ES2270938T3 - Horno de gasificacion de lecho fijo para residuos organicos. - Google Patents
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Abstract
Horno de gasificación de lecho fijo en el que un agente gasificante que comprende un gas que contiene oxígeno es suministrado al horno (201) cargado con residuos orgánicos (206), los volátiles presentes en los residuos orgánicos son pirolizados y gasificados en la parte superior del horno, el carbono fijado residual (207) es gasificado por reacción con el agente gasificante en la parte inferior del horno, y el carbono fijado residual sirve asimismo para suministrar calor para la pirólisis de los volátiles, comprendiendo el horno dos secciones internas divididas: una sección de pirólisis de volátiles (202) para gasificar una porción del carbono fijado residual (207) por reacción con el agente gasificante y para pirolizar y gasificar los volátiles por el calor así desprendido; y una sección de combustión parcial/gasificación de carbono fijado (203) para hacer reaccionar el carbono fijado sobrante con el agente gasificante (211); caracterizado porque el horno comprende además: un primer conducto (205'') para suministrar un primer agente gasificante (211'') principalmente a la sección de pirólisis de volátiles (202); y un segundo conducto (205'''') para suministrar un segundo agente gasificante (211'''') principalmente a la sección de combustión parcial/gasificación de carbono fijado (203), de manera que permita el control de manera independiente de las composiciones y las tasas de alimentación de los primer y segundo agentes gasificantes.
Description
Horno de gasificación de lecho fijo para
residuos orgánicos.
La presente invención se refiere de manera
general a la combustión de residuos orgánicos, tales como neumáticos
de desecho y plásticos residuales. Más específicamente, la invención
se refiere a un horno de gasificación de lecho fijo para gasificar
dichos residuos orgánicos y producir asimismo negro de carbono, y a
un procedimiento para gasificar residuos orgánicos o para producir
negro de carbono a partir de dichos residuos mediante la utilización
de dicho horno.
Convencionalmente, los residuos orgánicos, tales
como neumáticos de desecho y plásticos residuales, se han incinerado
directamente con el fin de generar vapor por medio de un
intercambiador de calor y utilizando el vapor como fuente de calor.
Por lo tanto, dichos residuos orgánicos no han sido prácticamente
utilizados como un ingrediente o recurso para otros productos.
Tomando los neumáticos de desecho como ejemplo
de residuo orgánico, están compuestos de 50% a 60% de volátiles, 20%
a 30% de carbono fijado, y 10% a 15% de materia inorgánica, tal como
acero y ceniza, tal como se muestra en la Tabla 1. Debido a que los
neumáticos de desecho comprenden alambres de acero, resulta difícil
triturarlos en trozos pequeños. De acuerdo con ello, la práctica
convencional ha sido quemar neumáticos de desecho enteros en un
fogón o estufa o triturar los neumáticos de desecho en cubos de
aproximadamente 10 cm y quemarlos en un fogón o estufa. Sin embargo,
estos procedimientos de combustión implican los problemas
siguientes:
(1) Si se queman neumáticos de desecho con la
ayuda de aire, se descomponen y queman rápidamente los volátiles
presentes en los mismos. Como resultado, se alcanza localmente una
temperatura elevada, de 1.500ºC o superior, tendiendo a causar daños
en el horno. Además, se producen grandes cantidades de hollín y de
alquitrán a partir de la llama, requiriendo un tratamiento
posterior.
(2) El carbono fijado presenta una tasa de
quemado tan baja que puede formar un residuo en mezcla con materia
inorgánica. Este residuo no resulta fácil de eliminar.
(3) Por otra parte, si las ruedas de desecho son
quemadas con una mezcla gaseosa de aire y gas de escape de
combustión, el problema descrito en el párrafo anterior (1) es
paliado. No obstante, el problema descrito en el párrafo anterior
(2) se agrava debido a un incremento del carbono fijado residual.
Por lo tanto, alcanzar una solución global es imposible.
