ES2273494T3 - Aparato reactor de gasificacion. - Google Patents

Abstract

Aparato (10) reactor de gasificación, que comprende una cámara (70) de combustión en la que está montado un vaso (12) de gasificación que tiene una parte superior, una entrada (41) para la carga (14, 14'') de alimentación que ha de ser gasificada y una salida (24, 38) para descargar el gas producido, incluyendo la entrada (41) medios (50) de obturación y de aislamiento del aire para impedir la entra- da de aire en el vaso (12) con la carga de alimentación, y en una parte superior (12'') del vaso (12) hay una combina- ción de ventilador giratorio y unidad ciclónica (20) que, en uso, respectivamente, (a) dispersa la carga (14, 14'') de alimentación entrante en contacto con una pared interior caliente del vaso (12), y (b) establece un ciclón en el gas producto para liberar el gas producto de materia en forma de partículas antes de la descarga desde la salida (24, 38), teniendo la unidad de ventilador palas de ventilador que comprenden placas (163) que se extienden radialmente sobre una superficiesuperior del mismo para dispersar la carga (14, 14'') de alimentación entrante contra la pared interior caliente en la parte superior del vaso, y estando posicionada la entrada (41) para alimentar la carga de alimentación a las placas (163).

Description

Aparato reactor de gasificación.

La presente invención se refiere a un aparato de reacción de gasificación.

Más particularmente, el presente aparato está destinado a convertir materiales orgánicos, o materiales que contengan materia orgánica, en gas de alto valor calorífico. Es especialmente aplicable al desecho de residuos.

Existe una necesidad creciente de desechar residuos tales como residuos comerciales o municipales (domésticos). El relleno de tierras ha sido un medio tradicional de desecho pero tiene numerosos inconvenientes que son bien conocidos. La incineración es posiblemente un mejor método de desecho, pero tiene sus limitaciones. En particular, los regímenes de conversión de energía son comparativament4e bajos y la utilización de calor residual tal como para calefacción del distrito, está obstaculizada con problemas de eficiencia y elevados gastos de capital de distribución del calor. Los incineradores producen grandes volúmenes de gases de combustión de valor calorífico bajo. Estos gases han de ser limpiados, lo cual es caro, antes de ser descargados en la atmósfera. Los incineradores producen también grandes cantidades de cenizas, que requieren ser desechadas.

La incineración por lo tanto no es en modo alguno una alternativa ideal al relleno de tierras.

La gasificación es una alternativa potencialmente atractiva a la incineración. En la gasificación, la materia orgánica se descompone directamente, es decir, se convierte pirolíticamente en la ausencia de aire, en gas combustible y cenizas. Desafortunadamente, con los gasificadores actuales el gas producido está muy contaminado con partículas de carbón y cenizas. El gas necesita una limpieza considerable y costosa antes de que pueda ser utilizado eficientemente como una fuente de calor o para la conversión en electricidad. Frecuentemente, el gas producido por la instalación de gasificación existente está contaminado con dioxinas de elevada toxicidad.

El objeto de la presente invención es desarrollar un convertidor o gasificador muy eficiente capaz de producir un gas limpio de alto valor calorífico con un mínimo de cenizas. Otro objeto es desarrollar un diseño de convertidor o gasificador adaptable adecuado para ser utilizado en lugares de desecho de residuos municipales a gran escala, así como para funcionar en pequeños lugares tales como hoteles, fábricas y zonas comerciales. En la última aplicación, el gasificador debería satisfacer convenientemente todas las necesidades de energía del lugar, y podría ser sustancialmente autosuficiente.

Una instalación de desecho de residuos municipales que incorpore el presente aparato de reacción de gasificación puede ser organizada como se describe en la descripción general que sigue.

Los residuos sólidos entrantes se hacen pasar a una estación de clasificación. En ella, los objetos de metal, ferrosos y no ferrosos, se eliminan. Asimismo se eliminan los objetos cerámicos y de vidrio. Los residuos sólidos restantes son básicamente de materia orgánica, incluyendo materiales celulósicos, plásticos y de caucho. El residuo se hace pasar a continuación a una estación de trituración para que sea dividido en pequeñas partículas de tamaño relativamente uniforme. En esta etapa, el residuo contendrá normalmente grandes cantidades de humedad, por tanto se hará pasar a una secadora. La energía para el secado se toma del escape de la caldera/motor que se usa para la conversión posterior del gas en energía utilizable, es decir electricidad o calor. La humedad eliminada en forma de vapor de agua puede ser condensada para ser descargada en un albañal.

El residuo seco, si tiene la forma de tarta se tritura, y se suministra entonces al gasificador para la descomposición en gas inflamable y ceniza. El gas que se produce puede ser usado para diversos propósitos, pero su destino primario es accionar un generador de turbina de gas para producir electricidad, parte de la cual o cuya totalidad puede ser suministrada al sistema de red nacional de energía eléctrica. Algo del gas se usa para calentar el aparato de gasificación. El escape de este último puede ser usado para calentar la secadora indirectamente. El escape del generador de turbina de gas puede ser alimentado a un intercambiador de calor para producir vapor sobrecalentado, para alimentar el generador de la turbina de vapor. Algo del vapor podría ser usado para calentar la secadora. La electricidad producida por el generador de turbina de vapor puede ser utilizada para las necesidades de la instalación o puede ser suministrada al sistema de la red nacional.

