ES2568206T3

ES2568206T3 - Sistema y procedimiento de gasificación de arrastre de dos fases

Info

Publication number: ES2568206T3
Application number: ES09789887.8T
Authority: ES
Inventors: Albert C. Tsang; Chancelor L. Williams; Max W. Thompson; David L. Breton
Original assignee: Lummus Technology Inc
Current assignee: CB&I Technology Inc
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: KR101622801B1; US20100037518A1; EP2321387A2; US8888876B2; CN102124083A; WO2010019319A3; CN102124083B; CA2820088A1; AU2009282334B2; CA2820091C; CA2820088C; SA109300437B1; US8460410B2; US20130240790A1; PL2321387T3; CA2728604A1; JP2012500297A; JP5782376B2; AU2009282334A1; TWI488958B

Abstract

Un procedimiento para gasificación en suspensión o de arrastre de un material carbonoso, procedimiento que comprende las etapas de: a. introducir material carbonoso reciclado en una sección inferior del reactor y calcinar parcialmente dicho material carbonoso reciclado en el mismo con una corriente que comprende un gas que contiene oxígeno o vapor de agua desprendiendo de ese modo calor y formando productos de mezcla que comprenden gas de síntesis y escoria fundida; b. hacer pasar dicho gas de síntesis de dicha sección inferior del reactor hacia arriba a una sección superior del reactor y pirolizar en el mismo con una corriente que comprende una suspensión de material carbono en forma de partículas en un portador líquido formando de ese modo productos de mezcla que comprenden: i) una corriente gaseosa de producto que comprende gas de síntesis y alquitrán residual, ii) material carbonoso y iii) vapor; c. hacer pasar dichos productos de la mezcla de dicha sección superior del reactor por un dispositivo de separación según lo cual dicho material carbonoso se separa de dichos productos de la mezcla de dicha sección superior del reactor y se recicla como materia prima que se tiene que introducir a dicha sección inferior del reactor; y d. introducir dicha corriente de producto gaseoso que comprende gas de síntesis y alquitrán residual de una salida del dispositivo de separación a una zona de reacción según lo cual se retira dicho alquitrán residual; según lo cual dicho calor desprendido en dicha etapa (a) se recupera convirtiendo dicha suspensión de material carbonoso en forma de partículas y dicho líquido portador en la etapa (b), en dicha corriente de producto gaseoso en la etapa (b), en el que el procedimiento comprende además mantener la temperatura de la sección inferior del reactor en el intervalo de 1.316°C (2.400°F) a 1.649°C (3.000°F) y mantener la temperatura de la sección superior del reactor en el intervalo de 232°C (450°F) a 704°C (1.300°F).

Description

DESCRIPCION

Sistema y procedimiento de gasificacion de arrastre de dos fases Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere, en general, a un procedimiento para gasificar materia prima tal como materiales 5 carbonosos. Se han desarrollado tres tipos basicos de sistemas y procedimientos para la gasificacion de materiales carbonosos. Son: (1) gasificacion de lecho fijo, (2) gasificacion de lecho fluidizado y (3) gasificacion en suspension o de arrastre. La presente invencion se refiere al tercer tipo de procedimiento - gasificacion en suspension o de arrastre. Mas en particular, la presente invencion se refiere a un procedimiento de gasificacion de arrastre de dos fases para gasificar materiales carbonosos.

10 Los sistemas y los procedimientos de gasificacion se aplican con frecuencia para convertir en general materia prima solida tal como material carbonoso en productos gaseosos deseables tales como gas de smtesis. El sistema y el procedimiento de gasificacion deben ser disenados para ser simples incluso para suministrar la eficacia de conversion maxima. La patente alemana DE 4105280 describe el tratamiento de carbon en el que se piroliza carbon en forma de partfculas y se alimenta a una zona de gasificacion con formacion de una fraccion gaseosa y ceniza. Se 15 retira la ceniza, se alimenta la fraccion gaseosa a la zona de pirolisis para pirolizar el carbon y se retira una corriente gaseosa de producto de la zona de gasificacion. La patente europea EP1031623 describe un procedimiento para repartir de manera catalttica material carbonoso durante la gasificacion usando un lecho fluidizado formado de un exceso estequiometrico de partfculas de calcio, hidroxido y carbonato. La patente de EE.UU. 4323446 describe un procedimiento de conversion de carbon para producir gas combustible y productos lfquidos destilados. El carbon se 20 alimenta a un lecho fluidizado superior para desvolatilizacion. El coque y los alquitranes resultantes se depositan sobre un material de soporte en forma de partfculas que desciende por una zona de arrastre a una zona de gasificacion de lecho fluidizado inferior. Las partfculas finas se hacen pasar por una etapa de separacion y se devuelven al lecho inferior para mas gasificacion. La ceniza se transfiere al lecho superior. La patente de EE.UU. 4872886 describe un procedimiento de flujo ascendente de dos fases para gasificacion de carbon. Se prendio fuego 25 a un gas que contema oxfgeno y un primer incremento de una suspension de carbon en agua en un reactor de escorificacion horizontal expuesto a la llama, convirtiendo de ese modo el oxfgeno, el carbon y el agua en vapor de agua y productos de combustion gaseosa. La descarga del reactor expuesto a la llama se pone en contacto arriba con un segundo incremento de suspension de carbon-agua en una unidad de recuperacion de calor no expuesta a la llama, vertical, conectada al extremo superior del reactor. La temperatura del reactor de escorificacion horizontal 30 expuesto a la llama se mantiene desde 1.316°C (2.400°F) a 1.649°C (3.000°F), mientras en la unidad de recuperacion de calor no expuesta a la llama es deseable una temperatura de 871°C (1.600°F) a 1.093°C (2.000°F).

