados medios de
combustión (2) comprenden una primera alimentación (4) para los
sólidos procedentes del medio de termolisis (1), y una segunda
alimentación (20a) para el aire de combustión, eventualmente
precalentado.
14. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 ó 13, que comprende además un dispositivo (13)
de producción de energía, tal como un motor o una turbina, que
recibe los gases procedentes del medio (11) de filtración y/o los
gases procedentes del medio de refrigeración, permitiendo el
indicado dispositivo (13) producir calor y/o electricidad.
15. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 14, en la cual el calentamiento para el
craqueo térmico se realiza por medios (8) de combustión de una parte
de los gases procedentes del
craqueo.
craqueo.
16. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 15, que comprende además un medio de
compresión de los gases craqueados, refrigerados y filtrados,
situado río abajo del medio de filtración y río arriba del medio de
producción de energía (13).
17. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 16, en la cual los medios de termolisis (1, 3)
comprenden un horno giratorio que incluye un recinto rotativo (1)
para la carga, rodeado de un espacio (3) para su calentamiento.
18. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 17, en la cual los medios de combustión (2)
comprenden una salida (5) para los humos de combustión, estando la
indicada salida conectada con una entrada de los medios de
termolisis (1, 3).
19. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 18, en la cual el valor de combustión y los
humos procedentes del medio de combustión (2) calientan directamente
los medios de termolisis (1).
20. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 19, en la cual los medios de craqueo térmico
(7) comprenden una alimentación (6) para los gases de termolisis, un
conjunto de tubos metálicos (30) por los cuales circulan los gases
de termolisis, una cubierta de material refractario (29), una salida
(9) para los gases craqueados, un conjunto de quemadores (8)
alimentados con aire y gas combustible y que desembocan en el
recinto (29), estando además previstos medios (32a, 32b, 33a, 33b)
de regulación del caudal de cada alimentación y una salida para los
humos de los quemadores.
21. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 20, en la cual los medios (7) de craqueo
térmico comprenden una alimentación (6) para los gases de
termolisis, una cubierta (29) de materia refractaria, una salida (9)
para los gases craqueados, un conjunto de quemadores (8) que
desembocan cada uno en una cubierta estanca (31) que sobrepasa en
el interior del recinto (29), estando los quemadores (8) cada uno
alimentado con aire y gas combustible, y estando además previstos
medios (34a, 34b, 35a, 35b) de regulación del caudal en cada
alimentación, y al menos una salida para los humos de los
quemadores.
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