ES2304856A1 - Sistema de medida de alquitranes en el gas de gasificacion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de medida de alquitranes en el gas de gasificación, que consiste en extraer en condiciones isocinéticas un caudal del gas a muestrear, calentándose dicho caudal a una cierta temperatura, para hacerle pasar después por sucesivos filtros (4, 6, 8, 11), con un progresivo enfriamiento entre los sucesivos filtrados, de manera que en los distintos filtros (4, 6, 8, 11) se retienen, respectivamente, las partículas suspendidas en el gas, los alquitranes pesados, los alquitranes condensables y los alquitranes ligeros y volátiles, realizándose la cuantificación de los diferentes tipos de alquitranes contenidos en el gas, a partir de las cantidades retenidas en cada uno de los filtrados del proceso.
Description
Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación.
La presente invención está relacionada con la
cuantificación del contenido en alquitranes en el gas de
gasificación, proponiendo un sistema portátil que permite
discriminar el contenido de los diferentes tipos de alquitranes,
con lo que se puede determinar la calidad del gas obteniéndose los
resultados in situ en un plazo de tiempo reducido (1 a 2
horas).
Cuando un combustible sólido se pone en contacto
con un agente gasificante a una temperatura adecuada, se produce
un fenómeno llamado gasificación, por el cual se forma una gran
cantidad de gas combustible, junto con cantidades menores de otros
productos, entre ellos los alquitranes.
Los alquitranes son fundamentalmente compuestos
orgánicos de carácter aromático (benceno, naftaleno, fenantreno,
pireno, benzopireno, benzoperileno, coroneno,....), con elevados
puntos de ebullición (100-500ºC). La presencia de
dichos compuestos en el gas dificulta o impide su enfriamiento, su
filtración y su utilización en motores de combustión interna o
turbinas de gas para la generación de energía eléctrica. La
condensación de los alquitranes genera problemas de taponamiento y
ensuciamiento produciendo paradas indeseadas de la instalación.
La temperatura de rocío depende del contenido y
la composición de los alquitranes. El contenido máximo de
alquitranes es diferente para cada una de las diferentes fracciones
en función de su presión de vapor a la temperatura del gas. Por
ello, la calidad como combustible del gas que resulta de la
gasificación viene en tal caso determinada por el contenido en el
gas de las diferentes fracciones de alquitranes y no por el
contenido total.
En ese sentido los alquitranes se pueden
clasificar por la facilidad de condensación de los mismos, lo cual
está estrechamente relacionado con su peso molecular o el número de
anillos aromáticos de su formulación, pudiéndose distinguir los
siguientes tipos:
- Alquitranes pesados: (con 5 o más anillos
aromáticos), por ejemplo Perileno, Benzopireno, Benzofluoranteno,
Benzoperileno, Coroneno, etc., que condensan en caliente (entre
100-200ºC), incluso en concentraciones bajas.
- Alquitranes condensables: (con 3 ó 4 anillos
aromáticos), por ejemplo Acenaftaleno, Acefnafteno, Antraceno,
Fluoreno, Fenantreno, Fluoranteno, Pireno, Criseno, etc., que
condensan a temperatura ambiente (entre 30-50ºC),
en concentraciones bajas.
- Alquitranes ligeros: (con 2 anillos
aromáticos), por ejemplo Indeno, Naftaleno, Bifenilo, etc., que
únicamente condensan a temperatura ambiente (entre
30-50ºC), en concentraciones muy elevadas.
- Alquitranes volátiles: (con 1 anillo
aromático), por ejemplo Benceno, Tolueno, Estireno, Xileno, Fenol,
Piridina, etc., que no son condensables ni en concentraciones
elevadas.
Dada la diferencia de características de los
diferentes tipos de alquitranes, de lo cual depende la influencia
de los problemas que los mismos pueden causar, es evidente que la
cuantificación de las diferentes fracciones de alquitranes
existentes en un gas, por separado, es fundamental para determinar
la calidad del gas.