Sumario de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento para gasificacion en suspension o de arrastre de un material carbonoso que comprende las etapas definidas en la reivindicacion 1.

35 Las realizaciones del procedimiento se definen en las reivindicaciones adjuntas.

La presion en la seccion inferior del reactor y la seccion superior del reactor son de aproximadamente 101 kPa (14,7 psig) a aproximadamente 13.790 kPa (2.000 psig). La velocidad de los gases y el residuo carbonoso que pasan por los dispositivos de dispersion de la seccion inferior del reactor es de 6,1 m/s a 36,6 m/s (20 a 120 pies por segundo). El tiempo de permanencia del residuo carbonoso en la seccion inferior del reactor es de 2 a 10 segundos. La 40 velocidad de la corriente de suspension que pasa por los dispositivos de alimentacion de la seccion superior del reactor es de 1,5 m/s a 30,5 m/s (5 a 100 pies por segundo). El tiempo de permanencia de la suspension del material carbonoso en forma de partfculas en la seccion superior del reactor es de 5 a 40 segundos.

Breve descripcion de los dibujos

Para una descripcion mas detallada de las realizaciones de la presente invencion, se hara referencia ahora a los 45 dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una representacion esquematica de un sistema util y un diagrama de flujo del procedimiento pictorico para una realizacion en relacion con la presente invencion.

La Figura 2 es una representacion esquematica de un sistema util y un diagrama de flujo del procedimiento pictorico para una realizacion alternativa en relacion con la presente invencion.

50 Descripcion detallada de la realizacion preferida

La siguiente descripcion detallada de diversas realizaciones de la invencion se refiere a los dibujos adjuntos que ilustran realizaciones espedficas en las que se puede poner en practica la invencion. Las realizaciones estan destinadas a describir aspectos de la invencion con detalle suficiente para permitir que los expertos en la materia pongan en practica la invencion. La siguiente descripcion detallada no se tiene, por lo tanto, que considerar en un

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sentido limitante.

Haciendo referencia la FIG. 1, diversas realizaciones de la presente invencion proporcionan un reactor de gasificacion, indicado en general por el numero 10 de referencia, presenta una seccion 30 inferior del reactor y una seccion 40 superior del reactor. La primera fase del procedimiento de gasificacion tiene lugar en la seccion 30 inferior del reactor y la segunda fase del procedimiento de gasificacion tiene lugar en la seccion 40 superior del reactor. La seccion 30 inferior del reactor define la zona de reaccion de la primera fase. La seccion 30 inferior del reactor tambien se referira como la zona de reaccion de la primera fase. La seccion 40 superior del reactor define la zona de reaccion de la segunda fase. La seccion 40 superior del reactor tambien se referira como la zona de reaccion de la segunda fase.

Haciendo referencia ademas a la FIG. 1, el residuo carbonoso reciclado y una corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno o vapor de agua a alta presion entran a la seccion 30 inferior del reactor 10 de gasificacion a traves del dispositivo 60 y/o 60a de dispersion, que se situa, por ejemplo, opuestamente a la seccion 30 inferior del reactor. Se pueden usar mas de dos dispositivos de dispersion, por ejemplo, cuatro, dispuestos 90 grados aparte. Los conjuntos de dispositivos de dispersion tambien pueden estar en diferentes niveles y no se requiere que esten en el mismo plano. En la seccion 30 inferior del reactor, tambien la zona de reaccion de la primera fase, del reactor 10 de gasificacion, el residuo carbonoso reciclado y una corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno y/o vapor de agua reaccionan de tal modo que tiene lugar mezclamiento y reaccion rapidos de los agentes reaccionantes y que un movimiento de rotacion de los agentes reaccionantes, pasando hacia arriba tal como (pero no limitado a) un agitador vorticial por la seccion 30 inferior del reactor 10. La reaccion en la seccion 30 inferior del reactor es la primera fase del procedimiento de gasificacion por el cual el residuo carbonoso reciclado y una corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno o vapor de agua se convierten de manera exotermica en productos de mezcla que comprenden vapor de agua, gas de smtesis, gases intermedios y subproductos retenidos tales como escoria fundida, en la condicion de reaccion en la seccion 30 inferior del reactor como se describe mas adelante con mas detalle. La escoria fundida es drenada del fondo del reactor 10 a traves de un agujero 20 roscado, a un sistema de tratamiento de la escoria (no mostrado) para disposicion final.

