ES2319026A1 - Procedimiento de gasificacion de glicerina. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de gasificación de glicerina. Procedimiento para el aprovechamiento de la glicerina como biomasa, para la obtención de energía en un proceso de gasificación por pulverización de gases, basado en la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como agentes gasificantes, que se introducen en una cámara de gasificación a temperaturas superiores a 900°C, para que el gas obtenido pase a un Reformador en el que, también a temperaturas superiores a 900°C, se completa el conjunto de reacciones de oxidación parcial/craqueo térmico en presencia de óxidos metálicos y, posteriormente, se realiza un cliclonado en caliente para retener las cenizas de tamaño superior a 5 micras y se enfría el gas bruscamente a través de un evaporador tipo cesta.
Description
Procedimiento de gasificación de glicerina.
La presente invención se enmarca en el sector de
la tecnología de la energía renovable, y mas concretamente al
sector industrial referido a la tecnología de gasificación, y se
refiere a un novedoso sistema de gasificación que utiliza glicerina
como biomasa.
El uso de la glicerina como materia prima
combustible, tiene interés en la medida en que es previsible un
excedente de dicho compuesto en la producción de biodieseles, ya que
supone un problema grave su utilización como producto y adquiere la
categoría de residuo por la necesidad de desprenderse de ella. A
largo plazo pueden encontrarse aplicaciones en transformaciones de
tipo químico, pero a corto y medio plazo no es previsible el
desarrollo de procesos convencionales de combustión, debido a la muy
baja volatilidad de la glicerina que dificulta su ignición.
La presente invención pretende ofrecer una
novedosa alternativa de obtención de energía a partir de la
glicerina utilizando procesos de gasificación.
La gasificación es un proceso termoquímico
conocido, muy utilizado en la Segunda Guerra Mundial, en el que la
materia orgánica es transformado en un gas combustible de bajo
poder calorífico, mediante una serie de reacciones que ocurren a una
temperatura determinada y en presencia de un agente gasificante. El
objetivo principal de la gasificación es transferir la máxima
energía química desde la alimentación a la fracción gaseosa y
recibir un alto rendimiento de gas combustible compuesto
principalmente de productos gaseosos de bajo peso molecular. Esta
tecnología permite obtener energía renovable y menos contaminante.
En los sistemas de gasificación convencionales se opera a gran
escala en gasificadores de lecho fluido, para tratamiento de
sólidos, pero para el tratamiento de líquidos, como es la
glicerina, es necesario gasificar por pulverización en corrientes
de gases a temperatura elevada, técnica de la que no se tiene
conocimiento previo alguno que haya sido específicamente diseñada
para su aplicación a la glicerina.
La descomposición de la estructura molecular de
la glicerina exige la elevación térmica previa, por encima de los
900ºC, y el mantenimiento de la misma en el sistema de reacción
hasta su conversión completa, ya que la presencia de material
particulado en el flujo de gases, compromete la viabilidad de las
aplicaciones previstas. Así mismo, la temperatura debe mantenerse
entre 900ºC y 1000ºC para evitar la formación de NOx y, a la vez,
alcanzar una velocidad de reacción suficiente para altas
conversiones de glicerina. La patente EP1724326 se refiere a un
sistema de gasificación de biomasa sólida, convencional, que emplea
oxígeno para eliminar los hollines producidos por la pirólisis de
la lignocelulosa, en la que se aplican temperaturas de entre 600ºC y
900ºC en la cámara de gasificación, temperaturas que no son lo
suficientemente elevadas como para ser aplicadas a la
glicerina.
La Gasificación por plasma emplea temperaturas
muy altas en condiciones de ausencia casi total de oxígeno para
descomponer los materiales del desecho a una estructura molecular
básica. La gasificación de plasma no quema como hacen las calderas.
Convierte los desechos orgánicos a un gas compuesto de monóxido de
carbono (CO) e hidrógeno (H) que todavía contiene toda la energía
del desecho. Convierte los desechos inorgánicos a un vidrio inerte.
El plasma se considera un estado diferenciado de la materia. La
electricidad va a una antorcha, que tiene dos electrodos, ionizando
un gas (aire o vapor de agua, normalmente). El gas generado en la
gasificación pasa por la antorcha que se genera en la recombinación
del gas ionizado, calienta el gas del proceso a temperaturas
internas tan altas como 25,000ºF. Con este sistema de gasificación,
se consiguen asegurar altas temperaturas pero no asegurar
simultáneamente los tiempos de residencia adecuados, es decir, el
tiempo de permanencia de la sustancia hasta su desaparición total
por reacción o consumo, lo que hace que no sea adecuada su
aplicación a la glicerina.
Para resolver los problemas anteriormente
mencionados, la presente invención se refiere a un novedoso método
de utilización de la glicerina como biomasa, en procesos de
gasificación.
El fundamento de la invención está basado en la
utilización de la glicerina como biomasa en un proceso de
gasificación por pulverización de gases, para la obtención de
energía, basado en la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y
aire atmosférico como agentes gasificantes y manteniendo todo el
sistema gasificador-ciclón a una temperatura entre
900 y 1000ºC. La mezcla de oxígeno, aire y vapor de agua puede
variar en función de las características exigidas para el gas
producto. Una mayor proporción de aire-vapor reduce
costos de producción pero incorpora más nitrógeno en la salida,
mientras que una mayor proporción de oxígeno-vapor
reduce la presencia de nitrógeno a coste superior.
