ES2337442T3 - Procedimiento y dispositivo para la pirolisis y la gasificacion de productos organicos o de mezclas de productos organicos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, según el cual se disponen los productos orgánicos en un reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3), teniendo lugar un secado y una pirólisis, convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y por un residuo sólido que contiene carbono; el residuo sólido, que contiene carbono, o el residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono, de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis (1); el vapor de agua, producido por el secado, y los gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera, que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia calorífica; el secado y la pirólisis se llevan a cabo con, al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1); el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como lecho fluidificado estacionario; los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un intercambiador de calor (2) indirecto; los gases de escape del hogar (37) o los gases de escape del hogar y el material del lecho fluidificado correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción (21); el material del lecho fluidificado (3) está constituido únicamente por las cenizas de los productos orgánicos o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos o por las cenizas de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado.
Description
Procedimiento y dispositivo para la pirólisis y
la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos
orgánicos.
La invención se refiere a un procedimiento para
la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas
de productos orgánicos y a un dispositivo para la realización de un
procedimiento de este tipo.
Se conoce una serie de procedimientos para
llevar a cabo el tratamiento y el aprovechamiento de productos
orgánicos y de mezclas de productos orgánicos por ejemplo por medio
de una gasificación y de una pirólisis. Los procedimientos se
diferencian de conformidad con el gas empleado para la oxidación o
bien para la reducción, así como por el tipo del contacto entre los
productos sólidos y el gas. Con respecto a la conducción de los
productos sólidos y del gas se distingue, entre otras cosas, entre
los gasificadores de lecho fluidificado en circulación, los
gasificadores de flujo arrastrado, los gasificadores tubulares
giratorios y los gasificadores de lecho en circulación con una
conducción del gas a contracorriente, en corrientes paralelas o en
corriente transversal. La mayor parte de los procedimientos de
gasificación conocidos no es adecuada para instalaciones pequeñas,
descentralizadas, debido al elevado coste de la instalación. Las
instalaciones pequeñas, descentralizadas, son recomendables, de
manera especial, cuando se utilizan biomasas como materias
primas.
El comportamiento del funcionamiento de los
procedimientos de gasificación según el principio del lecho
fluidificado en circulación depende, en gran medida, del balance
entre el tamaño de los granos del lecho fluidificado, que está
constituido por la materia prima, que debe ser gasificada, y por el
material inerte, que se encuentra igualmente en circulación. De
aquí se desprenden requisitos correspondientes relativos con el
tamaño de los trozos del material de partida. Se plantean
exigencias aún mayores con respecto a la preparación del combustible
en el caso de la gasificación de flujo arrastrado, que únicamente
permite el empleo de granos del combustible finamente molidos.
Otros inconvenientes esenciales de los
procedimientos conocidos para la gasificación consisten en que las
sucesivas etapas del proceso, que están constituidas por el secado,
la desgasificación, la gasificación y la combustión de las materias
primas, transcurran en zonas situadas directamente de manera
adyacente, que pasan de una a otra. De este modo, las zonas
individuales no están definidas dentro de un reactor y la
desgasificación, la gasificación y la combustión pueden
desarrollarse localmente de manera incompleta. En otros
procedimientos conocidos se ha intentado resolver estos
inconvenientes por medio de la separación de las etapas individuales
del proceso, que se desarrollan en el combustible, que consisten en
la desgasificación, la gasificación y la combustión.