El vapor de agua, compuesto intermedio y gas de smtesis salen despues de la seccion 30 inferior del reactor fluyendo hacia arriba a una seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama donde se inyecta una suspension de solidos carbonosos en forma de partmulas y portador lfquido a traves del dispositivo 80 y/o 80a de alimentacion o dispositivos de alimentacion adicionales. El calor producido en la seccion 30 inferior del reactor y transportado hacia arriba con la corriente de gas se usa para el procedimiento de pirolisis que tiene lugar en la seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama (o y la concentracion de estos gases en la zona de reaccion de la segunda fase del gas de smtesis), incluyendo vaporizacion del agua de alimentacion, la reaccion carbono-vapor de agua y la reaccion agua-gas entre el CO y H2O. La reaccion carbono-vapor de agua forma CO e H2, asf, aumentando el rendimiento de estos gases utilizables. Aunque la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama (o la zona de reaccion de la primera fase del reactor 10) es principalmente un reactor de combustion, la seccion 40 superior del reactor es principalmente un reactor de enfriamiento rapido que tambien aumenta el poder calonfico de los gases. Las reacciones que tienen lugar en la seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama enriquecen asf los gases que emergen de la seccion 30 inferior del reactor de combustion parcial expuesta a la llama para producir un mayor grado de gas de smtesis y haciendo eso recuperar calor de la seccion 30 inferior del reactor y enfriar los gases lo suficiente para que la escoria atrapada se enfne por debajo de la temperatura de deformacion inicial de fusion de las cenizas y condensen las especies organicas e inorganicas volatiles y se absorban sobre el material carbonoso en forma de partmulas. Por enfriamiento a por debajo de la temperatura de deformacion inicial de las cenizas, las gotitas de escoria atrapadas funden por sf mismas o sobre el material carbonoso en forma de partmulas previamente a alcanzar la superficie de transferencia de calor y, por lo tanto, no se adhieren a las superficies de transferencia de calor. La condicion de la reaccion en la seccion 40 superior del reactor se describira con mas detalle mas adelante.

En una realizacion de la presente invencion, como se muestra en la FIG. 1, la seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama del reactor 10 se pone en contacto directamente con la parte superior de la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama del reactor 10 de manera que los productos de reaccion calientes son transportados directamente desde la seccion 30 inferior del reactor a la seccion 40 superior del reactor para minimizar perdidas de calor en los productos de reaccion gaseosos y los solidos atrapados.

Como se ilustra en la FIG. 1, el residuo carbonoso producido por la reaccion de gasificacion se puede retirar y reciclar para aumentar la conversion de carbono. Por ejemplo, se puede reciclar residuo carbonoso a traves de los dispositivos 60 y/o 60a de dispersion (u otros) a la seccion inferior del reactor o la primera zona de reaccion como se discutio anteriormente.

Los dispositivos 60 y/o 60a de dispersion proporcionan una alimentacion atomizada de los solidos en forma de partmulas tales como residuo carbonoso. Los dispositivos de dispersion pueden ser del tipo que tiene un tubo central para los solidos y un espacio anular rodeando el tubo central que contiene el gas de atomizacion que se abre a una zona de mezcla comun internamente o externamente. Ademas, el dispositivo 80 y/o 80a de alimentacion de la seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama puede tambien ser similar a los dispositivos de dispersion descritos anteriormente o simplemente con un tubo para alimentacion de suspension. Los dispositivos 60, 60a de dispersion o los dispositivos 80, 80a de alimentacion pueden ser como los conocen convencionalmente los expertos

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en la materia.

Como se muestra ademas en la Figura 1, los productos de la mezcla de la reaccion de la segunda fase ocurrida en la seccion 40 superior del reactor se retiran de la parte de arriba de la seccion 40 superior del reactor 10 y se introducen en un dispositivo 50 de separacion que reparte los productos de la mezcla en una corriente de solidos y una corriente de gas, dejando solo una pequena fraccion de finos solidos residuales en la corriente gaseosa.

La corriente de gases comprende hidrogeno, monoxido de carbono, una pequena cantidad de metano, sulfuro de hidrogeno, amomaco, vapor de agua o vaho, vapor del portador ftquido, nitrogeno, dioxido de carbono y alquitran residual. La corriente de solidos comprende ceniza solidificada y alquitran formado en el reactor 40 de la seccion superior del reactor no expuesta a la llama o se arrastra desde la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama.

La corriente de solidos tal como residuo carbonoso seco que sale del dispositivo 50 de separacion se mezcla con gas que contiene oxfgeno y/o vapor de agua y se recicla de nuevo a la seccion 30 inferior del reactor no expuesta a la llama a traves de los dispositivos 60 y/o 60a de dispersion como materia prima para la reaccion de la primera fase.

El residuo carbonoso reciclado se gasifica despues en condiciones de escorificacion por reaccion con oxfgeno y vapor de agua, produciendo productos de la mezcla incluyendo gas de smtesis y el calor requerido para la reaccion de la segunda fase dentro de la seccion 40 del reactor superior.