El procedimiento consiste en varias fases:
1ª- Cámara de gasificación de alta temperatura
(>900ºC) en la que se introducen los agentes gasificantes y la
glicerina, esta por pulverización.
2º- Reformador en el que, también a temperaturas
superiores a 900ºC se completa el conjunto de reacciones de
oxidación parcial/craqueo térmico en presencia de óxidos
metálicos
3º- Ciclonado en caliente que retiene cenizas de
tamaño superior a 5 micras.
4º-. Evaporador tipo cesta en el que se enfría
el gas bruscamente. Este evaporador impone condiciones en el lado
de la carcasa, por mezcla turbulenta (Tª= 450ºC) y genera vapor en
el lado de los tubos a 275ºC (60 bar) que puede ser incorporado al
ciclo de expansión de una turbina de vapor de un ciclo combinado o
utilizado en proceso. El gas a 450ºC se enfría, a contracorriente,.
con aire comprimido a 20 bar o por intercambio con corrientes de
proceso (si cabe la integración energética), hasta menos de 100ºC
para su compresión a 20 bar en operación isotérmica,
aproximadamente, para su posterior tratamiento húmedo con ácido
para retención de amonio y, seguidamente, con suspensión de caliza
reactiva para retención de componentes acídicos obteniéndose un gas
"limpio", comprimido a 20 bar que puede ser empleado en
producción de energía, modificado en un nuevo reformador para
obtener gas de síntesis o, mediante absorción de CO2, para producir
hidrógeno de calidad.
Para complementar la descripción que antecede y
con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características
de la invención, se va a realizar una descripción detallada de una
realización preferida
La glicerina obtenida como residuo en procesos
de producción de biodiéseles es introducida en una cámara de
gasificación por pulverización a temperaturas mayores de 900ºC
junto con una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como
agentes gasificantes En el caso de gasificación con oxígeno puro,
la cantidad de oxígeno requerida está entre 0,05 y 0,1 Kg 02/Kg
glicerina y en caso de utilizar aire enriquecido en oxígeno o aire
atmosférico, habría que contemplar las mayores pérdidas por dilución
y enfriamiento de un caudal superior y los mayores costes de
compresión y manipulación. Hay que tener en cuenta que la glicerina
utilizada no es un producto químico puro, sino que son los restos
de producción de biodiesel que, acompañados con diversas impurezas,
requiere un ajuste de la composición de la mezcla comburente o
gasificante para asegurar las condiciones de composición y térmicas
dentro del gasificador.
Posteriormente el producto obtenido pasa a un
reformador en el que se completa el conjunto de reacciones de
oxidación parcial/craqueo térmico en presencia de óxidos metálicos
manteniéndose la temperatura superior a 900ºC, para ser
posteriormente ciclonado para retener las cenizas producidas y
finalmente el gas es enfriado. Puesto que la glicerina tiene un
calor estándar de combustión de 3,855 Kcal/Kg pero las impurezas
orgánicas que le acompañan son de mayor poder calorífico, se
obtienen 2,335 moles de gas por peso fórmula de glicerina (fórmula
elemental CH2, 67O) cuya composición aproximada es de 0,1 a 0,4
moles de CO2, 0,3 a 0,36 moles de CO y 0,52 a 0,56 moles de H2, con
un poder calorífico que puede variar desde 10 MJ/Nm^{3} a 14
MJ/Nm^{3}.
En cualquier caso la optimización del
procedimiento se hará en función de la disponibilidad y precio del
oxígeno, de la comparación con aire enriquecido o atmosférico y de
la posible integración energética de la aplicación del gas limpio al
obtener vapor a temperatura ambiente, por lo que su combustión
exige elevadas temperaturas a fin de que exista la fase vapor.
Claims (5)
1. Procedimiento de gasificación de glicerina
caracterizado por utilizar glicerina como biomasa basado en
la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico
como agentes gasificantes y que comprende
- i)
- Una cámara de gasificación
- ii)
- Un Reformador
- iii)
- Un equipo de cliclonado
- iv)
- Un evaporador tipo cesta
manteniendo todo el sistema
gasificador-ciclón a una temperatura superior a
900ºC e inferior a
1000ºC.
2. Procedimiento de gasificación de glicerina
según reivindicación 1 caracterizado por realizarse, en el
gas enfriado obtenido, un posterior tratamiento húmedo con ácido y
seguidamente con suspensión de caliza reactiva.
3. Procedimiento de gasificación de glicerina
según reivindicación 1 y 2 caracterizado por utilizarse como
agente gasificante oxígeno puro en una proporción entre 0,05 y 0,1
Kg 02/Kg glicerina.
4. Procedimiento de gasificación de glicerina
según reivindicación 3 caracterizado por obtenerse mas de
2,2 moles de gas, compuesto por CO2, CO y H2, por peso molecular de
glicerina.
5. Procedimiento de gasificación de glicerina
según reivindicación 4 caracterizado por obtenerse un poder
calorífico que varía desde 10 MJ/Nm^{3} a 14 MJ/Nm^{3}.
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