En la publicación DE 197 20 331 A1 se proponen
un procedimiento y un dispositivo para la gasificación o para la
combustión de biomasas secas o húmedas, en forma de grano fino o en
forma de trozos, así como de basuras, según la cual se desgasifican
materias primas biológicas en un horno de desgasificación por medio
de las paredes calientes de un horno de combustión y por medio de
la afluencia de gases calientes procedentes del horno de combustión
en dicho horno de desgasificación, con lo cual se forman coque y
gases de pirolisis, llegando el coque sobre el lecho incandescente
del reactor de gasificación una vez que ha pasado el desmenuzador,
mientras que los gases de pirólisis son quemados en la cámara de
combustión del reactor de gasificación por medio del aporte de una
cantidad limitada de aire y los gases residuales que se forman
fluyen a continuación a través del lecho incandescente del reactor
de gasificación, en el que tiene lugar una oxidación del carbono
para dar CO con reducción simultánea de los gases de escape
(CO_{2}) y vapor de agua (H_{2}O) para formar un gas
combustible pobre (CO, H_{2}). Dado que la pirólisis se lleva a
cabo por medio del calentamiento debido al contacto con gases
residuales calientes de combustión y debido a que, además, se lleva
a cabo una combustión parcial de los gases de pirólisis, únicamente
puede obtenerse un gas de producto de una baja potencia calorífica
con el procedimiento, que ha sido propuesto en la publicación DE 197
20 331 A1. Cuando se utilizan combustibles con un elevado contenido
en componentes volátiles y con bajos rendimientos en coque de
pirólisis existe el peligro de una formación insuficiente del lecho
incandescente del reactor de gasificación, que está constituido por
coque de pirólisis, con lo cual se desarrolla de una manera
insuficiente la oxidación del carbono para dar CO con reducción
simultánea de los gases de escape y de vapor de agua para formar un
gas combustible pobre, a costa de la potencia calorífica del gas de
producto.
Por otra parte, se conoce por la publicación US
4,568,362 un procedimiento para la gasificación de productos
orgánicos y de mezclas de productos orgánicos, en el cual los
productos orgánicos son conducidos hasta un reactor de pirólisis,
en el que los productos orgánicos entran en contacto con un medio
caloportador, con lo cual tiene lugar una pirólisis rápida, que
convierte a los productos orgánicos en productos de pirólisis, que
están constituidos por gases de pirólisis con productos condensables
y por un residuo sólido, que contiene carbono, y la energía térmica
necesaria para la pirólisis se genera por medio de la combustión de
residuos sólidos, que contienen carbono, en un reactor de
combustión y los gases de pirólisis, que contienen alquitrán, se
someten en una segunda zona de reacción del reactor de pirólisis a
reacciones de craqueo y a reacciones con vapor de agua de tal
manera que se obtiene un gas de producto con una elevada potencia
calorífica. En este procedimiento se verifica tanto la pirólisis
así como, también, la combustión del residuo sólido, que contiene
carbono, en un lecho fluidificado. En la parte superior del lecho
fluidificado para la pirólisis se ha previsto una zona de reacción
para los gases de pirólisis, que contienen alquitrán. El
funcionamiento de los lechos fluidificados es muy complicado y
apenas posibilita un control de las reacciones de los gases de
pirólisis en la zona de reacción.
\newpage
La publicación WO 99/31197 divulga un
procedimiento y un dispositivo para la gasificación de productos
orgánicos, en el que los productos orgánicos se ponen en contacto
en un reactor de pirólisis con material caloportador caliente,
recirculado a partir de un hogar y son pirolizados. Estos residuos
sólidos de la pirólisis se conducen hasta el hogar junto con el
material caloportador. Los gases de pirólisis, que contienen
alquitrán, se convierten en una segunda zona de reacción para dar
un gas de producto con una elevada potencia calorífica. La
conversión para dar el gas de producto se lleva a cabo, en este
caso, en un intercambiador de calor indirecto, en caso dado con
aporte de un agente de reacción, aprovechándose la capacidad
calorífica de los gases de escape del hogar para la reacción
química. La combustión se lleva a cabo en un hogar de parrilla. Un
procedimiento, en el cual se llevan a cabo la pirólisis y la
combustión del residuo sólido, que contiene carbono, en un lecho
fluidificado, ha sido calificado como muy costoso y ha sido
rechazado.
Se conocen por la publicación
US-A-4 244 779 un procedimiento y un
dispositivo para la descomposición térmica de materiales orgánicos,
poniéndose en contacto el material orgánico con un producto sólido
caliente en recirculación procedente de un lecho fluidificado para
la combustión y en este caso se piroliza. Los productos sólidos de
pirólisis se transfieren hasta el lecho fluidificado para la
combustión y son quemados, los gases de pirólisis son retirados y
son sometidos a una purificación para gases.