La corriente de gases que comprende gas de smtesis, finos de residuo carbonoso residuales y alquitran residual que sale del dispositivo 50 de separacion se introduce en una zona 90 de reaccion, segun lo cual se retira el alquitran residual. En una realizacion como se representa en la Figura 1, donde la zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos 100 catalfticos, la corriente de gases que comprende gas de smtesis y alquitran residual que sale del dispositivo 50 de separacion se calientan hasta 982°C (1.800°F) por un intercambiador 150 de calor de flujo transversal previamente a entrar en el lecho 100 catalftico. El lecho 100 catalftico puede ser un lecho fluidizado catalftico o de burbuja que comprende uno o mas catalizadores de destruccion de alquitran, segun lo cual se descompone el alquitran residual. El calor requerido para llevar el gas de smtesis hasta la temperatura de reaccion se puede suministrar por intercambio de flujo transversal externo o por inyeccion de una mezcla de oxfgeno y vapor de agua en la corriente de gas de smtesis. Los finos de carbono se convierten en monoxido de carbono o forman materiales en forma de partmulas para pasar hacia arriba a traves de dicho lecho 100 fluidizado catalftico junto con productos gaseosos de salida que comprenden gas de smtesis. El lecho 100 catalftico puede ser tambien un lecho fijo catalftico que comprenda uno o mas catalizadores de destruccion de alquitran, segun lo cual se descompone el alquitran residual. En tal caso, los finos de carbono se retiran mediante un filtro de material en forma de partmulas previamente al lecho catalftico. Con lecho fluidizado catalftico o lecho fijo catalftico, el gas de smtesis caliente que sale de la zona 90 de reaccion se enfna por un intercambiador 150 de calor de flujo transversal con la corriente de gas de entrada mas fria (o corriente de gases que sale del dispositivo 50) para recuperar el calor. Segun una realizacion, la corriente de gas enfriado que sale del intercambiador 150 de flujo transversal de calor, que esta exento de alquitran en este punto, se hace pasar despues a un filtro 110 de material en forma de partmulas, segun lo cual se retiran los materiales en forma de partmulas. Los catalizadores de destruccion de alquitran pueden ser zeolita, mquel soportado, caliza o cualquier mezcla de los mismos.

En otra realizacion como se representa en la Figura 2 cuya zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos 120 sorbentes, la corriente de gas que comprende gas de smtesis y alquitran residual que sale del dispositivo 50 de separacion se introducen en el lecho 120 sorbente que comprende uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran segun lo cual el alquitran residual se absorbe antes de que se filtren los materiales en forma de partmulas residuales por el filtro 140 in situ y se reciclan de vuelta al reactor de 1a fase. El lecho 120 sorbente puede ser un lecho de carbono activado fluidizado que comprenda uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran. El hecho 120 sorbente puede ser tambien un lecho de carbono activado fijado que comprende uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran. Puesto que la capacidad de absorcion de carbono activado mejora a temperaturas inferiores, se proporciona el dispositivo 130 de enfriamiento interno (por ejemplo, enfriado con vapor de agua, serpentm de enfriamiento interno, panel o bafles) para el lecho de carbono activado para reducir la temperatura de la corriente de gases que sale del dispositivo 50 de separacion y mantener la temperatura del lecho a 204°C (400°F) a 260°C (500°F). Se retira una pequena estela de carbono activado cargado de alquitran del lecho continuamente o periodicamente para que se regenere a traves de regenerador 160, tfpicamente por calentamiento del carbono a una temperatura superior para desorber el alquitran. En el caso de un absorbedor de lecho fijo, se podfan disponer en paralelo dos recipientes para que uno este on line retirando los alquitranes y el otro fuera de lmea para limpieza. La corriente de gases que sale de la zona 90 de reaccion en este punto es gas de smtesis exento de alquitran y materiales en forma de partmulas. El sorbente absorbente de alquitran puede ser carbono activado, zeolita, algunos silicatos que se encuentran en la naturaleza o cualquier mezcla de los mismos.

Los materiales de construccion del reactor 10 de gasificacion no son crfticos. Preferiblemente, pero no necesariamente, las paredes del reactor son acero inoxidable y estan revestidas con una fibra fundible o de ceramica aislante o ladrillo refractario, tal como un ladrillo que contiene cromo superior en la seccion 30 inferior del reactor y un medio denso, tal como se usa en altos hornos y aplicaciones no de escorificacion en la seccion 40 superior del reactor para reducir la perdida de calor y proteger el recipiente de alta temperatura asf como proporcionar mejor control de la temperatura, todo lo cual esta comercialmente disponible a partir de varias fuentes.

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El uso de este tipo de sistema proporciona la alta recuperacion de valores termicos de los solidos carbonosos usados en el procedimiento. Opcionalmente y alternativamente, las paredes pueden estar no revestidas proporcionando un sistema de “pared fffa” para la seccion 30 inferior del reactor no expuesta a la llama y opcionalmente la seccion 40 superior no expuesta a la llama. El termino “pared fna”, como se usa en la presente memoria, significa que las paredes se enfffan mediante una camisa de enfriamiento externa, como es conocido convencionalmente en la tecnica para sistemas de gasificacion de carbon de la tecnica anterior. En dicho sistema, la escoria se congela en la pared interior y proporciona proteccion de las paredes de metal de la camisa de enfriamiento.