De la descripción anterior se deducirá que la instalación es económicamente muy conveniente. La adquisición del combustible (residuo), puede no costarle nada al operador de la instalación. Ciertamente, el operador puede ser capaz de cargar a los productores por el desecho de los residuos. Una vez instalada y funcionando, la instalación no tiene gastos operacionales significativos distintos a los salarios, el mantenimiento y las reparaciones rutinarias. La entrada de energía para el funcionamiento de la instalación puede obtenerse eficazmente del propio residuo. El exceso de energía
obtenido de los residuos puede ser vendido para obtener un beneficio, por ejemplo, como energía eléctrica o térmica.

FR-A-544034 describe un aparato para la destilación de carbón, esquistos y otros materiales sólidos y comprende una tubería de inyección a través de la cual el material que se ha de destilar, mantenido en suspensión en el estado de polvo fino en una corriente de fluido que circula rápidamente, es introducido tangencialmente en un separador ciclónico calentado a través de sus paredes exteriores y montado en el interior con palas que giran rápidamente alrededor de un eje central y actúan a la vez como ventiladores y trituradores.

Los gases destilados y los vapores dejan el ciclón a través del conducto de humos central, en cuyo centro gira el eje, para ser introducidos en la envuelta de recuperación.

Los residuos sólidos de la destilación (partículas de cok) son forzados contra las paredes interiores del ciclón y pueden ser retirados de este de vez en cuando a través de tomas proporcionadas en la parte inferior del cono de base de donde son finalmente recogidos después de ser desprendidos de dichas paredes.

El documento DE-A-2.566.792 describe un método para la pirolisis limpia de partículas sólidas que contienen carbono el cual, cuando están suspendidas en una corriente de gas, constituye la carga que se suministra a un reactor ciclónico que comprende medios para extraer el gas metano de descarga por una parte, y el residuo sólido por otra, caracterizado porque el ciclón del reactor ciclónico comprende medios de calentamiento de la pared lateral para transmitir a la carga el calor requerido para la reacción, y medios de introducción de la carga para asegurar que la temperatura de la pared cilíndrica en la zona de introducción es uniforme a través de toda su periferia.

La presente invención es como se reivindica en las reivindicaciones.

El aparato de la presente invención, se usa en un método de gasificación de materia orgánica sólida o líquida para producir un producto gaseoso de alto valor calorífico, que implica las operaciones de calentar un vaso de gasificación a elevada temperatura mientras se excluye aire del mismo, admitir una carga de alimentación sin aire en la parte superior del vaso y dispersar centrifugando la carga de alimentación mediante un ventilador en contacto inmediato con el interior caliente del vaso, para la descomposición en gas y cenizas, y ejercer un movimiento ciclónico en el gas producido dentro del vaso para el craqueo del mismo y para limpiarlo sustancialmente de la materia en forma de partículas tal como la ceniza, siendo dirigido el gas a una salida a lo largo de una trayectoria axial central a través del vaso.

La invención se describirá a continuación con más detalle, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la figura 1 es una vista parcial en sección de un primer aparato de reacción de gasificación según la presente invención;

la figura 2 es una vista parcial en sección de una segunda instalación de reacción de gasificación según la presente invención;

la figura 3 es una vista en sección transversal del montaje de rotor de la instalación de reacción de gasificación de la figura 2;

las figuras 4 y 5 son vistas en sección transversal del montaje de árbol superior e inferior, respectivamente, que soporta el montaje de rotor de la instalación de reacción de gasificación de la figura 2;

la figura 6 es una vista de detalle de la porción anular VI de la figura 2; y

la figura 7 es una vista de detalle de la porción anular VII de la figura 2.

El aparato 10 de reacción de gasificación de la figura 1 comprende un vaso 12 de gasificación, por ejemplo, de acero inoxidable. En este vaso, la carga 14, 14' de alimentación se convierte pirolíticamente en un gas de alto valor calorífico, y cenizas, en una atmósfera no oxidante dentro del vaso 12. El vaso 12 tiene una parte 12' superior cilíndrica recta y una parte inferior troncocónica 12'' que tiene conicidad hacia, y termina en, un colector 16 de cenizas. Este último está provisto de dos válvulas 18 de compuerta espaciadas entre sí que constituyen un bloqueo para el aire, por medio de las cuales las cenizas pueden ser periódicamente descargadas sin permitir que entre aire en el vaso 12 de gasificación.