La invención tiene como tarea proporcionar un
procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos
orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, que puede ser
realizado sencillamente, y un dispositivo para la generación de un
gas con una elevada potencia calorífica. Estas tareas se resuelven
por medio de las características de las reivindicaciones 1 y 15. Se
desprenden formas de realización y desarrollos ventajosos de la
invención cuando se aprovechan las características que han sido
citadas en las reivindicaciones dependientes.
En el caso de un procedimiento para la pirólisis
y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos
orgánicos se resuelve esta tarea, de conformidad con la invención,
porque la pirólisis se lleva a cabo en un reactor de lecho en
desplazamiento o en un reactor tubular giratorio, se aporta a los
gases de pirólisis en caso dado un agente de reacción, por ejemplo
vapor de agua y/u oxígeno y son conducidos hasta una zona de
reacción, en la que los gases de pirólisis reaccionan con el agente
de reacción. El residuo sólido, que contiene carbono y, en caso
dado, una parte de los gases de pirólisis se envían solos, o junto
con el material del lecho fluidificado hasta un reactor de
combustión en lecho fluidificado y se queman en el mismo. De este
modo se calienta el material del lecho fluidificado. Los gases de
escape de combustión y el material del lecho fluidificado se ponen
en contacto en la zona de reacción de tal manera que pueda ser
empleada su capacidad calorífica para la reacción de los gases de
pirólisis con el agente de reacción. El material del lecho
fluidificado, que es retirado del reactor de combustión en lecho
fluidificado, que está constituido por cenizas, por coque no
quemado y, en caso dado, por material del lecho fluidificado
refractario que ha sido aportado adicionalmente, se recicla hasta
el reactor de pirólisis como medio caloportador. La transmisión del
calor hasta la materia prima para llevar a cabo la realización de la
pirólisis se lleva a cabo, en este caso, por medio de un contacto
con el material del lecho
fluidificado y, en caso dado, además a través de las paredes calientes del reactor de combustión en lecho fluidificado.
fluidificado y, en caso dado, además a través de las paredes calientes del reactor de combustión en lecho fluidificado.
El material caliente del lecho fluidificado, que
es aportado al reactor de pirólisis a partir del lecho fluidificado
para la combustión provoca, por contacto, un secado rápido y una
pirólisis rápida de la materia prima. Como reactor es adecuado un
horno de cuba, en el cual se desplaza la mezcla constituida por la
materia prima y por el material del lecho fluidificado, desde la
parte superior hacia la parte inferior, a través del horno de cuba.
Con objeto de garantizar el transporte de la materia sólida a través
del horno de cuba, pueden estar previstos, de conformidad con el
estado de la técnica, apliques, transportadores de tornillo sin
fines o dispositivos de agitación. El reactor de pirólisis puede
estar realizado, por ejemplo, también como reactor tubular
giratorio, con lo cual se consigue un buen removido de la materia
prima y del material caliente del lecho fluidificado y, al mismo
tiempo, se garantiza el transporte del producto sólido. El vapor de
agua, que se desprende de la materia prima durante el secado y los
gases de pirólisis abandonan el reactor de pirólisis y llegan hasta
otra zona de reacción. La mezcla constituida por el residuo de
pirólisis remanente, sólido, que contiene carbono y por el material
del lecho fluidificado se transporta conjuntamente hasta el lecho
fluidificado para la combustión, pudiéndose recurrir a los
elementos componentes convencionales tales como, por ejemplo,
transportadores de tornillo sin fines o esclusas de rueda
compartimentada con alimentación con tubo inclinado. En el
dispositivo, de conformidad con la invención, es preferente un
tornillo sin fin.
Puesto que la pirólisis se lleva a cabo, de
manera preferente, en un horno de cuba, puede eliminarse el aporte
de un medio de fluidificación, que es necesario para un lecho
fluidificado de pirólisis. De este modo, se presenta la posibilidad
de llevar a cabo la pirólisis desistiéndose completamente del aporte
de gases o, en contra de lo que ocurre en el caso de un lecho
fluidificado de pirólisis, al que tiene que aportarse una cantidad
mínima de gas para llevar a cabo la fluidificación, pueden aportarse
cantidades arbitrariamente pequeñas de, por ejemplo, el gas de
producto o de un agente de reacción tal como vapor de agua, oxígeno
o aire. De esta manera, se da la posibilidad de de aportar al
reactor de pirólisis gas o un agente de reacción como adaptación de
la ingeniería del procedimiento a la materia prima correspondiente.