Las condiciones ffsicas de la reaccion en la primera fase del procedimiento en la seccion 30 inferior del reactor se controlan y se mantienen para asegurar la gasificacion rapida del residuo carbonoso a temperaturas que exceden del punto de fusion de la ceniza producida por gasificacion del residuo carbonoso para producir una escoria fundida a partir de la ceniza fundida con una viscosidad de la escoria no mayor que aproximadamente 25 Pa.s (250 poises). Las condiciones ffsicas de la reaccion en la segunda fase del procedimiento de gasificacion en la seccion 40 superior del reactor se controlan para asegurar la rapida gasificacion y calentamiento del carbon por encima de su intervalo de plasticidad. La temperatura de la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama se mantiene de 1.316°C (2.400°F) a 1.649°C (3.000°F). A dichas temperaturas en la primera fase en la seccion 30 inferior del reactor, la ceniza formada por la gasificacion de material carbonoso en la misma se funde para formar escoria fundida que cae por el agujero roscado y se acondiciona ademas en unidades fuera del alcance de este documento. La mezcla de gases de la 1a fase sale en el agitador vorticial que se mueve rotando hacia arriba de los gases y el material carbonoso que asciende por la seccion inferior del reactor. La temperatura del reactor 40 de la seccion superior del reactor no expuesta a la llama se mantiene de 232°C (450°F) a 704°C (1.300°F). El producto intermedio caliente que fluye hacia arriba desde la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama proporciona calor para las reacciones endotermicas que tienen lugar en la seccion 40 del reactor superior no expuesta a la llama.

La temperatura del efluente de la seccion 40 superior del reactor no expuesta a la llama y la corriente de gases que sale del dispositivo 50 de separacion son ffpicamente de aproximadamente 427°C (800°F) a aproximadamente 704°C (1.300°F). La corriente de gases que sale del dispositivo 50 de separacion se calienta por el intercambiador 150 de flujo transversal de calor antes de entrar a una zona 90 de reaccion para eliminacion de alquitran. En una realizacion, la temperatura de la zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos catalfficos se mantiene desde 371°C (700°F) a 1.038°C (1.900°F), preferiblemente desde 538°C (1.000°F) a 927°C (1.700°F) y lo mas preferiblemente de 649°C (1.200°F) a 871°C (1.600°F). En otra realizacion, la temperatura de la zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos sorbentes se mantiene desde 93°C (200°F) a 538°C (1.000°F), preferiblemente de 121°C (250°F) a 316°C (600°F) y lo mas preferiblemente desde 149°C (300°F) a 260°C (500°F).

El procedimiento de esta invencion se lleva a cabo a presiones atmosfericas o superiores. En general, la presion en la seccion 30 inferior del reactor y la seccion 40 superior del reactor es de aproximadamente 101 kPa (14,7 psig) a aproximadamente 13.790 kPa (2.000 psig), preferiblemente desde 354 kPa (50 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig) y lo mas preferiblemente desde 1.034 kPa (150 psig) a 8.274 kPa (1.200 psig). La presion en la zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos catalfticos es de aproximadamente 101k Pa (14,7 psig) a aproximadamente 10.342 kPa (1.500 psig), preferiblemente desde 354 kPa (50 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig) y lo mas preferiblemente desde

1.034 kPa (150 psig) a 8.274 kPa (1.200 psig). En otra realizacion, la presion en la zona 90 de reaccion que comprende uno o mas lechos sorbentes es de aproximadamente 101 kPa (14,7 psig) a aproximadamente 10.342 kPa (1.500 psig), preferiblemente de 354 kPa (50 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig) y lo mas preferiblemente desde

1.034 kPa (150 psig) a 8.274 kPa (1.200 psig).

En las diversas realizaciones de la presente invencion, la velocidad o la tasa de alimentacion de gases y solidos que pasan a traves de los dispositivos 60 y/o 60a de dispersion, del reactor 30 de la seccion inferior del reactor se mantiene entre 6,1 m/s y 36,6 m/s (20 y 120 pies por segundo) y preferiblemente entre 6,1 m/s y 27,4 m/s (20 y 90 pies por segundo) y lo mas preferiblemente entre 9,1 m/s y 18,3 m/s (30 y 60 pies por segundo). El tiempo de permanencia de material carbonoso en la seccion 30 inferior del reactor se mantiene entre 2 segundos y 10 segundos y preferiblemente entre 4 y 6 segundos. La velocidad o la tasa de alimentacion de la corriente de suspension que pasa por el dispositivo 80 y/u 80a de alimentacion del reactor 40 de la seccion superior del reactor se mantiene entre 1,5 m/s (5 pies por segundo) y 30,5 m/s (100 pies por segundo), preferiblemente entre 3,1 m/s (10 pies por segundo) y 24,3 m/s (80 pies por segundo) y lo mas preferiblemente entre 6,1 m/s y 18,3 m/s (20 y 60 pies por segundo). El tiempo de permanencia en la seccion 40 superior del reactor se mantiene entre 5 y 40 segundos.