Existe al respecto un método de medida de los
alquitranes, que consiste en succionar una pequeña porción del gas
que borbotea en un disolvente donde quedan retenidos los
alquitranes. La muestra líquida es posteriormente analizada por
cromatografía de gases en el laboratorio, determinando de esta
manera el contenido de cada compuesto presente en los alquitranes
del gas. Este método tiene sin embargo el problema de que el
desarrollo de su realización en la práctica puede durar varios
días, lo cual supone un plazo demasiado largo para actuar en el
proceso de gasificación.
Se conoce también un método basado en el
análisis directo del gas por cromatografía, que consiste en
conectar un cromatógrafo de gases a la instalación de gasificación,
para una medida de los alquitranes mediante la inyección puntual de
un pequeño volumen de gas en el cromatógrafo.
Otro método utilizado consiste en el uso de un
analizador FID, cuya señal es proporcional al contenido en átomos
de carbono en el gas. Mediante la realización de dos medidas, una
de todos los hidrocarburos presentes en el gas, incluidos los
alquitranes, y otra reteniendo los alquitranes en un filtro, y por
lo tato sin cuantificarlos, por diferencia entre ambas medidas se
cuantifica el contenido total de alquitranes. Este sistema solo da
sin embargo una cantidad global de los alquitranes, sin discriminar
las fracciones de los distintos tipos de los mismos.
Y como alternativa respecto de dichos métodos,
un sistema consiste en una filtración del gas y posterior medida
gravimétrica, filtrando una corriente del gas en un filtro a una
determinada temperatura donde se recogen los alquitranes
condensados, de modo que mediante la diferencia de peso del filtro
antes y después del filtrado se determina el contenido de
alquitranes contenidos en el gas. Este sistema también da sin
embargo una cantidad global de los alquitranes, sin discriminar las
fracciones de los distintos tipos de los mismos.
De acuerdo con la invención se propone un
sistema que permite medir las fracciones de partículas y
diferentes alquitranes en un gas, con medios sencillos y de un
tamaño reducido que permiten el transporte y la fácil instalación
en cualquier planta de gasificación.
Este sistema objeto de la invención se compone
de una fase de muestreo y una fase de cuantificación, consistiendo
el muestreo en la succión de un caudal controlado de la corriente
principal del gas, en condiciones isocinéticas, haciendo pasar
dicho caudal por una serie de filtros, modificando en la entrada de
cada uno de los filtros las condiciones de temperatura, con lo que
en cada filtro se obtiene la captura de un tipo de material
diferente, reteniéndose en un primer filtro las partículas
suspendidas en el gas y a continuación, en sucesivos filtros, los
alquitranes pesados, los alquitranes condensables y por último
conjuntamente los alquitranes ligeros y volátiles.
Después de dicho proceso de muestreo se realiza
la cuantificación, midiendo el volumen de gas sometido al muestreo
y la cantidad de los materiales retenidos en los diferentes
filtros, por la diferencia de peso de cada filtro antes y después
del muestreo, con cuyos datos se determina el contenido de cada una
de las diferentes fracciones de alquitranes que contiene el gas
analizado.
Se obtiene así un sistema de medida de los
alquitranes de los gases, cuyo proceso tiene tan solo una duración
entre 1 y 2 horas, utilizando un equipo que es de un coste
relativamente reducido en comparación con las instalaciones de los
métodos conocidos que se utilizan actualmente para la misma
función.
Con este sistema se obtiene además el contenido
independiente de los distintos tipos de alquitranes del gas que se
analiza, lo cual permite determinar la calidad del gas con mayor
exactitud que con los métodos conocidos que solo aportan el
contenido global del conjunto de los alquitranes en el gas.
El último filtrado del muestreo, en el que se
retienen los alquitranes ligeros y volátiles, permite en este caso
controlar la eficacia de los filtrados anteriores de retención de
los alquitranes pesados y de los alquitranes condensables, que son
los que fundamentalmente interesan, al mismo tiempo que sirve de
protección para evitar que la bomba de succión y los equipos de
medida para la cuantificación resulten afectados perjudicialmente
por alquitranes residuales.
Por todo lo cual, dicho sistema objeto de la
invención resulta de unas características ciertamente ventajosas,
adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de los
métodos convencionales que se vienen utilizando para la misma
función.
La figura 1 muestra un esquema del equipo
funcional que desarrolla el sistema de la invención.