El vaso 12 de gasificación tiene una unidad 20 de ventilador de ciclón en su parte superior 12', estando montado el ventilador ciclónico 20 sobre un árbol hueco 22 que se extiende hacia arriba desde el vaso. El árbol está contenido dentro de un conducto erecto 24 soldado a una cubierta superior 26 del vaso. A su vez, el árbol 22 está acoplado a un árbol 28 de accionamiento. El árbol 28 de accionamiento está suspendido en un montaje 30 de soporte hermético al aire y al gas que cierra la parte superior del conducto 24, y preferiblemente está refrigerado por un fluido. Se proporciona el dispositivo 32 de accionamiento de motor eléctrico para hacer girar los dos árboles 22, 28 y por tanto el ventilador ciclónico 20.

Los dos árboles 22, 28 están soportados en esencia solamente por el montaje 30 de soporte. El árbol 22 se extiende hacia abajo a través del ventilador ciclónico 20. Montado en su extremo inferior hay un casquillo 34 de grafito, que interiormente recibe un pasador de centrado montado sobre una araña 36. Existe un juego de aproximadamente 1 mm entre el interior del casquillo 34 y el pasador de centrado. Juntos, el casquillo y el pasador no funcionan como un soporte para el árbol 28, solamente el montaje 30 de soporte soporta el árbol para giro. El pasador y el casquillo 34 constituyen principalmente una medida de seguridad, para limitar o restringir al movimiento radial del árbol 22 y del ventilador ciclónico 20 dentro de límites de seguridad.

El aire no puede entrar en el aparato 10 y particularmente en el vaso 12 como se ha descrito hasta ahora, ni se permite que escape gas del vaso a excepción de a través de un conducto 38 de gas. El conducto 38 de gas está derivado del conducto erecto 24, e incluye una conexión 40 con una obturación de presión de seguridad, no mostrada.

La carga 14, 14' de alimentación para la conversión en gas se introduce sin aire en el vaso 12 a través de una entrada 41, que se caracteriza por un conducto 42 de expansión telescópico, hermético al aire, que está soldado a la cubierta superior 26. En la instalación, la carga 14 de alimentación será de residuos sólidos municipales en forma de pequeñas partículas, secas que en su mayor parte son de naturaleza fibrosa. No obstante, la carga de alimentación no está limitada en modo alguno al residuo sólido municipal. Ciertamente, pueden ser usadas otras cargas de alimentación y no es necesario que sean sólidas. Por ejemplo, pueden ser alimentados aceites usados por la tubería 44 dentro del vaso 12 para gasificación como carga 14' de alimentación. Tales aceites pueden ser convertidos en gas especialmente de alto valor calorífico. En algunos casos, puede ser conveniente introducir cargas de alimentación tanto sólidas como líquidas al mismo tiempo en el vaso 12 pues la utilización de una mezcla de cargas de alimentación permite que la composición química y el valor calorífico del gas producido sean controlados.

La carga de alimentación sólida se suministra exenta de aire a la entrada 41 del vaso mediante un aparato 50 alimentador obturado.

Brevemente, el aparato 50 alimentador que suministra la carga de alimentación exenta de aire al conducto 42, comprende una cámara 52 con una entrada 54 de carga de alimentación y una salida de carga de alimentación que se abre en el conducto. Medios 56 de obturación en un lugar situado entre la entrada y la salida puentean la cámara 52. Los medios de obturación incluyen un par de rodillos 58 contrarrotativos que contactan entre sí y forman un estrechamiento de presión flexible. El estrechamiento se extiende sustancialmente vertical y permite que la carga de alimentación pase entre los rodillos 58 en su recorrido hacia la salida, y forma una obturación que impide sustancialmente que gas o aire pasen entre los rodillos.

El aparato 50 alimentador obturado está colocado debajo de un transportador (no mostrado) de suministro, para recibir la carga 14 de alimentación de partículas desde el transportador. Los medios 56 de obturación dividen eficazmente la cámara 52 en dos partes, una que incluye la entrada 54 que se abre a la atmósfera y la otra, debajo de los medios de obturación, que está aislada de ese modo de la atmósfera. Gracias a los rodillos elásticos 58, que son accionados por un motor 60, la carga 14 de alimentación que cae por gravedad desde el transportador se hace pasar, sin aire, dentro de la parte inferior de la cámara 52. Desde allí, la carga de alimentación se hace avanzar hasta la salida, conducto 42 y entrada 41 mediante un transportador 61 de barra de oscilación, de clase conocida. La parte inferior de la cámara puede ser proporcionada con al menos un accesorio de gas (no mostrado). Mediante este medio, en el arranque del aparato 10 la parte inferior de la cámara puede ser evacuada o lavada con gas inerte. Será llenada con el gas producido en el vaso 12 durante la operación de gasificación real.

Como se ha expuesto, los medios de obturación comprenden un par de rodillos 58 contrarrotativos de contacto que forman un estrechamiento de obturación elástico, teniendo los rodillos deformables, periferias compresibles elásticas formadas por cubiertas polímeras. Las partículas de la carga de alimentación que entran en el estrechamiento de obturación elástico son transportadas hacia abajo, en el estrechamiento, deformando las periferias compresibles elásticas, o abrazando y atrapando las partículas de la carga de suministro al mismo tiempo que se impide que pase cualquier cantidad significativa de aire dentro de la parte inferior de la cámara 52.