El procedimiento es aplicable a cualquier material carbonoso en forma de parffculas. Preferiblemente, sin embargo, el material carbonoso en forma de parffculas es carbon que, sin limitacion, incluye: lignito, carbon bituminoso, carbon sub-bituminoso o cualquier combinacion de los mismos. Los materiales carbonosos adicionales son coque a partir de carbon, material carbonoso de carbon, residuos de la licuefaccion de carbon, carbono en forma de parffculas, coque de petroleo, solidos carbonosos procedentes de pizarra bituminosa, arenas alquitranadas, pez, biomasa, lodo de alcantarillado concentrado, trozos de desechos, caucho y mezclas de los mismos. Los materiales ejemplificados anteriores pueden estar en la forma de solidos multiples y para mejores caracteffsticas de manipulacion y de reaccion de los materiales, como suspensiones bombeables en un portador lfquido.

El portador lfquido para materiales solidos carbonosos puede ser cualquier lfquido que sea capaz de vaporizar y

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participar en las reacciones para formar productos gaseosos deseados, en particular monoxido de carbono e hidrogeno. El portador Ifquido considerado mas facilmente es agua que forma vapor de agua en la seccion 30 del reactor inferior. El vapor de agua es capaz de reaccionar con carbono para formar productos gaseosos que son constituyentes del gas de smtesis. Ademas, se pueden usar lfquidos distintos de agua para suspender el material carbonoso. Preferiblemente, el lfquido es agua, pero puede ser tambien un hidrocarburo tal como, por ejemplo, fueloil, aceite residual, petroleo y CO2 lfquido. Cuando el portador lfquido es un hidrocarburo, se puede anadir agua o vapor de agua adicional para proporcionar suficiente agua para reaccion eficaz y para moderar la temperatura del reactor.

Cualquier gas que contenga al menos 20 por ciento de oxfgeno puede ser usado como el gas que contiene oxfgeno alimentado a la seccion 30 inferior del reactor expuesta a la llama. Los gases que contienen oxfgeno preferidos incluyen oxfgeno, aire y aire enriquecido en oxfgeno.

La concentracion de material carbonoso en forma de partfculas en el lfquido portador como una suspension es solo la necesaria para tener una mezcla bombeable. En general, la concentracion oscila hasta 70 por ciento en peso del material solido. Preferiblemente, la concentracion de material carbonoso en forma de partfculas en la suspension oscila desde 30 por ciento a 70 por ciento en peso en tanto la primera como la segunda fase del procedimiento. Mas preferiblemente, la concentracion de carbon en la suspension acuosa esta entre 45 y 69 por ciento en peso.

Cuando el carbon es la materia prima, se puede pulverizar antes de ser mezclado con un portador lfquido para formar una suspension o molido junto con el medio lfquido. En general, puede ser usado cualquier material carbonoso razonablemente finamente dividido y se puede emplear cualquiera de los metodos conocidos para reducir el tamano de partfcula de los solidos en forma de partfculas. Los ejemplos de tales metodos incluyen el uso de molinos de bola, de varilla y de martillo. Aunque no es crftico el tamano de partfcula, se prefieren partfculas de carbono finamente divididas. El carbon en polvo usado como combustible en centrales electricas alimentadas con carbon es tfpico. Dicho carbon presenta una distribucion de tamano de partfcula en la que el 90 por ciento en peso del carbon pasa a traves de un tamiz de 0,074 mm (malla de 200). Un tamano mas grueso de tamano de partfcula promedio de 0,149 mm (malla de 100) tambien se puede usar para materiales mas reactivos, siempre que se pueda preparar suspension estable y no de sedimentacion.

Como se usa en la presente memoria, el termino “material carbonoso” se refiere a un carbono no calcinado y partfculas de ceniza que permanecen atrapadas en el sistema de gasificacion despues de la produccion de los diversos productos.

Como se usa en la presente memoria, el termino “y/o”, cuando se usa en una lista de dos o mas artfculos, significa que se puede emplear uno cualquiera de los artfculos enumerados por sf mismo o cualquier combinacion de dos o mas de los artfculos enumerados. Por ejemplo, si se describe una composicion como que contiene los componentes A, B y/o C, la composicion puede contener A solo; B solo; C solo; A y B en combinacion; A y C en combinacion; B y C en combinacion o A, By C en combinacion.