En el procedimiento, de conformidad con la invención, se lleva a
cabo la pirólisis en el reactor de pirólisis de manera preferente
con exclusión de aire y de gases. Otra ventaja de la realización de
la pirólisis en una etapa independiente del procedimiento consiste
en que el efecto desmenuzador, que se produce durante la pirólisis,
como consecuencia del hinchamiento y de la desgasificación
posibilita el empleo de un material en forma de trozos de mayor
tamaño que el del material que se emplea usualmente en los
reactores de lecho fluidificado. De manera alternativa, existe la
posibilidad de conectar por delante del equipamiento de carga para
el residuo de la pirólisis sólido, que contiene carbono, y para el
material del lecho fluidificado en el lecho fluidificado para la
combustión, un dispositivo desmenuzador, tal como por ejemplo una
trituradora de rodillos, con lo cual pueden reducirse todavía más
las exigencias relativas al tamaño de las partículas de la materia
prima. La energía, que debe ser aportada para el desmenuzado del
coque de pirólisis es esencialmente menor en este caso que la que es
necesaria para el desmenuzado de, por ejemplo, biomasa tal como la
madera.
El residuo sólido de la pirólisis, que contiene
carbono, se quema con aire en el lecho fluidificado, con lo que, de
este modo, se transforma a su vez en material del lecho fluidificado
en estado de ceniza y calienta todavía más o vuelve a calentar al
material del lecho fluidificado, ya existente, por medio de la
liberación de energía. El lecho fluidificado para la combustión
puede proyectarse y puede hacerse trabajar de acuerdo con el estado
de conocimientos de la ingeniería para los lechos fluidificados. En
lo que se refiere a las emisiones del lecho fluidificado para la
combustión puede ser ventajoso un aporte de aire escalonado. El
reactor de combustión se configura como lecho fluidificado
estacionario, es decir que la cantidad de gases del medio de
fluidificación tiene que ser, por un lado, suficiente para
sobrepasar la velocidad mínima de fluidificación del producto
sólido y, por otro lado, no puede sobrepasar la velocidad de
arrastre. A partir de una altura del lecho fluidificado de
aproximadamente 2,5 m hasta 3 m se requieren apliques para impedir
la formación de un lecho fluidificado repelente y la pulsación de
la presión que se produce por este motivo. El material del lecho
fluidificado, que es calentado por medio del proceso de la
combustión, se recicla finalmente de nuevo hasta el reactor de
pirólisis. El material del lecho fluidificado está constituido por
las cenizas que quedan remanentes a partir de la combustión del
residuo de pirólisis sólido, que contiene carbono. Si tiene lugar
una combustión incompleta del coque de pirólisis en el lecho
fluidificado para la combustión, el material del lecho
fluidificado, que es conducido en circuito cerrado como medio
caloportador, está constituido por las cenizas de la materia prima
y por el residuo de pirólisis que contiene carbono, que no se ha
quemado. Puesto que los residuos sólidos de pirólisis de los
productos orgánicos y de las mezclas de los productos orgánicos se
convierten rápidamente, por regla general, en el lecho fluidificado
para la combustión y, en parte, únicamente pueden tener una pequeña
proporción de material no gasificado o no quemado, es necesario, en
caso dado, aportar material adicional para la formación de un lecho
fluidificado. No es necesario aportar material adicional cuando la
materia prima conlleve grandes cantidades de material no gasificado
o no quemado, que sea adecuado para el establecimiento de un lecho
fluidificado. Como materiales a ser aportados, que sirven para la
formación de un lecho fluidificado, son adecuados todos los
materiales refractarios, tales como por ejemplo la arena con un
diámetro de grano menor que 1,5 mm. La retirada del material
caliente del lecho fluidificado y el transporte hasta el reactor de
pirólisis se lleva a cabo, de manera preferente, por medio de uno o
de varios rebosaderos, que están previstos en la pared del reactor
o que penetran en el lecho fluidificado a través de la pared del
reactor. El método tiene la ventaja de que puede ajustarse de manera
sencilla el nivel del lecho fluidificado en el lecho fluidificado
para la combustión además de que se puede llevar a cabo la
transmisión del material caliente del lecho fluidificado hasta el
reactor de pirólisis. La descarga del material del lecho
fluidificado puede llevarse a cabo también por medio de otros grupos
transportadores conocidos, tal como por ejemplo un transportador de
tornillo sin fin, desde luego el coste tecnológico es mayor en este
caso.