Por estos motivos, resulta difícil eliminar los
residuos orgánicos, tales como los neumáticos de desecho. En el
presente estado de la técnica, ha resultado imposible utilizar
recursos a partir de estos residuos.
| Componente | Contenido (%) | |
| Volátiles | Caucho crudo | 40-50 |
| Aceite | 5-10 | |
| Carbono fijado | 20-30 | |
| Acero y cenizas | 10-15 |
Con respecto a la presente invención, un ejemplo
de un horno de gasificación de lecho fijo convencional para la
gasificación de residuos orgánicos, tales como neumáticos de desecho
y plásticos residuales se ilustra en la fig. 7. En el horno de
gasificación de lecho fijo 201 de la Fig. 7, los volátiles presentes
en los residuos orgánicos 206 alimentados desde arriba se pirolizan
y se gasifican por el calor desarrollado como resultado de la
combustión parcial del carbono fijado presente en el residuo
subyacente, proporcionando de esta manera un residuo 207 constituido
en gran parte por carbono fijado. El carbono fijado presente en el
residuo 207 se quema parcialmente y gasifica con un agente
gasificante 211 que es una mezcla de un gas que contiene oxígeno y
vapor, y que se suministra a un espacio por debajo de una placa
perforada 204 a través de una válvula 212, y el carbono fijado sirve
para suministrar el calor requerido para pirolizar los volátiles. El
gas producido por la pirólisis y la gasificación de los volátiles y
el gas producido por la gasificación del carbono fijado se mezclan
conjuntamente y se extraen como gas gasificado de residuos orgánicos
210. Las rea-
cciones que se producen durante este procedimiento se representan mediante las ecuaciones siguientes (1), (2) y (3).
cciones que se producen durante este procedimiento se representan mediante las ecuaciones siguientes (1), (2) y (3).
(1)C + O_{2}
\hskip0,5cm\rightarrow
\hskip0,5cmCO + CO_{2} + Q_{1}
\hskip0,5cm(exotérmica)
(suministro del calor de reacción por la
combustión parcial y gasificación del carbono fijado)
(2)C + H_{2}O
\hskip0,5cm\rightarrow
\hskip0,5cmCO + H_{2} - Q_{3}
\hskip0,5cm(endotérmica)
(gasificación por la reacción de carbono fijado
con vapor)
(3)C_{n}H_{m}
\hskip0,5cm\rightarrow
\hskip0,5cmC_{n1}H_{m1} - Q_{2}
\hskip0,5cm(endotérmica)
(n > n1, m > m1)
(pirólisis y gasificación de volátiles)
Si la temperatura de pirólisis de volátiles es
elevada (por ejemplo de 700ºC o superior), se rompen de manera
extendida los enlaces C-C, de manera que se produce
en proporciones elevadas un gas hidrocarburo de bajo peso molecular
constituido por componentes de bajo peso molecular, tales como
metano (CH_{4}), etano (C_{2}H_{6}) y etileno
(C_{2}H_{4}). Por otra parte, si la temperatura de pirólisis es
baja (por ejemplo 500ºC a 700ºC), se produce un gas hidrocarburo de
elevado peso molecular que contiene compuestos aromáticos, tales
como benceno (C_{6}H_{6}), tolueno (C_{7}H_{8}) y naftaleno
(C_{10}H_{8}). Esta situación se muestra esquemáticamente en la
fig. 8.
Cuando se utiliza un gas obtenido mediante la
gasificación de residuos orgánicos como materia prima para la
formación de negro de carbono, el gas producido en el horno de
gasificación se introduce en un horno de combustión para la
formación de negro de carbono, y se quema en un ambiente pobre en
oxígeno para formar negro de carbono. Durante este procedimiento, se
quema predominantemente un gas constituido por componentes de bajo
peso molecular mediante la reacción con oxígeno, creando un área de
elevada temperatura. En este área de temperatura elevada, un gas
hidrocarburo de elevado peso molecular experimenta deshidrogenación
y policondensación repetidamente y de esta manera crece para formar
negro de carbono. Es decir, con el fin de incrementar el rendimiento
del negro de carbono, resulta preferido incrementar el contenido de
componentes de elevado peso molecular, tales como naftaleno
(C_{10}H_{8}) y antraceno (C_{14}H_{10}), en el gas obtenido
mediante la gasificación de los residuos orgánicos. Con este fin,
resulta preferible llevar a cabo la pirólisis de los volátiles a una
temperatura comprendida entre 500ºC y 700ºC.
Si la temperatura de pirólisis es superior a
700ºC, los enlaces C-C presentes en los volátiles se
romperán de manera extendida, produciendo hidrocarburos de bajo peso
molecular, tales como metano (CH_{4}), etano (C_{2}H_{6}) y
etileno (C_{2}H_{4}). Si es inferior a 500ºC, la pirólisis no se
producirá satisfactoriamente.