El ventilador 20 de ciclón comprende un disco 62 de metal superior fijado rígidamente al árbol 22 hueco. Sobre la superficie superior del disco 62, están montadas las palas 64 de ventilador. El disco 62 y las palas 64 están dispuestos próximos debajo de la cubierta superior 28 del vaso 12, de modo que las palas giran cerca debajo de la entrada 41. Puede haber tres, cuatro o más palas 64 de ventilador.

Asimismo, adheridas rígidamente al árbol 22, y a la superficie inferior del disco, hay una pluralidad de palas 66 de metal, por ejemplo, en número de cuatro. Cada pala 66 puede sobresalir radialmente desde el árbol, y puede tener la parte más externa doblada, curvada o inclinada hacia delante, es decir, en la dirección de rotación del ventilador ciclónico. Las palas 66 están dispuestas equidistantes alrededor del árbol 22. En vez de sobresaliendo radialmente del árbol 22, las palas pueden estar, y preferiblemente están, dispuestas tangencialmente a este, para sobresalir hacia delante en la dirección de giro del ventilador ciclónico. De nuevo, en esta disposición cada pala 66 tiene su parte más externa doblada, curvada o inclinada hacia delante. En uso, cuando el ventilador ciclónico está girando, las palas 66 establecen un movimiento turbulento del gas en el vaso 12, como se describirá más adelante.

Las palas 66 tienen, cada una, una parte superior rectangular 66' y una parte 66'' triangular inferior.

El disco 62 de metal, las palas 69 de ventilador pueden ser de acero inoxidable, soldadas entre sí y al árbol 22.

El vaso 12 está montado dentro de una cámara 70 de combustión. La cámara de combustión tiene una parte superior 72, una inferior 74 y la pared lateral 76 fabricadas de acero con forros gruesos de aislamiento, por ejemplo, de ladrillo refractario, arcilla refractaria o fibra cerámica. Una pluralidad de quemadores 78 de gas está montada con los quemadores espaciados alrededor de la pared lateral 76 de la cámara 70. Queman una mezcla de gas combustible y aire, y en funcionamiento calientan el vaso a una temperatura de alrededor de 900ºC o más. En uso, el gas combustible puede ser una proporción del gas producido por la gasificación de la carga de alimentación. Cuando se inicia el procedimiento de gasificación, no obstante, este gas puede ser sustituido por cualquier gas combustible adecuado, por ejemplo, propano.

Los quemadores 78 de gas son preferiblemente como se describe en la Solicitud de Patente Británica GB 98 12975.2, pero puede ser usado cualquier quemador adecuado.

Los productos de la combustión dentro de la cámara 70 son expulsados a la atmósfera por el conducto 80 de escape. Preferiblemente, los productos de la combustión gaseosos son primero enfriados mediante el intercambio de calor en una corriente o generador de agua caliente (no mostrado). El calor recuperado se usa adecuadamente en la planta, por ejemplo, en el secador para eliminar la humedad de la carga de alimentación. Después del intercambio de calor, los productos de la combustión son expulsados a la atmósfera.

El funcionamiento del aparato 10 de reacción de gasificación se describirá a continuación.

En el inicio, en frío, se introduce un gas inerte, tal como el nitrógeno, en el vaso 12 a través de una entrada no mostrada), y se expulsa a través del conducto 38. El aparato 50 alimentador obturado es lavado también con el gas inerte.

Aunque la atmósfera de gas inerte se mantiene en el vaso 12, los quemadores 78 se encienden y se eleva la temperatura del vaso. La temperatura del vaso 12 puede ser determinada mediante medios conocidas tales como un pirómetro (no mostrado). Mientras tanto el ventilador 20 ciclónico se hace girar a una velocidad de 500 a 1000 r.p.m. mediante el dispositivo 32 de accionamiento de motor eléctrico. Una vez que el vaso está a la temperatura deseada, el suministro de la carga de alimentación se inicia. La carga 14, 14' de alimentación que pasa a través de la entrada 41 encuentra las palas 64 de ventilador girando rápidamente y es lanzada hacia fuera contra la superficie interior caliente del vaso 12. La gasificación en un gas de alto valor calorífico se inicia rápidamente, se cree que en menos de una centésima de segundo. Ese inicio rápido de la gasificación se considera que es un factor importante para evitar la producción de dioxinas. Como el suministro de la carga de alimentación y la gasificación continúan, se ha hallado que el gas producido ejerce un efecto propulsor sobre el ventilador ciclónico 20, que mantiene su giro. Como un resultado, la potencia eléctrica par el dispositivo 32 de motor de accionamiento puede ser desconectada. Además este puede ser usado como un generador de electricidad utilizable en la instalación. Al continuar la gasificación, el suministro de gas inerte puede ser interrumpido y el gas de alto valor calorífico puede salir del vaso 12 a través del conducto 38 para tratamiento posterior, recogida y utilización. Durante la gasificación, el gas producido puede ser contaminado por partículas. No obstante, como se ha indicado anteriormente, las palas 66 establecen un movimiento turbulento, efecto ciclónico, en el gas. Como un resultado, la materia en forma de partículas es proyectada hacia fuera contra el interior del vaso 12. Si esta materia no ha sido completamente gasificada, su descomposición y gasificación continuará en la proximidad del interior del vaso 12, y finalmente se convertirá en ceniza. El efecto ciclónico libera satisfactoriamente el gas de contaminantes en forma de partículas.