La invención está basada en la idea básica de
articular el procedimiento en etapas del procedimiento que puedan
ser realizadas de manera sencilla. Las etapas individuales del
proceso y su interacción pueden proyectarse correspondientemente de
una forma óptima teniéndose en consideración las propiedades
especiales de la materia prima y de conformidad con la calidad del
gas de producto que se pretende conseguir.
Por medio de los dibujos, que han sido descritos
a continuación, en los que han sido representadas de manera
ejemplificativa formas preferentes de realización de la invención,
se muestran otras ventajas de la invención. En el dibujo
muestran
la figura 1 los flujos de materia y de energía
de la etapa de pirólisis, de la zona de la reacción y del lecho
fluidificado para la combustión del procedimiento de conformidad con
la invención,
la figura 2 un ejemplo de realización del
procedimiento de conformidad con la invención en una representación
esquemática y
la figura 3 un ejemplo de realización del
dispositivo de conformidad con la invención en una representación
esquemática.
Por medio de la figura 1 puede verse que son
alimentados, en la etapa de pirólisis 1, la materia prima 10 y el
material del lecho fluidificado 35 a modo de caloportador. El flujo
térmico, que es transportado con el material del lecho fluidificado
35, se forma a partir de la temperatura del lecho fluidificado para
la combustión, a partir de la naturaleza y del flujo de materia del
material para el lecho fluidificado 35 y del flujo de la materia
prima 10 así como a partir de la temperatura pretendida para la
pirólisis. Por otra parte, se aporta un agente de reacción 11, así
como un flujo térmico 34 procedente del lecho fluidificado para la
combustión 3. De la etapa de pirólisis 1 sale el gas de pirólisis
13, que es enviado hasta la zona de reacción 2, el gas de pirólisis
15, que es enviado hasta el reactor de combustión (hasta el lecho
fluidificado para la combustión 3), una mezcla 14, que está
constituida por el material del lecho fluidificado y por el residuo
sólido de la pirólisis, que contiene carbono, así como un flujo de
pérdida de calor 12.
La mezcla 14, que está constituida por el
material del lecho fluidificado y por el residuo sólido de la
pirólisis, que contiene carbono, se envía hasta el lecho
fluidificado para la combustión 3 junto con el gas de pirólisis 15
y aire 31. El material 35 del lecho fluidificado, que es calentado
por medio de la combustión, se reconduce hasta el reactor de
pirólisis 1. Los gases de escape 37, igualmente calientes, abandonan
el lecho fluidificado para la combustión 3. Una parte del calor 36,
que está contenido en los gases de escape, es transmitida hasta la
zona de reacción 2. Por otra parte abandona el reactor de combustión
3 un flujo de pérdida de calor 33 así como material del lecho
fluidificado 32, que tiene que ser retirado con objeto de regular el
balance total de materia sólida durante el funcionamiento
estacionario.
El gas de pirólisis 13, que es enviado hasta la
zona de reacción 2, se transforma junto con el agente de reacción
21, con ayuda del calor aportado 36, en presencia de un catalizador,
para proporcionar el gas de producto 23. El gas de producto 23 y un
flujo de pérdida de calor 22 abandonan por último la zona de
reacción 2.
En el ejemplo siguiente se describe la
realización preferente del procedimiento de conformidad con la
invención y del dispositivo de conformidad con la invención. El
procedimiento preferente de conformidad con la figura 2 y el
dispositivo preferente de conformidad con la figura 3 sirven para la
pirólisis y la gasificación de 900 kg de madera por hora. La madera
empleada a título de ejemplo está constituida esencialmente por un
52,3% en peso de carbono, por un 5,9% en peso de hidrógeno y por un
41,8% en peso de oxígeno, respectivamente referido a la substancia
combustible anhidra y exenta de cenizas y tiene, por otra parte, un
contenido en cenizas de un 0,51% en peso, referido a la materia
prima en bruto. La potencia calorífica de la madera es H_{u} =
17,2 MJ/kg, referido al estado anhidro, el rendimiento térmico de
gasificación es, por consiguiente, de 3,92 MW.