Habitualmente, la cantidad de calor requerida
para pirolizar y gasificar los volátiles a una temperatura
comprendida entre 500ºC y 700ºC será únicamente de aproximadamente
5% a 10% de la cantidad total de calor poseído por los residuos
orgánicos. En el caso de que el contenido de carbono fijado en los
residuos orgánicos sea elevado (por ejemplo del 20%), la combustión
de todo el carbono fijado desarrollará una cantidad excesiva de
calor.
De esta manera, cuando se desee producir un gas
hidrocarburo de elevado peso molecular a partir de volátiles en la
gasificación de residuos orgánicos, surgen los problemas siguientes.
Estos problemas dificultan el control de la temperatura de pirólisis
de los volátiles para que permanezcan en un intervalo apropiado.
(1) Si la tasa de alimentación de oxígeno se
reduce para disminuir la cantidad de carbono fijado que experimenta
combustión parcial (es decir, el calor de combustión, Q_{1}, de
carbono fijado) y de esta manera se reduce la temperatura de
pirólisis, queda un residuo que contiene carbono fijado. Este
residuo no resulta fácil de eliminar.
(2) Por el contrario, si se quema parcialmente
carbono fijado a una tasa de alimentación suficientemente elevada de
oxígeno, de manera que no quede ningún carbono fijado residual, se
incrementa el calor de combustión, elevando la temperatura de
pirólisis. Como resultado, no puede obtenerse gas hidrocarburo de
elevado peso molecular.
(3) La temperatura de reacción puede reducirse
mediante la adición de vapor al agente de gasificación. Sin embargo,
si la tasa de alimentación de vapor se eleva para incrementar la
cantidad de calor (Q_{3}) absorbida por la reacción del carbono
fijado con el vapor, el carbono fijado y el vapor no reaccionado
reaccionan con el gas hidrocarburo de elevado peso molecular
producido por la pirólisis de los volátiles, resultando en la
formación de hidrocarburos de bajo peso molecular.
(4)C_{n1}H_{m1} + H_{2}O
\hskip0,5cm\rightarrow
\hskip0,5cmC_{n2}H_{m2} + CO + H_{2} - Q_{4}
(n1 > n2, m1 > m2)
Además, tal como se ha indicado anteriormente,
se requiere un control correcto de la temperatura para obtener un
gas con una composición adecuada para la utilización como materia
prima para la producción de negro de carbono. En los hornos de
gasificación de lecho fijo convencionales, la tasa de alimentación
de todo el agente gasificante habitualmente se controla en respuesta
a la altura de la capa de residuos orgánicos dentro del horno y esto
implica los problemas siguientes.
Si la tasa de alimentación de los residuos
orgánicos varía, el cambio resultante en la tasa de alimentación del
agente gasificante se retrasa debido al retardo temporal del cambio
en la altura de la capa de residuos orgánicos. Esto provoca que se
desequilibre la proporción de agente gasificante/residuos orgánicos.
Como resultado, el suministro de calor por la combustión parcial y
gasificación del carbono fijado de acuerdo con las ecuaciones
anteriores (1) y (2) se desequilibra asimismo, de manera que puede
resultar modificada la temperatura interna del horno de
gasificación. De esta manera, la temperatura de pirólisis de los
volátiles dependiente de la ecuación (3) puede resultar modificada,
para alejarse de su intervalo apropiado. Es decir, si se reduce la
tasa de alimentación de residuos orgánicos, la proporción de agente
gasificante/residuos orgánicos se eleva indebidamente, resultando en
un incremento de la temperatura de pirólisis. Por el contrario, si
se incrementa la tasa de alimentación de residuos orgánicos, la
proporción de agente gasificante/residuos orgánicos se vuelve
temporalmente indebidamente reducida, resultando en una reducción de
la temperatura de pirólisis. En consecuencia, las propiedades del
gas de gasificación de residuos orgánicos resultante resultan
modificadas, conduciendo a un funcionamiento inestable del
procedimiento posterior (tal como el procedimiento de producción de
negro de carbono) que utiliza este gas.
Además, con el fin de mantener reducida la
temperatura de pirólisis de los volátiles, resulta necesario
mantener reducida la temperatura de combustión parcial/gasificación
del carbono fijado. Debido a que de esta manera se reduce la tasa de
reacción del carbono fijado, la capa de residuos orgánicos se vuelve
gruesa, requiriendo un horno de gasificación de lecho fijo de
grandes dimensiones.
La publicaciones de patente alemanas nº DE 25 20
492 y nº DE 26 22 266 dan a conocer disposiciones para el
tratamiento térmico de un material orgánico, y particularmente
material combustible sólido basado en carbono. La patente DE 26 22
266 hace especialmente referencia a la generación de gas a partir de
dicho material.