El gas producido, en el momento debido entra en el árbol hueco 22 a través de las aberturas inferiores 22' en el mismo. Asciende por el árbol 22 y se introduce en la región superior del conducto 24 a través de las aberturas 22'' del árbol.

La mayoría del gas deja el conducto 24 a través del conducto 38, pero una proporción del gas desciende por el conducto 24 y retorna dentro del vaso 12, en el cual es arrastrado por la acción centrífuga de las palas 64 del ventilador, facilitando el gas arrastrado la circulación de la carga de alimentación entrante hacia la superficie interior caliente del vaso 12.

El gas que entra en el conducto 38 se hace pasar a un refrigerador o lavadora de chorro, donde que se enfría rápidamente al pasar a través del agua de refrigeración o pulverización de aceite. El enfriamiento mediante ese tipo de refrigerador o lavadora deja el gas en un estado particularmente limpio, y se puede garantizar que la conversión de sus componentes en contaminantes tales como dioxinas se evita satisfactoriamente. El gas que se obtiene arde muy limpiamente y sus productos de combustión pueden presentar problemas ambientales mínimos cuando son descargados en la atmósfera.

El gas producido puede ser usado en parte para alimentar los quemadores 78. La producción de gas principal es convertida en energía calorífica o eléctrica.

A modo de ejemplo no limitativo, el aparato 10 puede tener un ventilador 20 ciclónico de 3,6 m de diámetro, y el vaso 12 puede consumir alrededor de 1,5 toneladas de residuo sólido municipal seco por hora. Tal aparato puede comenzar la producción de gas alrededor de 1 hora después de iniciar el arranque en frío. En una emergencia, la producción de gas puede ser detenida en unos 25 segundos terminando el suministro de la carga de alimentación.

La eficiencia de la conversión de la carga 14, 14' de alimentación en gas es del orden del 90 al 95%.

El gas producido por hora puede producir alrededor de 2,5 a 14 MW, dependiendo de la naturaleza de las cargas 14, 14' de alimentación. Si este gas se consume en un generador de turbina para producir electricidad, la eficiencia de la conversión pico es del 42% o similar. En la práctica, dependiendo de la calidad de la carga de alimentación, pueden ser generados de 0,7 a 4,5 MW de electricidad de 1,0 tonelada de carga de alimentación seca.

Si el gas obtenido del aparato 10 se usa parcialmente para calentamiento (por ejemplo, calentamiento del espacio) y parcialmente para la generación de electricidad, la producción puede ser del 30% de energía eléctrica y el 50% de energía térmica. La pérdida de energía prevista es del 20%.

La tabla siguiente es un análisis del gas generado por el gasificador de la figura 1 y demuestra la carencia de contaminantes clorados.

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En contraste, el gas de un vertedero público está mucho más contaminado, como lo demuestra la tabla siguiente. El análisis corresponde a tres muestras de gas diferentes procedentes de los vertederos de Distington, Cumberland, England.

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En los cuatro análisis anteriores, la unidad de concentración es el mg/m^{3}, y "ND" significa no detectado.

El gas producido por el presente aparato 10 tiene como sus constituyentes principales, diversos hidrocarburos, hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. La tabla siguiente muestra los constituyentes principales y los valores caloríficos para dos muestras de gas obtenidas usando el presente aparato.

3

La Muestra 1 fue gas producido gasificando un residuo sólido municipal. La Muestra 2 fue gas producido gasificando una muestra de aceites, el 50% de los cuales fueron lubricantes de motor usados. Teniendo en cuanta que las cargas de alimentación están compuestas de materiales de desecho "gratuitos" cuyo desecho presenta cada vez más problemas, el producto de gas limpio de alto valor calorífico es muy beneficioso. Los valores caloríficos se calculan a partir de las composiciones gaseosas, y se comparan bien con el valor calorífico del gas natural que es de alrededor de 38 MJ/m^{3}.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2 a 7, una segunda realización de la presente invención es un aparato 100 de reacción de gasificación que comprende un vaso 112 de gasificación, por ejemplo, de acero inoxidable. Como en la primera realización, la carga 14, 14' de alimentación es convertida pirolíticamente en gas de alto valor calorífico y cenizas en una atmósfera no oxidante dentro del vaso 112.

El vaso 112 tiene una pared lateral cilíndrica 112', una pared superior 112'' abovedada hacia arriba y una pared inferior 112''' que se funde en un canal anular 116. El canal 116 recoge la ceniza producida mediante la gasificación de la carga 14, 14' de alimentación que es retirada del vaso 112 a través del conducto 117 mediante el funcionamiento de una válvula 118 giratoria.