En la realización preferente del procedimiento,
que ha sido descrita en la figura 2, para llevar a cabo la
gasificación de madera, se somete madera 10 en una etapa de
preparación 4, según la naturaleza de la materia prima, a un
desmenuzado y/o a un secado, como paso previo a su envío a la etapa
de pirólisis 1. La madera tiene después de la etapa de preparación
4 un contenido en agua del 8,9% en peso.
La pirólisis se lleva a cabo a una temperatura
de 580ºC. El material del lecho fluidificado 35, que está dispuesto
en el reactor de pirólisis 1, tiene una temperatura de 900ºC, de tal
manera, que con objeto de calentar la materia prima hasta la
temperatura de pirólisis de 580ºC, se aporta una cantidad 4,1 veces
mayor que la del material del lecho fluidificado, es decir 3,7 t/h
y tiene que encontrarse en recirculación. En el caso de la
pirólisis de la madera queda remanente por último un 20,3% en peso
(referido al combustible en bruto) en forma de residuo sólido de la
pirólisis, que tiene una potencia calorífica de H_{u} = 30 MJ/kg.
Los productos resultantes del secado y de la pirólisis abandonan el
reactor de pirólisis 1 en forma de gas 13 y llegan hasta la zona de
reacción 2. La mezcla 14, que está constituida por el residuo sólido
de la pirólisis y por el material del lecho fluidificado, se envía
al lecho fluidificado para la combustión 3 y se quema en el mismo
con aire 31. El flujo de entalpía, que es enviado con el residuo
sólido de la pirólisis de la madera, hasta el lecho fluidificado
para la combustión, es de 1,52 MW. En el ejemplo presente queda
remanente un exceso de potencia ligado con el flujo de los gases de
humo 37 una vez descontados la pérdida de calor 33, el material del
lecho fluidificado 32 retirado, el material del lecho fluidificado
35 y la cantidad de energía 36 que es transferida hasta la zona de
reacción 2. Por consiguiente se genera un flujo de vapor vivo con un
flujo de agua 70 que es sometido a una preparación 7 teniéndose en
consideración el rendimiento del hogar en el intercambiador de
calor 8. Cuando se retira el flujo de vapor 21, que es enviado a la
zona de reacción 2, del flujo de vapor vivo, que es generado en 8,
queda remanente un
flujo de vapor vivo 71 con una potencia de 0,45 MW, que se somete a una descompresión por medio de la turbina 9.
flujo de vapor vivo 71 con una potencia de 0,45 MW, que se somete a una descompresión por medio de la turbina 9.
Los gases de pirólisis 13 son conducidos hasta
la zona de reacción 2, con aporte del medio de la reacción
constituido por el vapor de agua 21, cuya zona de reacción está
constituida por un caloportador, que está equipado con un
catalizador para mejorar el craqueo del alquitrán. La energía, que
es necesaria para la reacción del gas de pirólisis 13 con el vapor
de agua 21, es desprendida en el intercambiador de calor 2 a través
de la corriente caliente de los gases de humo 36 procedente del
lecho fluidificado para la combustión 3, teniendo lugar la reacción
entre 850ºC y 900ºC de acuerdo con la conducción del funcionamiento
del lecho fluidificado para la combustión 3. Para conseguir un
aumento adicional de la temperatura por medio de una combustión
parcial del gas de pirólisis, puede mezclarse con el medio de la
reacción, que está constituido por vapor de agua 21, también aire u
oxígeno. El gas de producto 23 obtenido tiene una potencia
calorífica de 9,87 MJ/m^{3} (V_{N}) y está compuesto por los
siguientes componentes gaseosos: 48,7% en volumen de H_{2}, 36,1%
en volumen de CO, 0,1% en volumen de CH_{4}, 6,1% en volumen de
CO_{2}, 9% en volumen de H_{2}O. El gas de producto 23 se
somete a continuación en una etapa de preparación 5 a un
desempolvado y a un enfriamiento rápido. El rendimiento del gas
frío, es decir la energía química de la materia prima referido al
contenido energético químico del gas de producto, es del 80,8%.