Un objetivo de la presente invención, dadas las
dificultades experimentadas en el control de la temperatura de
pirólisis, consiste en proporcionar un horno de gasificación de
lecho fijo que puede pirolizar los volátiles presentes en un residuo
orgánico en un intervalo de temperatura adecuado para la producción
de un gas hidrocarburo de alto peso molecular sin dejar ningún
carbono fijado residual, así como un procedimiento para la
gasificación de residuos orgánicos mediante la utilización de un
horno.
La presente invención proporciona un horno de
gasificación de lecho fijo que presenta las características
mencionadas en la reivindicación 1. La invención proporciona además
un procedimiento para la gasificación de residuos orgánicos que
presenta las características mencionadas en la reivindicación 2.
Según la presente invención, está previsto:
Un horno de gasificación de lecho fijo en el que
un agente de gasificación que comprende un gas que contiene oxígeno
es suministrado a dicho horno cargado con residuo orgánico, los
volátiles presentes en el residuo orgánico son pirolizados y
gasificados en la parte superior de dicho horno, y el carbono
fijado residual es gasificado por reacción con el agente gasificante
en la parte inferior de dicho horno y sirve asimismo para
suministrar el calor para la pirólisis de los volátiles,
comprendiendo dicho horno dos secciones internas divididas: una
sección de pirólisis de volátiles para gasificar una parte del
carbono fijado residual por reacción con el agente gasificante y
para pirolizar y gasificar los volátiles por el calor así
desprendido; y una sección de combustión parcial/gasificación de
carbono fijado para hacer reaccionar el carbono fijado sobrante con
el agente gasificante.
En otra realización de este horno está previsto
un primer conducto para suministrar un primer agente gasificante
principalmente a dicha sección de pirólisis de volátiles; y un
segundo conducto para suministrar un segundo agente gasificante
principalmente a dicha sección de combustión parcial/gasificación de
carbono fijado, de manera que permita controlar de manera
independiente las composiciones y las tasas de alimentación de los
primer y segundo agentes gasificantes.
Además, está previsto un procedimiento para la
gasificación de residuos orgánicos que comprende las etapas de
proporcionar un horno de gasificación de lecho fijo que comprende
dos secciones internas divididas: una sección de pirólisis de
volátiles para gasificar una parte del carbono fijado residual por
reacción a un primer agente gasificante y para pirolizar y gasificar
los volátiles mediante el calor así producido, y una sección de
combustión parcial/gasificación de carbono fijado para hacer
reaccionar únicamente el carbono fijado sobrante con un segundo
agente gasificante; alimentar residuos orgánicos a dicho horno; y
controlar la composición y la tasa de alimentación de los primer y
segundo agentes gasificantes para gasificar los residuos orgánicos,
de manera que la temperatura de dicha sección de pirólisis de
volátiles esté en el intervalo comprendido entre 500 y 700ºC y la
temperatura de dicha sección de combustión parcial/gasificación de
carbono fijado esté en el intervalo comprendido entre 700 y
1.500ºC.
El horno de gasificación de lecho fijo de la
presente invención y el procedimiento de gasificación que utiliza
este horno hace posible la producción de gas hidrocarburo de alto
peso molecular que contiene compuestos aromáticos a partir de
residuos orgánicos tales como ruedas de desecho y, además, gasificar
dichos residuos orgánicos completamente sin dejar ningún gas fijado
residual. El gas gasificado de residuos orgánicos obtenido según la
invención que contiene un gas hidrocarburo de alto peso molecular a
una concentración elevada es especialmente adecuado para su
utilización como materia prima para la preparación de negro de
carbono.