La "ceniza de carbono" puede ser tratada de una de dos maneras después de ser retirada de una posición situada debajo de la válvula giratoria 118 por medio de una hélice (no mostrada) que está completamente obturada a presión.

En un caso la ceniza se retira dentro de una cámara de activación y después de haber sido activada se retira entonces por medio de otra hélice y dos válvulas de bloqueo de aire, que no permiten liberación de gas alguno o infiltración de aire.

En el otro caso la ceniza es elevada a una temperatura mucho más alta y reacciona con el vapor a alta temperatura que reacciona completamente con el carbono, produciendo una corriente adicional de hidrógeno y dióxido de carbono. La ceniza inerte remanente es descargada entonces de una manera similar a la ceniza de carbono activado.

Los conductos huecos superior e inferior 119 y 121 están soldados a las paredes 112'', 112''' de vaso superior e inferior coaxialmente uno con otro y con el vaso 112 de gasificación. Las cargas 14 y 14'' de alimentación son alimentadas dentro del vaso 112 a través de un conducto 142 establecido en la pared superior 112'' del vaso 112, desplazado del extremo próximo al eje vertical del vaso 112.

El vaso 112 de gasificación tiene una unidad 120 de ventilador ciclónico montada sobre un árbol hueco soportado para giro alrededor de su eje dentro de los conductos 119 y 121. Haciendo referencia particularmente a las figuras 3, 4 y 7, el extremo superior del árbol 122 tiene soldado al mismo un collar 200 anular, exterior al que está empernado un árbol 202 de montaje superior con la brida 203 mediante pernos 204. Un disco 206 de aislador cerámico está emparedado entre el collar 200 y la brida 203 del árbol 202 para configurar una rotura térmica.

Haciendo referencia ahora a las figuras 3, 5 y 6, el extremo inferior del árbol 122 tiene soldado al mismo un collar anular 208 exterior al que está empernado un árbol 210 de montaje con una brida 211 mediante pernos 212 con un disco 214 de aislador cerámico está emparedado entre el collar 208 y la brida 211 del árbol 210, de nuevo para configurar una rotura térmica.

Los conductos superior e inferior, 119 y 121, están cubiertos por tapas 216 y 218 con un respectivo anillo 219, 219' de aislamiento cerámico entre ellos para formar roturas térmicas. Montados en los conductos superior e inferior están los montajes 220 y 222 de obturación de cojinete de rodillos. El último está situado sobre un soporte 223 de cojinete de empuje para soportar la unidad 120 de ventilador ciclónico. Ellos soportan también árboles 202 y 210 de montaje de soporte, para rotación mientras el montaje 220 permite la expansión de longitudinal y contracción durante el ciclo térmico del aparato 100 de gasificación como se indica mediante las líneas 223 de trazos en la figura 7.

Los montajes de obturación de los cojinetes de rodillos soportan el ventilador 120 ciclónico en un aire obturado y de manera hermética a gases. Están preferiblemente refrigerados por el fluido.

El árbol 210 de montaje inferior está acoplado a un accionamiento 212' de motor eléctrico. En esta realización de potencia nominal de 5,5 kW, para hacer girar el ventilador ciclónico 120.

La pared del árbol hueco 122 está perforada por una fila de cinco orificios pasantes 124 alineados verticalmente, estando posicionada la fila de orificios 124 de modo que está hacia la porción inferior del árbol 122 dentro del vaso 112. El árbol 122 está también perforado por una fila de cinco orificios pasantes 126 alineados verticalmente, estando posicionada la fila de orificios 126 dentro de la porción superior del conducto 119.

Un conducto 128 establecido en el lado del conducto superior 119 se usa para extraer gases del vaso 112 que pasan al interior del árbol 122 a través de los orificios 124 y salen al interior del conducto 119 desde el interior del árbol 122 a través de los orificios pasantes 126. La porción superior del conducto 119 está sustancialmente obturada desde el vaso 112 por un reductor 129 de gas anular.

La carga 14, 14' de alimentación es alimentada exenta de aire en el vaso 112 mediante un aparato alimentador (no mostrado) como se describe con referencia a la realización de la figura 1.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, el ventilador ciclónico 120 comprende un collar cónico cerrado 162 asegurado sobre el árbol 122 hacia la parte superior y sobre cuya superficie superior inclinada están montadas cuatro (en este caso) placas 163 erectas espaciadas equidistantes (se muestran dos) que se extienden radialmente desde cerca del árbol 122 hasta la base del collar cónico 162.

Pendientes verticalmente hacia abajo desde el reborde del collar cónico 162 están, en esta realización, veinticuatro palas 164 de ventilador planas que están dispuestas ligeramente fuera de la alineación radial de modo que están dirigidas hacia la dirección de movimiento del ventilador ciclónico 120 vistas radialmente hacia fuera.

Las palas 164 de ventilador podrían también estar curvadas ligeramente en la dirección radial a través de su anchura horizontal.

Las palas 164 de ventilador están soportadas en su orientación vertical desde el collar cónico 162 por un par de arañas 136 espaciadas verticalmente fijada cada una horizontalmente entre el árbol 122 y cada una de las palas 164 de ventilador.