La figura 3 muestra, a título de ejemplo, de
manera esquemática una forma preferente de realización del
dispositivo de conformidad con la invención para llevar a cabo la
pirólisis y la gasificación. La madera 10 se aporta al reactor de
pirólisis 1 a través de un dispositivo de carga hermético a los
gases, en el caso que ha sido representado aquí a modo de ejemplo,
una esclusa de rueda compartimentada. El secado y la pirólisis de la
materia prima tienen lugar por medio del contacto del material
caliente del lecho fluidificado 35 que es alimentado a través de un
rebosadero a partir del lecho fluidificado para la combustión 3. El
gas de pirólisis 13 formado se conduce hasta la zona de reacción 2
con aporte de vapor de agua 21, cuya zona de reacción se ha
configurado, en este caso a modo de ejemplo como intercambiador de
calor tubular. Después de la conversión del gas de pirólisis con el
vapor de agua 21 se enfría el gas de producto 23 en la etapa de
preparación 5 y se purifica. Con el fin de evitar el intercambio no
deseado de gases entre el reactor de pirólisis 1 y el lecho
fluidificado para la combustión 3, se han ajustado entre sí la
soplante del conducto para el gas de producto 50 y la soplante del
conducto para el gas de humo 60. Dado que el rebosadero desde el
lecho fluidificado para la combustión 3 hasta el reactor de
pirólisis 1 está configurado de tal manera que éste está
permanentemente lleno con material del lecho fluidificado 35, se
impide de manera sencilla, en combinación con las soplantes citadas,
el intercambio de gases entre ambos reactores. Para el transporte
de la mezcla constituida por el residuo sólido de la pirólisis y
por el material en circulación del lecho fluidificado 14 en el lecho
fluidificado para la combustión 3 se ha previsto un tornillo sin
fin. El tornillo sin fin debe estar proyectado por consiguiente de
tal manera que la pérdida de presión debida a los pasos del
tornillo sin fin rellenos con material, sea mayor que la que se
encuentra sobre el lecho fluidificado 3 de tal manera, que el aire
31 que es alimentado al lecho fluidificado para la combustión 3 no
fluya en el Bypass a través del reactor de pirólisis 1. Con el calor
del flujo de gas de humo 37 se genera un flujo de vapor 71 a través
de un intercambiador de calor 8 a partir de un flujo de agua 70,
que se somete a una descompresión por ejemplo por medio de una
turbina 9. Una parte del flujo de vapor 71 puede ser empleada como
vapor de agua 21 para la zona de reacción 2. Los gases de escape 60
se envían hasta una purificación para el gas de humo 6.
\global\parskip0.990000\baselineskip
- 1
- Reactor de pirólisis
- 10
- Materia prima
- 11
- Medio de reacción
- 12
- Pérdida de calor
- 13
- Gas de pirólisis
- 14
- Mezcla constituida por el residuo sólido de pirólisis y el material del lecho fluidificado
- 15
- Gas de pirólisis
- 2
- Zona de la reacción
- 21
- Medio de reacción
- 22
- Pérdida de calor
- 23
- Gas de producto
- 3
- Hogar
- 31
- Aire
- 32
- Material del lecho fluidificado
- 33
- Pérdida de calor
- 34
- Flujo térmico
- 35
- Material del lecho fluidificado
- 36
- Flujo térmico
- 37
- Gases de escape de la combustión
- 4
- Etapa de tratamiento previo
- 5
- Purificación de los gases
- 50
- Gas de producto purificado
- 6
- Purificación del gas de humo
- 60
- Gases de escape
- 7
- Preparación del agua
- 70
- Agua
- 71
- Vapor
- 8
- Intercambiador de calor
- 9
- Turbina
Claims (19)
1. Procedimiento para la pirólisis y la
gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos
orgánicos, según el cual
se disponen los productos orgánicos en un
reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto
los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35)
correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en
el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material
del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho
fluidificado para la combustión (3),
teniendo lugar un secado y una pirólisis,
convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente
del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos
los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y
por un residuo sólido que contiene carbono;
el residuo sólido, que contiene carbono, o el
residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y
del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del
lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la
combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono,
de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho
fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis
(1);
el vapor de agua, producido por el secado, y los
gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a
un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera,
que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia
calorífica;
el secado y la pirólisis se llevan a cabo con,
al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1);
el lecho fluidificado para la combustión (3), en
el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como
lecho fluidificado estacionario;
los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un
intercambiador de calor (2) indirecto;
los gases de escape del hogar (37) o los gases
de escape del hogar y el material del lecho fluidificado
correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se
ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de
tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la
reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción
(21);
el material del lecho fluidificado (3) está
constituido únicamente por las cenizas de los productos
orgánicos
o por las cenizas y por los residuos no
quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos
o por las cenizas de los productos orgánicos y
por material adicional del lecho fluidificado
o por las cenizas y por los residuos no
quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por
material adicional del lecho fluidificado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el secado y la pirólisis se llevan a
cabo en dos o más reactores de pirólisis (1), que están
constituidos por dos o por varios reactores de lecho en
desplazamiento o por dos o por varios reactores tubulares giratorios
o por reactores tubulares giratorios y por reactores de lecho en
desplazamiento.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque no se alimenta agente de reacción a los
gases de pirólisis (13).