La Fig. 1 es una representación esquemática de
una primera forma de realización del horno de gasificación de lecho
fijo de la presente invención;
la Fig. 2 es una representación esquemática de
una segunda forma de realización del horno de gasificación de lecho
fijo de la invención;
la Fig. 3 es una gráfico que muestra las
relaciones entre la proporción aire/carbono fijado \lambda_{C} y
la temperatura de gasificación de carbono fijado T_{C} y entre la
proporción aire/carbono fijado \lambda_{C} y la temperatura
T_{g}1 tras la pirólisis y la gasificación de los volátiles por la
utilización de la totalidad del gas gasificado de carbono fijado
resultante, como se determina en caso de que las ruedas de desecho
sean gasificadas con la ayuda del aire;
la Fig. 4 es un gráfico que muestra la relación
entre la proporción de distribución a del gas gasificado de carbono
fijado distribuido entre las dos divisiones del horno de
gasificación y la temperatura T_{g}2 tras la pirólisis y la
gasificación de los volátiles;
la Fig. 5 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo del horno de gasificación de lecho fijo de la
invención;
la Fig. 6 es una vista esquemática que ilustra
otro ejemplo del lecho de gasificación de lecho fijo de la
invención;
la Fig. 7 es una representación esquemática de
un ejemplo de un horno convencional para la gasificación de residuos
orgánicos; y
la Fig. 8 es un gráfico que muestra
esquemáticamente la relación entre la temperatura de pirólisis de
los residuos orgánicos y la composición del gas así producido.
La presente invención se describirá a
continuación haciendo referencia a las Figs. 1 a 6.
La Fig. 1 es una representación esquemática de
una primera forma de realización del horno de gasificación de lecho
fijo de la presente invención. El espacio interno de este horno de
gasificación de lecho fijo 201 está dividido verticalmente por una
partición (como una placa divisora) 214 en dos secciones, a saber,
una sección de pirólisis de volátiles 202 y una sección de
combustión parcial/pirólisis de carbono fijado 203. Se forma un
espacio bajo la partición 214 para permitir al residuo constituido
en gran parte por carbono fijado 207 desplazarse desde la sección de
pirólisis de volátiles 202 a la sección de combustión
parcial/pirólisis de carbono fijado 203. Los residuos orgánicos (tal
como ruedas de desecho y plásticos residuales) 206 se alimentan a la
sección de pirólisis de volátiles 202, en la que los volátiles
presentes en el residuo orgánico 206 son calentados por el gas de
combustión de carbono fijado 213 que se obtiene de la combustión
parcial de una parte del carbono fijado 207, y por lo tanto
pirolizados y gasificados para producir un gas gasificado de
volátiles 208. El resto del carbono fijado 207 se desplaza a la
sección de combustión parcial/pirólisis de carbono fijado 203, en la
que se quema parcialmente para producir un gas gasificado de carbono
fijado 209. En la parte superior del horno de gasificación de lecho
fijo 201, el gas gasificado de volátiles 208 y el gas gasificado de
carbono fijado 208 son mezclados conjuntamente para producir un gas
gasificado de residuos orgánicos 210. El número de referencia 211
designa un agente gasificante suministrado a un espacio por debajo
de una placa perforada 204 a través de un conducto de suministro de
agente gasificante 205 provisto de una válvula 212.
En este horno de gasificación, la temperatura de
la sección de pirólisis de volátiles 202 está controlada de manera
que esté en el intervalo comprendido entre 500 y 700ºC. Si la
temperatura es inferior a 500ºC, la reacción de pirólisis no tendrá
lugar de manera satisfactoria, mientras que si es superior a 700ºC,
la proporción de un gas hidrocarburo de alto peso molecular será
reducido de manera no deseada como se ha establecido
anteriormente.
La temperatura de la sección de combustión
parcial/pirólisis de carbono fijado 203 debería estar en el
intervalo comprendido entre aproximadamente 700 y 1.500ºC, aunque
puede variar según la proporción de aire y otros factores. Si la
temperatura es inferior a 700ºC, la combustión parcial no se
mantendrá, mientras que si la temperatura es superior a 1.500ºC,
pueden surgir problemas como los daños en el horno.
Las temperaturas de la sección de pirólisis de
volátiles 202 y la sección de combustión parcial/pirólisis de
carbono fijado 203 pueden controlarse mediante la regulación de la
tasa de alimentación del agente gasificante 211 (a saber, la
proporción de aire) y la proporción de distribución.
Por ejemplo, cuando la proporción de aire con
respecto al carbono fijado (a saber, la proporción de aire a su
cantidad estequiométrica para una cantidad dada de combustibles)
\lambda_{C}_{,} es modificada en un caso en el que las ruedas
de desecho son gasificadas con la ayuda de aire, la temperatura
T_{c} de gasificación de carbono fijado y la temperatura T_{g}1
tras la pirólisis y la gasificación de los volátiles mediante la
utilización de la totalidad del gas gasificado de carbono fijado
resultante cambian como se muestra en la Fig. 3. Como puede
apreciarse a partir de la Fig. 3, el carbono fijado permanece si
\lambda_{C} \leq 0,5. Por otra parte, T_{g}1 excede de
750ºC cuando \lambda_{C}_{ }\geq 0,6, de manera que un gas
gasificado de volátiles que presenta un alto contenido de
componentes de alto peso molecular no puede producirse. Es decir, el
intervalo apropiado de la proporción carbono fijado/aire es tan
limitado que el control de la temperatura es difícil.