Un tubo 165 de vertedero troncocónico de vertedero está soldado a la esquina del vaso 112 en la unión de la parte superior 112'' abovedada y la pared lateral 112' del vaso 112 adyacente a la prolongación más exterior de las placas 163.

El vaso 112 está montado dentro de una cámara 70 de combustión con quemadores de gas (no mostrados) construidos de los mismos materiales que la cámara 70 de combustión de la realización de la figura 1 pero configurados para rodear el vaso 112.

Los productos de combustión dentro de la cámara 70 son expulsados a la atmósfera por el tubo de escape (no mostrado). Preferiblemente, los productos de combustión gaseosos son enfriados primero mediante el intercambio de calor en un generador de agua caliente (no mostrado). El calor recuperado se usa convenientemente en la instalación, por ejemplo, en el secador se usa para eliminar la humedad de la carga de alimentación. Después del intercambio de calor, los productos de la combustión son expulsados a la atmósfera.

El funcionamiento del aparato 100 de reacción de gasificación es como se describe anteriormente con referencia al aparato de la figura 1.

Tras el arranque en frío, se introduce un gas inerte tal como el nitrógeno en el vaso 112 a través de una entrada (no mostrada).

Mientras se mantiene la atmósfera de gas inerte en el vaso 112, el vaso 112 eleva su temperatura, y el ventilador ciclónico 120 se hace girar a una velocidad de 500 a 1000 r.p.m. mediante el dispositivo 212 de accionamiento de motor eléctrico.

Una vez que el vaso 112 está a la temperatura deseada, se inicia el suministro de la carga de alimentación. La carga 14, 14' de alimentación pasa a través del conducto 142 de entrada, encuentra las placas 163 que giran rápidamente y es lanzada hacia fuera contra la superficie interior caliente del vaso 112, la placa 165 de descarga protege el vaso 112 en el punto de impacto inicial con el vaso 112. La gasificación en gas de alto valor calorífico comienza rápidamente, como anteriormente. A medida que el suministro de la carga de alimentación y la gasificación continúan, el gas producido ejerce un efecto propulsor sobre el ventilador ciclónico 120, manteniendo su rotación y, de nuevo, la potencia eléctrica para el dispositivo 212 de motor de accionamiento puede ser desconectada y este usado como un generador de electricidad utilizable en la instalación. A medida que la gasificación avanza, el suministro de gas inerte puede ser interrumpido y el gas de alto valor calorífico puede ser extraído del vaso 112 por medio del conducto 128 par posterior tratamiento, recogida y utilización.

Las palas 164 establecen y mantienen un movimiento turbulento, o efecto ciclónico, en el gas en el volumen del vaso 112 con la materia en forma de partículas siendo proyectada hacia fuera contra el interior del vaso 112. Si este material no ha sido gasificado completamente, su descomposición y gasificación continuará en la proximidad de la pared interior del vaso 112, y finalmente se convertirá en ceniza. El efecto ciclónico libera satisfactoriamente un gas exento de partículas contaminantes a medida que el gas producido en el momento debido entra en el árbol hueco 122 en el centro del vaso, separado de la partículas contaminantes que son arrojadas contra la pared lateral 112' del vaso, a través de las aberturas inferiores 124 en el mismo. Asciende a través del árbol 22 y se introduce en la región superior del conducto 119 a través de las aberturas 126 de árbol.

La mayor parte del gas abandona el conducto 119 a través del conducto 128, pero una proporción del gas desciende a través del conducto 119 al interior del vaso 112, en el cual es arrastrado por la acción centrífuga de las placas 163, facilitando el gas introducido la circulación de la carga de alimentación entrante en la superficie interior caliente del vaso 112.

El gas que entra a través del conducto 128 como antes, se hace pasar a una refrigeradora o lavadora, en la que es enfriado rápidamente por el paso a través de agua de refrigeración o la pulverización de aceite. La refrigeración mediante tal refrigeradora o lavadora deja el gas en un estado particularmente limpio, y se puede asegurar que la conversión de sus componentes en contaminantes tales como dioxinas se evita satisfactoriamente. El gas obtenido arde con mucha limpieza y sus productos de combustión solo pueden presentar problemas mínimos de contaminación cuando son descargados en la atmósfera.

El gas producido puede ser usado en pequeña proporción para alimentar los quemadores (no mostrados). La producción de gas principal es convertida en energía térmica o eléctrica.

Se prevé que en un lugar de desecho municipal típico puede haber tanto como nueve aparatos 10 ó 110 funcionando en paralelo. La salida de potencia se prevé que será del orden de 30 MW de energía eléctrica y de 50 a 60 MW de energía térmica.

El gas producido a partir de residuos sólidos municipales es convenientemente bajo en compuestos halogenados nocivos. Un análisis cromatográfico típico muestra que la cantidad de tales compuestos es insignificante.