El objeto de la invención se refiere a un
sistema destinado para medir la cantidad de los alquitranes en los
gases de gasificación, con un desarrollo que permite discriminar el
contenido particular de los distintos tipos de alquitranes.
El sistema comprende una fase de muestreo, que
se realiza succionado una cantidad de gas de la conducción
principal (1) del mismo, en condiciones isocinéticas, mediante una
bomba de succión (2) y haciendo pasar el caudal del gas succionado
por un proceso de sucesivos filtrados.
El caudal del gas succionado pasa por una sonda
isocinética (3), pasando luego el gas calentado por un filtro (4),
a temperatura superior a 160ºC en donde se retienen las partículas
suspendidas que acompañan al gas.
Un intercambiador de calor (5) enfría el gas a
la salida del filtro (4) hasta una temperatura inferior a 160ºC,
condensando los alquitranes pesados, y a continuación el gas pasa
por un segundo filtro (6), en el cual se retienen los alquitranes
pesados condensados.
En la salida del mencionado segundo filtro (6)
otro intercambiador de calor (7) enfría el gas hasta una
temperatura inferior a 70ºC, condensando los alquitranes
condensables, y seguidamente el gas pasa por un tercer filtro (8),
en el cual se retienen dichos alquitranes condensables.
Tras el tercer filtro (8) el gas pasa por otro
intercambiador de calor (9) que enfría el gas hasta una temperatura
inferior a 40ºC, pasando a continuación por un colector (10), en
donde se recoge el vapor de agua condensado, y a continuación por
un cuarto filtro relleno de un sólido adsorbente (11), en donde se
retienen los alquitranes ligeros y volátiles.
Finalmente en un sistema de medida, que incluye
un medidor de caudal (12) y un contador (13), se mide el caudal y
el volumen del gas muestreado, tras lo cual el gas se puede ventear
o ser introducido de nuevo en la conducción principal (1).
Los filtros (4, 6, 8) van provistos con unos
respectivos calentadores (4.1, 6.1, 8.1), mediante los cuales se
mantiene la temperatura correspondiente del gas en dichos filtros,
durante las fases del filtrado en los mismos, con lo cual se
garantiza la efectividad de la medición.
Después de todo ese proceso, se extraen de los
filtros (4, 6, 8) los materiales retenidos, de modo que en función
de la cantidad de gas muestreado y de la diferencia del peso de
cada uno de los filtros antes y después del muestreo, se determina
el contenido en partículas (primer filtro (4)), el contenido en
alquitran pesado (segundo filtro (6)) y el contenido en alquitran
condensable (tercer filtro (8)), de cuyos valores se deduce la
calidad de dicho gas como combustible.
El sólido adsorbente en el cuarto filtro (11) se
puede someter a un proceso de extracción con un disolvente y el
extracto analizarse por cromatografía en un laboratorio.
Y en el aspecto funcional, la retención de los
alquitranes ligeros y volátiles en el filtro con un sólido
adsorbente (11), permite controlar la efectividad de la retención
de los alquitranes pesados y condensables en los pasos anteriores,
para constatar la eficacia del muestreo, sirviendo además dicha
retención de los alquitranes ligeros y volátiles como seguridad
para evitar que los restos de alquitranes puedan causar un efecto
perjudicial en la bomba de succión (2) y en los equipos de medida
(12-13).
No obstante, dado que lo que fundamentalmente
interesa cuantificar son los contenidos de alquitranes pesados y
alquitranes condensables, el desarrollo del sistema se puede
realizar prescindiendo de la utilización de dicho cuarto filtro
(11), sin que ello altere el concepto.
Y por otro lado, en el mismo concepto de la
invención, entre los sucesivos filtros mencionados (4, 6, 8 y 11),
se pueden disponer otros filtros, para realizar filtrados a unas
temperaturas intermedias de las indicadas para esos filtros
principales, pudiendo con ello cuantificarse
sub-fracciones de los alquitranes.
El conjunto del equipo con el que se desarrolla
el proceso de este sistema de medida no supera los 50 Kilogramos,
lo cual le hace de fácil transporte, pudiendo instalarse en
cualquier lugar donde se precise la utilización.