Sin embargo, cuando el espacio interno del horno
de gasificación es dividido en una sección de pirólisis de volátiles
y una sección de combustión parcial/pirólisis de carbono fijado y el
gas gasificado de carbono fijado es distribuido entre estas
secciones, la relación entre la temperatura T_{g}2 tras la
pirólisis y la gasificación de los volátiles y la proporción de
distribución a es como se ha representado en la Fig. 4, incluso en
una \lambda_{C}_{ }de 0,6. Así, T_{g}2 puede mantenerse en
el intervalo comprendido entre 500 y 700ºC.
Los componentes de alto peso molecular tales
como los hidrocarburos aromáticos presentes en el gas gasificado de
volátiles una vez producido son estables a temperaturas de hasta
aproximadamente 850ºC. Incluso si el gas gasificado de volátiles se
mezcla con el gas gasificado de carbono fijado derivado, el primero
es calentado únicamente a aproximadamente 750ºC y por lo tanto no
experimenta ninguna modificación de la composición.
La Fig. 2 es una representación esquemática de
una segunda forma de realización del horno de gasificación de lecho
fijo de la presente invención. Este horno de gasificación es
sustancialmente el mismo que el de la Fig. 1, con la excepción de
que el primero presenta dos conductos de suministro de agente
gasificante 205' y 205'' que posibilitan suministrar dos agentes
gasificantes 211' y 211'' que presentan composiciones y tasas de
alimentación diferentes a través de las válvulas 212' y 212'',
respectivamente. De esta manera, los agentes gasificantes que
presentan composiciones y tasas de alimentación diferentes pueden
ser suministrados de manera separada a la sección de pirólisis de
volátiles y la sección de combustión parcial/pirólisis de carbono
fijado, de manera que el control de la temperatura resulta más
fácil.
Como agente gasificante, puede ser utilizado un
gas que contiene oxígeno tal como aire o un gas que presenta un
vapor añadido al mismo. Cuando el agente gasificante contiene
vapor, tiene el efecto de reducir la temperatura de combustión
parcial/gasificación según la ecuación descrita anteriormente (3).
Sin embargo, si el vapor no reaccionado entra en contacto con el gas
gasificado de volátiles en la parte superior del horno de
gasificación, el gas hidrocarburo de alto peso molecular se
convierte en uno de bajo peso molecular según la ecuación descrita
anteriormente (4). Por lo tanto, el vapor debería ser añadido en tal
cantidad que la proporción equivalente molar de vapor a carbono
fijado (H_{2}O/C) no sea superior a 1.
Si dos conductos de suministro de agente
gasificante para el suministro de los agentes gasificantes que
presentan composiciones diferentes a la sección de pirólisis de
volátiles y la sección de combustión parcial/pirólisis de carbono
fijado están previstos como se aprecia en el horno de gasificación
de la Fig. 2, se prefiere suprimir el suministro de vapor a la
sección de pirólisis de volátiles o suministrar vapor a la sección
de pirólisis de volátiles a una tasa de alimentación inferior a la
de la sección de combustión parcial/pirólisis de carbono fijado.
A continuación, se explica la presente invención
con mayor detalle haciendo referencia a los ejemplos siguientes.
La Fig. 5 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo de un horno de gasificación de lecho fijo de la presente
invención. Este horno de gasificación de lecho fijo 201 presenta una
placa perforada cónica giratoria ligeramente inclinada 204 y una
envuelta interior 215 que delimita un compartimento A 215 (a saber,
una sección de pirólisis de volátiles) por encima de ella, en el
interior de una envuelta exterior 216 que constituye la pared
exterior de un horno de gasificación de lecho fijo 201. La envuelta
interior 215 y la envuelta exterior 216 están dimensionadas de
manera que la proporción de la zona de sección transversal de la
envuelta interior 215 a la zona de sección transversal del espacio
entre la envuelta interior 215 y la envuelta exterior 216 (a saber,
un compartimento B 218 que constituye una sección de combustión
parcial/gasificación de carbono fijado) es igual a aproximadamente
1:1. Se suministra aire 223 como agente gasificante a través de un
conducto de suministro de agente gasificante 205 y las válvulas 212
a un espacio por debajo de la placa perforada 204.