Claims (13)

1. Aparato (10) reactor de gasificación, que comprende una cámara (70) de combustión en la que está montado un vaso (12) de gasificación que tiene una parte superior, una entrada (41) para la carga (14, 14') de alimentación que ha de ser gasificada y una salida (24, 38) para descargar el gas producido, incluyendo la entrada (41) medios (50) de obturación y de aislamiento del aire para impedir la entrada de aire en el vaso (12) con la carga de alimentación, y en una parte superior (12') del vaso (12) hay una combinación de ventilador giratorio y unidad ciclónica (20) que, en uso, respectivamente, (a) dispersa la carga (14, 14') de alimentación entrante en contacto con una pared interior caliente del vaso (12), y (b) establece un ciclón en el gas producto para liberar el gas producto de materia en forma de partículas antes de la descarga desde la salida (24, 38), teniendo la unidad de ventilador palas de ventilador que comprenden placas (163) que se extienden radialmente sobre una superficie superior del mismo para dispersar la carga (14, 14') de alimentación entrante contra la pared interior caliente en la parte superior del vaso, y estando posicionada la entrada (41) para alimentar la carga de alimentación a las placas (163).

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que la cámara (70) de combustión es un horno encendido de gas.

3. Aparato según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicha entrada (41) se proporciona en una cubierta superior (26) del vaso (12) y el ventilador y la unidad (20) de ciclón y ventilador está dispuesta debajo y próxima a la cubierta superior (26).

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que la unidad (20) de ciclón y ventilador comprende un elemento (62) de discos espaciado de la cubierta superior (26) y que tiene palas (64) de ventilador sobre una superficie superior del mismo, y estando el elemento de discos unido rígidamente al árbol axial central (22).

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que la unidad (20) de ciclón y ventilador incluye además una pluralidad de palas ciclónicas (66) rígidamente unidas a una cara inferior del elemento (62) de discos y a dicho árbol.

6. Un aparato reactor de gasificación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el vaso tiene una pared lateral (112') y la unidad (120) de ciclón y ventilador comprende un collar cónico fijado al árbol giratorio (122), teniendo el collar cónico (162) una superficie superior, comprendiendo las palas de ventilador una pluralidad de placas (163) que se extienden de modo general radialmente erectas desde la superficie superior del collar cónico (162) y una pluralidad de palas (164) que penden del collar cónico (162) para ser adyacentes a la pared lateral (112') del vaso (112).

7. Un aparato reactor de gasificación según la reivindicación 6, que incluye una o más arañas (136) que conectan las palas (164) al árbol (122).

8. Un aparato reactor de gasificación según la reivindicación 1, que incluye una placa de descarga anular fijada al vaso enfrentada a las prolongaciones exteriores de las placas (163).

9. Un aparato reactor de gasificación según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vaso (112) tiene una pared lateral (112') y una pared inferior (112''') abovedada hacia el interior que se funde con la pared lateral (112') del vaso (112) para formar un canal anular (116).

10. Aparato según las reivindicaciones 5 ó 6, en el que cada pala (66) tiene una parte radialmente exterior que está doblada, curvada o inclinada hacia delante en la dirección de rotación de la unidad (20) de ciclón y ventilador, y/o en el que cada pala (66) está dispuesta tangencialmente al árbol para que sobresalga hacia delante en la dirección de rotación de la unidad (20).

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vaso tiene un conducto (24) erecto central cerrado en un extremo superior por un montaje (30) hermético a gases, y la unidad (20) de ventilador y ciclón está montada sobre un árbol (22, 122), en el que el árbol se extiende erecto a lo largo del conducto (24), y, opcionalmente, en el que el árbol (22) tiene un casquillo (34) en un extremo inferior del mismo, que tiene un ajuste flojo alrededor de un pasador de centrado montado axialmente en el vaso (12), y/o en el que el árbol (32) es hueco y tiene aberturas (22', 22'') adyacentes a sus extremos inferior y superior, siendo el árbol hueco (32) un conducto para transportar el gas producido exento de partículas a la salida (24, 38).

12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la salida (24, 38) está construida y dispuesta para recircular algo del gas producido al vaso (12) en el transcurso de su progreso para descargar.

13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes y cualquiera de:

a) en el que el vaso (12) tiene un conducto (16) de bloqueo de aire en una parte inferior del mismo para permitir la descarga de cenizas sin admitir aire en el vaso;

b) en el que los medios de aislamiento de aire y obturación son un dispositivo (50) alimentador obturado para suministrar la carga de alimentación exenta de aire a la entrada (41), y, opcionalmente,

en el que dicho dispositivo alimentador comprende una cámara (52) que tiene una entrada (54), medios (56) de obturación que comprenden rodillos (58) con periferias deformables que definen un estrechamiento de obturación deformable que en uso permite el paso de partículas de la carga de alimentación pero no de aire, y un transportador (60) para hacer avanzar las partículas (14) de la carga de alimentación hacia la entrada (41) del vaso,

y/o

en el que el dispositivo (50) alimentador incluye además una tubería (44) para alimentar la carga (14') de alimentación líquida a la entrada (41); o

c) en el que la salida (38) está acoplada a una lavadora/refrigeradora de cortina de aceite o agua.