Claims (6)
1. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, del tipo que comprende la extracción de un caudal de
gas a muestrear y la separación por filtrado de los alquitranes
contenidos en dicho gas para cuantificar el contenido en
alquitranes que contiene el gas, caracterizado porque el
caudal del gas a muestrear se extrae en condiciones isocinéticas y
se calienta a una temperatura a partir de la cual, mediante
sucesivos filtrados, con un progresivo enfriamiento antes de cada
filtrado, se retienen separadamente en distintos filtros las
partículas suspendidas en el gas, los alquitranes pesados y los
alquitranes condensables, y opcionalmente los alquitranes ligeros y
volátiles, realizándose la cuantificación individual del contenido
de los distintos tipos de alquitranes en el gas analizado, a partir
del volumen de gas filtrado y de la cantidad de cada tipo de
alquitranes retenida en los filtros correspondientes.
2. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque el caudal de gas muestreado pasa a una
temperatura superior a 160ºC por un primer filtro (4) en el que se
retienen las partículas suspendidas en el gas.
3. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, de acuerdo con las reivindicaciones primera y
segunda, caracterizado porque la muestra del gas desprovista
de las partículas en suspensión se enfría a una temperatura
inferior a de 160ºC, pasando la muestra a esa temperatura por un
segundo filtro (6) en el que se retinen los alquitranes
pesados.
4. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, de acuerdo con las reivindicaciones primera a
tercera, caracterizado porque la muestra del gas desprovista
de las partículas en suspensión y de los alquitranes pesados se
enfría a una temperatura inferior a 70ºC, pasando la muestra a esa
temperatura por un tercer filtro (8) en el que se retinen los
alquitranes condensables.
5. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, de acuerdo con las reivindicaciones primera a
cuarta, caracterizado porque la muestra del gas desprovista
de las partículas en suspensión, de los alquitranes pesados y de
los alquitranes condensables, se enfría a una temperatura inferior
a 40ºC, pasando la muestra a esa temperatura por un cuarto filtro
(11) en el que se retienen los alquitranes ligeros y volátiles.
6. Sistema de medida de alquitranes en el gas de
gasificación, de acuerdo con las reivindicaciones primera a
quinta, caracterizado porque entre los filtros (4, 6, 8 y
11) de separación de partículas en suspensión y de los distintos
tipos de alquitranes, se pueden disponer otros filtros de filtrado
a unas temperaturas intermedias, para cuantificar
sub-fracciones de los alquitranes.
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| ES2304856B1 ES2304856B1 (es) | 2009-07-06 |
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ID=39796994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200602576A Active ES2304856B1 (es) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Sistema de medida de alquitranes en el gas de gasificacion. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2304856B1 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19754802A1 (de) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zum thermischen Behandeln eines aus der Vergasung kohlenstoffhaltiger Materialien kommenden Gasgemisches |
| DE102004030370B3 (de) * | 2004-06-23 | 2005-12-15 | Kirchner, Hans Walter, Dipl.-Ing. | Verfahren zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas aus Biomassevergasungen |
-
2006
- 2006-10-10 ES ES200602576A patent/ES2304856B1/es active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19754802A1 (de) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zum thermischen Behandeln eines aus der Vergasung kohlenstoffhaltiger Materialien kommenden Gasgemisches |
| DE102004030370B3 (de) * | 2004-06-23 | 2005-12-15 | Kirchner, Hans Walter, Dipl.-Ing. | Verfahren zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas aus Biomassevergasungen |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HASLER et al. Sampling and analysis of particles and tars from biomass gasifiers. Biomass and Bioenergy 2000, Volumen 18, número 1, páginas 61-66, ISSN 0961-9534. * |
| MOERSCH et al. Tar quantification with a new online analyzing method. Biomass and Bioenergy 2000, Volumen 18, número 1, ISSN 0961-9534. * |
| PIA OESCH et al. Sampling and characterization of high-molecular- weight polyaromatic tar compounds formed in the pressurized fluidized-bed gasification of biomass. Fuel 1996, Volumen 75, número 12, páginas 1406-1412, ISSN 0016-2361. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2304856B1 (es) | 2009-07-06 |
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