Utilizando este horno de gasificación de lecho
fijo 201, las ruedas de desecho que proporcionan un ejemplo típico
de residuo orgánico fueron sometidas a un ensayo de gasificación.
Con la excepción del acero y la ceniza, las ruedas de desecho
contienen aproximadamente 70% en peso de volátiles (tal como caucho
crudo y aceite) y aproximadamente 30% en peso de negro de carbono
(carbono fijado).
Las ruedas de desecho 220, que habían sido
troceadas, se alimentaron a una parte superior de un compartimento A
217 en el interior de la envuelta interior 215 a través de una
deslizadera de carga 219. Estas ruedas de desecho 220 se calentaron
mediante un gas producido en la parte inferior del compartimento A
217 como resultado de la combustión parcial de una porción del
carbono fijado presente en el residuo 221 con la ayuda del aire 223
suministrado como agente gasificante a través de una válvula 212, de
manera que los volátiles presentes fueron pirolizados y gasificados
para producir gas gasificado de volátiles 208. Tras la eliminación
de los volátiles, el residuo resultante (constituido principalmente
por carbono fijado) 221 se desplazó al compartimento B 218 con la
rotación de la placa perforada 204, y fue parcialmente quemado y
gasificado con la ayuda del aire 223 suministrado como agente
gasificante a través de la otra válvula 212. El gas gasificado de
carbono fijado 209 así producido se mezcló con el gas gasificado de
volátiles 208 en la parte superior del horno de gasificación para
producir un gas gasificado de ruedas de desecho 222.
Las proporciones de los agentes gasificantes
suministrados al compartimento A 217 y al compartimento B 218 pueden
estar reguladas de manera arbitraria según la composición del
residuo orgánico utilizado y otros factores. Además de un gas que
contiene oxígeno como el aire, puede utilizarse asimismo un gas que
presenta una cantidad adecuada de vapor añadido al mismo como agente
gasificante.
La Fig. 6 es una vista esquemática que ilustra
otro ejemplo de un horno de gasificación de lecho fijo de la
presente invención. Este horno de gasificación de lecho fijo 201
presenta sustancialmente la misma estructura que el horno de
gasificación de lecho fijo de la Fig. 5, con la excepción de que el
primero está provisto de dos conductos de suministro de agente
gasificante. Específicamente, este horno de gasificación de lecho
fijo 201 presenta una placa perforada cónica giratoria ligeramente
inclinada 204 y una envuelta interior 215 que delimita un
compartimento A 215 (a saber, una sección de pirólisis de volátiles)
por encima de la misma, en el interior de una envuelta exterior 16
que constituye la pared exterior del horno de gasificación de lecho
fijo 201. La envuelta interior 215 y la envuelta exterior 216 están
dimensionadas de manera que la proporción de la zona de sección
transversal de la envuelta interna 215 a la zona de sección
transversal del espacio entre la envuelta interior 215 y la envuelta
exterior 216 (a saber, un compartimento B 218 que constituye una
sección de combustión parcial/gasificación de carbono fijado) es
igual a aproximadamente 1:3. Se suministra aire 223 a un espacio
por debajo de la placa perforada 204 a través de un conducto de
suministro de agente gasificante 205' y se suministra una mezcla
gaseosa de oxígeno 224 y vapor 225 a través de un conducto de
suministro de agente gasificante 205''. En este horno, el aire 223
suministrado a través del conducto de suministro de agente
gasificante 205' es introducido principalmente en el compartimento
A, mientras que la mezcla gaseosa de oxígeno 224 y vapor 225
suministrada a través del conducto de suministro de agente
gasificante 205'' es introducida principalmente en el compartimento
B.
Utilizando este horno de gasificación de lecho
fijo 201, las mismas ruedas de desecho utilizadas en el ejemplo 1
fueron sometidas a un ensayo de gasificación. Las ruedas de desecho
220, que habían sido troceadas, se alimentaron a una parte superior
del compartimento A 217 dentro de la envuelta interior 215 a través
de una deslizadera de carga 219. Estas ruedas de desecho 220 se
calentaron mediante un gas de combustión de carbono fijado 213
producido en la parte inferior del compartimento A 217 como
resultado de la combustión parcial de una porción del carbono fijado
presente en el residuo 221 con la ayuda del aire 223 suministrado
como agente gasificante, de manera que los volátiles presentes
fueron pirolizados y gasificados para producir un gas gasificado de
volátiles 208. Una porción del residuo resultante (constituido en su
mayor parte por carbono fijado) 221 es quemada, mientras que el
resto es desplazado al compartimento B 218 con la rotación de la
placa perforada 204, y fue parcialmente quemado y gasificado con la
ayuda de la mezcla gaseosa de oxígeno 224 y vapor 225 suministrada
como agente gasificante. Por lo tanto se produjo un gas gasificado
de carbono fijado 209 que contiene componentes combustibles como CO
y H_{2}. Este gas gasificado de carbono fijado 209 se mezcló con
el gas gasificado de volátiles 208 en la parte superior del horno de
gasificación para producir un gas gasificado de ruedas de desecho
222.