Cada una y todas las reivindicaciones se incorporan en la memoria descriptiva como una realizacion de la presente invencion. Asf, las reivindicaciones son una descripcion mas y son ademas las realizaciones preferidas de la presente invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para gasificacion en suspension o de arrastre de un material carbonoso, procedimiento que comprende las etapas de:

a. introducir material carbonoso reciclado en una seccion inferior del reactor y calcinar parcialmente dicho material carbonoso reciclado en el mismo con una corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno o vapor de agua desprendiendo de ese modo calor y formando productos de mezcla que comprenden gas de smtesis y escoria fundida;

b. hacer pasar dicho gas de smtesis de dicha seccion inferior del reactor hacia arriba a una seccion superior del reactor y pirolizar en el mismo con una corriente que comprende una suspension de material carbono en forma de partmulas en un portador lfquido formando de ese modo productos de mezcla que comprenden: i) una corriente gaseosa de producto que comprende gas de smtesis y alquitran residual, ii) material carbonoso y iii) vapor;

c. hacer pasar dichos productos de la mezcla de dicha seccion superior del reactor por un dispositivo de separacion segun lo cual dicho material carbonoso se separa de dichos productos de la mezcla de dicha seccion superior del reactor y se recicla como materia prima que se tiene que introducir a dicha seccion inferior del reactor; y

d. introducir dicha corriente de producto gaseoso que comprende gas de smtesis y alquitran residual de una salida del dispositivo de separacion a una zona de reaccion segun lo cual se retira dicho alquitran residual;

segun lo cual dicho calor desprendido en dicha etapa (a) se recupera convirtiendo dicha suspension de material carbonoso en forma de partmulas y dicho lfquido portador en la etapa (b), en dicha corriente de producto gaseoso en la etapa (b),

en el que el procedimiento comprende ademas mantener la temperatura de la seccion inferior del reactor en el intervalo de 1.316°C (2.400°F) a 1.649°C (3.000°F) y mantener la temperatura de la seccion superior del reactor en el intervalo de 232°C (450°F) a 704°C (1.300°F).
2. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha suspension de materiales carbonosos en forma de partmulas en dicho portador lfquido se introduce a dicha seccion superior del reactor por uno o mas dispositivos de alimentacion.
3. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno y vapor de agua y dicho residuo carbonoso se introducen a dicha seccion inferior del reactor por uno o mas dispositivos de dispersion.
4. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha corriente que comprende un gas que contiene oxfgeno y vapor de agua y dicho residuo carbonoso se introducen en dicha seccion inferior del reactor a una velocidad en el intervalo de 6,1 m/s a 36,6 m/s (20 a 120 pies por segundo), opcionalmente 6,1 m/s a 27,4 m/s (20 a 90 pies por segundo) y el tiempo de permanencia de dicho residuo carbonoso en dicha seccion inferior del reactor esta en el intervalo de 2 a 10 segundos, opcionalmente 4 a 6 segundos.
5. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha suspension de material carbono en forma de partmulas en un portador lfquido se introducen en dicha seccion superior del reactor a una velocidad en el intervalo de 1,5 m/s a 30,5 m/s (5 a 100 pies por segundo), opcionalmente 3,3 m/s a 24,3 m/s (10 a 80 pies por segundo) y el tiempo de permanencia de dicha suspension de material carbonoso en forma de partmulas en un portador lfquido en dicha seccion superior del reactor esta en el intervalo de 5 a 40 segundos.
6. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicho lfquido portador se selecciona del grupo que consiste en: agua, CO2 lfquido, lfquido de petroleo y cualquier mezcla de los mismos.
7. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicho material carbonoso en forma de partmulas se selecciona del grupo que consiste en: carbon, lignito, coque de petroleo y cualquier mezcla de los mismos.
8. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha suspension presenta una concentracion de solidos de 30 a 70 por ciento en peso basado en el peso total de dicha suspension, opcionalmente en el que dicha suspension presenta una concentracion de solidos de 45 a 69 por ciento en peso basado en el peso total de dicha suspension.
9. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicho gas que contiene oxfgeno se selecciona del grupo que consiste en: aire, aire enriquecido en oxfgeno, oxfgeno y mezclas de los mismos.
10. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha zona de reaccion comprende uno o mas lechos catalfticos que comprenden uno o mas catalizadores de destruccion de alquitran, segun lo cual se descompone alquitran.

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11. El procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que la temperature en dicha zona de reaccion esta en el

intervalo de 371°C (700°F) a 1.038°C (1.900°F) y la presion esta en el intervalo de 101 kPa (14,7 psig) a 13.790 kPa (2.000 psig), opcionalmente en el que la temperature en dicha zona de reaccion esta en el intervalo de 538°C

(1.000°F) a 927°C (1.700°F) y la presion esta en el intervalo de 345 kPa (50 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig).
12. El procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que dicho lecho catalftico es un lecho fluidizado catalftico que comprende uno o mas catalizadores de destruccion de alquitran, seleccionados opcionalmente del grupo que consiste en: zeolita, rnquel soportado, caliza y mezclas de los mismos, segun lo cual se descompone el alquitran residual y los finos de carbono se convierten en monoxido de carbono o para formar materiales en forma de partfculas para pasar por dicho lecho fluidizado catalftico junto con productos gaseosos de salida que comprenden gas de srntesis.
13. El procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que dicho lecho catalftico es un lecho fijo catalftico.
14. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que dicha zona de reaccion comprende uno o mas lechos

sorbentes que comprenden uno o mas lechos sorbentes absorbentes de alquitran, segun lo cual se absorbe el