4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque se alimenta a los gases de pirólisis
(13) un agente de reacción tal como vapor de agua, oxígeno o aire o
una mezcla de los mismos.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gases
de pirólisis (13) reaccionan con el agente de reacción (21) en el
intercambiador de calor (2) indirecto.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
pirólisis se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 450ºC
y 750ºC.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas de
producto (23) se recicla hasta el reactor de pirólisis (1).
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente
de reacción (21), tal como vapor de agua, oxígeno o aire o una
mezcla de los mismos, se alimenta en el reactor de pirólisis
(1).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
superficie de la pared del reactor del lecho fluidificado para la
combustión (3) tiene una forma geométrica cerrada, de cualquier
tipo, por el lado del reactor de pirólisis (1) y del lecho
fluidificado para la combustión (3).
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21)
se lleva a cabo a temperaturas comprendidas entre 800ºC y
1.050ºC.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21)
se lleva a cabo en presencia de un catalizador.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan
a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de
reacción (21) en un lecho fijo constituido por el material
catalizador.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan
a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de
reacción (21) en un lecho fluidificado, que está constituido por el
material catalizador.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21)
se llevan a cabo en presencia de un catalizador que se aporta al
gas de pirólisis (13) en flujo arrastrado.
15. Dispositivo para la realización de un
procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos
orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, especialmente para
llevar a cabo un procedimiento de conformidad con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 14, con un reactor de pirólisis (1), un
hogar en lecho fluidificado (3) para el residuo de la pirólisis,
una zona de reacción (2) para los gases de pirólisis (13) y un
circuito del material del lecho fluidificado entre el lecho
fluidificado para la combustión (3) y el reactor de pirólisis (1),
caracterizado porque se ha dispuesto un reactor de cuba o un
reactor tubular giratorio con una esclusa para la materia prima y
una alimentación para el material del lecho fluidificado procedente
del lecho fluidificado para la combustión (3) junto al lecho
fluidificado para la combustión, porque el reactor de cuba (1)
presenta en su extremo inferior un dispositivo de transporte en el
lecho fluidificado para la combustión, porque el lecho fluidificado
para la combustión (3) presenta un rebosadero para transmitir el
material del lecho fluidificado hasta el reactor de cuba (1) y
porque los gases de escape (37) del lecho fluidificado para la
combustión (3) son alimentados a un intercambiador de calor (2),
que está conectado con el reactor de cuba (1) para los gases de
pirólisis (13).
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado
para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos,
material del lecho fluidificado y puede alimentarse en el reactor
de pirólisis.
17. Dispositivo según la reivindicación 15 o 16,
caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado
para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos,
material del lecho fluidificado por medio de uno o de varios
rebosaderos y puede alimentarse en el reactor de pirólisis.
18. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque puede
aportarse material refractario para la formación de un lecho
fluidificado.
19. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque pueden
emplearse para la formación de un lecho fluidificado los
componentes no combustibles y los componentes no gasificables de la
materia prima.
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