Cuando el aire 223 se suministró al
compartimento A 217 a una proporción equivalente molar de 0,3 sobre
la base del carbono fijado (aproximadamente 30% en peso) presente en
las ruedas de desecho 220 (a saber, 0,8 Nm^{3} de aire por kg de
rueda de desecho), aproximadamente la mitad del carbono fijado fue
quemada para producir un gas gasificado de carbono fijado 213 que
contiene CO, Co_{2} y similares en adición a N_{2} y que
presenta una temperatura de aproximadamente 1.000ºC. Las ruedas de
desecho 220 fueron calentadas mediante este gas gasificado de
carbono fijado 213, de manera que los volátiles son pirolizados a
aproximadamente 500ºC para producir un gas gasificado de volátiles
que contiene hidrocarburos de alto peso molecular. Por otra parte,
el resto de carbono fijado en el residuo 221 fue parcialmente
quemado y gasificado en el compartimento B 218 con una mezcla
gaseosa de oxígeno 224 y vapor 225 que contiene oxígeno y vapor a
proporciones equivalentes molares de 0,4 y 1,2, respectivamente (a
saber, 0,11 Nm^{3} de oxígeno y 0,34 Nm^{2} de vapor por kg de
rueda de desecho). Por lo tanto, se obtuvo un gas gasificado de
carbono fijado 209 que contiene volúmenes prácticamente iguales de
CO_{2}, CO, H_{2} y H_{2}O y que presenta una temperatura de
aproximadamente 1.000ºC.
Claims (2)
1. Horno de gasificación de lecho fijo en el
que un agente gasificante que comprende un gas que contiene oxígeno
es suministrado al horno (201) cargado con residuos orgánicos (206),
los volátiles presentes en los residuos orgánicos son pirolizados y
gasificados en la parte superior del horno, el carbono fijado
residual (207) es gasificado por reacción con el agente gasificante
en la parte inferior del horno, y el carbono fijado residual sirve
asimismo para suministrar calor para la pirólisis de los volátiles,
comprendiendo el horno dos secciones internas divididas: una sección
de pirólisis de volátiles (202) para gasificar una porción del
carbono fijado residual (207) por reacción con el agente gasificante
y para pirolizar y gasificar los volátiles por el calor así
desprendido; y una sección de combustión parcial/gasificación de
carbono fijado (203) para hacer reaccionar el carbono fijado
sobrante con el agente gasificante (211);
caracterizado porque el horno comprende
además:
un primer conducto (205') para suministrar un
primer agente gasificante (211') principalmente a la sección de
pirólisis de volátiles (202); y
un segundo conducto (205'') para suministrar un
segundo agente gasificante (211'') principalmente a la sección de
combustión parcial/gasificación de carbono fijado (203), de manera
que permita el control de manera independiente de las composiciones
y las tasas de alimentación de los primer y segundo agentes
gasificantes.
2. Procedimiento para la gasificación de
residuos orgánicos caracterizado porque presenta las etapas
siguientes:
proporcionar un horno de gasificación de lecho
fijo que comprende dos secciones internas divididas: una sección de
pirólisis de volátiles para gasificar una porción del carbono fijado
residual por reacción con un primer agente gasificante y para
pirolizar y gasificar los volátiles por el calor así desprendido, y
una sección de combustión parcial/gasificación de carbono fijado
para hacer reaccionar únicamente el carbono fijado sobrante con un
segundo agente gasificante;
alimentar residuos orgánicos al horno; y
controlar la composición y la tasa de
alimentación de los primer y segundo agentes gasificantes para la
gasificación de los residuos orgánicos, de manera que la temperatura
de la sección de pirólisis de volátiles esté en el intervalo
comprendido entre 500 y 700ºC y la temperatura de la sección de
combustión parcial/gasificación esté en el intervalo comprendido
entre 700 y 1.500ºC.
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