alquitran para formar un sorbente alquitranado.
15. El procedimiento segun la reivindicacion 14, en el que la temperatura en dicha zona de reaccion que comprende uno o mas lechos sorbentes esta en el intervalo de 93°C (200°F) a 538°C (1.000°F) y la presion esta en el intervalo de 101 kPa (14,7 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig), opcionalmente en el que la temperatura en dicha zona de reaccion que comprende uno o mas lechos sorbentes esta en el intervalo de 121°C (250°F) a 316°C (600°F) y la presion esta en el intervalo de 345 kPa (50 psig) a 10.342 kPa (1.500 psig).
16. El procedimiento segun la reivindicacion 14, en el que dicho lecho sorbente es un lecho fluidizado que comprende uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran, opcionalmente seleccionado del grupo que consiste en: carbono activado, zeolita y silicatos naturales y mezclas de los mismos, segun lo cual se absorbe el alquitran.
17. El procedimiento segun la reivindicacion 14, en el que dicho lecho sorbente es un lecho fijo que comprende uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran, segun lo cual se absorbe el alquitran.
18. El procedimiento segun la reivindicacion 1,

en el que en la etapa (a), la presion de dicha seccion inferior del reactor se hace funcionar entre 1.034 kPa (150 psig) y 8.274 kPa (1.200 psig), en el que el residuo carbonoso reciclado y dicha corriente que comprende dicho gas que contiene oxfgeno o vapor de agua se introducen en dicha seccion inferior del reactor a traves de uno o mas dispositivos de dispersion en dicha seccion inferior del reactor a una velocidad entre 9,1 m/s y 18,3 m/s (30 y 60 pies por segundo) y el tiempo de permanencia de dicho residuo carbonoso reciclado en dicha seccion inferior del reactor esta entre 4 y 6 segundos;

en el que en la etapa (b), la temperatura de dicha seccion superior del reactor funciona entre 288°C (550°F) y 704°C (1.300°F) y la presion de dicha seccion superior del reactor funciona entre 1.034 kPa (150 psig) y
8.274 kPa (1.200 psig), en el que dicha suspension de material carbonoso en forma de partfculas en dicho portador ftquido se introduce en dicha seccion superior del reactor a traves de uno o mas dispositivos de alimentacion en dicha seccion superior del reactor a una velocidad entre 6,1 m/s y 18,3 m/s (20 y 60 pies por segundo) y el tiempo de permanencia de dicha suspension de material carbonoso en forma de partfculas en un portador ftquido en dicha seccion superior del reactor esta entre 5 y 40 segundos, y

en el que en la etapa (d), dicho alquitran residual se introduce en uno o mas lechos cataftticos que comprenden uno o mas catalizadores de destruccion de alquitran seleccionados del grupo que consiste en: zeolita, rnquel soportado, caliza y mezclas de los mismos, en el que la temperatura de dicho lecho catalftico funciona entre 649°C (1.200°F) y 871°C (1.600°F) y la presion de dicho lecho catalftico funciona entre 1.034 kPa (150 psig) y 8.274 kPa (1.200 psig), segun lo cual se descompone dicho alquitran residual.
19. El procedimiento segun la reivindicacion 1,

en el que en la etapa (a), la presion de dicha seccion inferior del reactor funciona entre 1.034 kPa (150 psig) y 8.274 kPa (1.200 psig), en el que el residuo carbonoso reciclado y dicha corriente que comprende gas que contiene oxfgeno o vapor de agua se introducen en dicha seccion inferior del reactor a traves de uno o mas dispositivos de dispersion en dicha seccion inferior del reactor a una velocidad entre 9,1 m/s y 18,3 m/s (30 y 60 pies por segundo) y el tiempo de permanencia de dicho residuo carbonoso reciclado en dicha seccion inferior del reactor es entre 4 y 6 segundos;

en el que en la etapa (b), la temperatura de dicha seccion superior del reactor funciona entre 260°C (500°F) y 704°C (1.300°F) y la presion de dicha seccion superior del reactor funciona entre 1.034 kPa (150 psig) y
8.274 kPa (1.200 psig), en el que dicha suspension de material carbonoso en forma de partfculas en dicho portador ftquido se introduce en dicha seccion superior del reactor a traves de uno o mas dispositivos de alimentacion en dicha seccion superior del reactor a una velocidad entre 6,1 m/s y 18,3 m/s (20 y 60 pies

por segundo) y el tiempo de permanencia de dicha suspension de material carbonoso en forma de partfculas en un portador Uquido en dicha seccion superior del reactor esta entre 5 y 40 segundos, y

en el que en la etapa (d), dicha corriente de producto gaseoso que comprende gas de smtesis y alquitran residual se introduce desde la salida del dispositivo de separacion a uno o mas lechos sorbentes que 5 comprenden uno o mas sorbentes absorbentes de alquitran seleccionados del grupo que consiste en:

carbono activado, zeolita y silicatos naturales y mezclas de los mismos, en el que la temperatura de dicho lecho sorbente funciona entre 149°C (300°F) y 260°C (500°F) y la presion de dicho lecho sorbente funciona entre 1.034 kPa (150 psig) y 8.274 kPa (1.200 psig), segun lo cual se absorbe dicho alquitran residual.