ES2581602T3 - Calentamiento de un gas de escape de proceso - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para calentar un gas de escape (P) de un proceso de pirólisis, en el que se conduce el gas de escape (P) del proceso a través de una cámara de combustión (1) en la que se genera calor por combustión de al menos un combustible (F), caracterizado por que la cámara de combustión está construida como un ensanchamiento de un canal de gas de escape y por que están previstos varios quemadores dispuestos uniformemente alrededor de un eje definido por la dirección de flujo del gas de escape del proceso en la cámara de combustión, quemándose como el al menos un combustible (F) aceite pesado o aceite combustible, metano, etano, butano, propano y/o gas natural y/o mezclas correspondientes con una mezcla gaseosa (O) rica en oxígeno que presenta un contenido de oxígeno de al menos 25 por ciento en volumen.

Description

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DESCRIPCION
Calentamiento de un gas de escape de proceso.
La invencion concierne a un procedimiento para calentar un gas de escape de un proceso termico, a un dispositivo correspondiente y a un procedimiento de pirolisis.
Estado de la tecnica
En una serie de procesos termicos se generan gases de escape de proceso que pueden o deben ser calentados posteriormente.
Asf, por ejemplo, se conocen procedimientos para preparar mezclas gaseosas diferentes a partir de un material de carga organico solido, tambien denominados abreviadamente procedimientos de gasificacion. Por ejemplo, como material de carga pueden utilizarse biomasa o materiales valiosos. Como biomasa pueden emplearse madera vieja y madera residual forestal o las llamadas maderas energeticas, pero tambien materiales residuales agrarios como paja o forraje picado. Los materiales valiosos comprenden, por ejemplo, neumaticos de automoviles y recortes de plastico.
Se conocen, por ejemplo por los documentos EP 0 745 114 B1, DE 41 39 512 A1 y DE 42 09 549 A1, procedimientos e instalaciones para gasificar material de carga organico solido. Asimismo, se trata detalladamente la conversion de biomasa en Brown, Robert C. (Hrsg.): Thermochemical Processing of Biomass - Conversion into Fuels, Chemicals and Power. Hoboken: John Wiley & Sons, 2011.
Mediante una gasificacion de material de carga organico para obtener gas de smtesis y unos pasos de procedimiento pospuestos (por ejemplo en el llamado procedimiento de conversion de biomasa en lfquido, BTL) se puede obtener, por ejemplo, un biocarburante sintetico que es semejante en sus propiedades ffsicas y qmmicas a los carburantes conocidos de conversion de gas en lfquido (GTL) o de conversion de carbon en lfquido (CTL).
Sin embargo, los productos gaseosos correspondientemente obtenidos se pueden emplear tambien, por ejemplo, para el calentamiento de hornos de cuba anular en fabricas de cal y/o como gas de smtesis en la produccion de carburos.
En los procedimientos conocidos, por ejemplo en la pirolisis, es desventajosa frecuentemente la descarga de constituyentes solidos y/o lfquidos del procedimiento que pueden ocasionar perturbaciones en los procesos de depuracion subsiguientes. Por tanto, es conocido calentar los gases de escape de proceso correspondientes. Sin embargo, los procedimientos actuales se manifiestan en este contexto frecuentemente como insatisfactorios, ya que, por ejemplo, son regulables solamente en estrechos intervalos y, por tanto, no son seguros para el proceso.
Por tanto, el cometido de la presente invencion consiste en indicar posibilidades mejoradas para calentar gases de escape de procesos termicos.
Revelacion de la invencion
La invencion propone un procedimiento para calentar un gas de escape de un proceso termico, un dispositivo correspondiente y un procedimiento de pirolisis con las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Ejecuciones preferidas son objeto de las reivindicaciones subordinadas y de la descripcion siguiente.
Ventajas de la invencion
La invencion concierne a un procedimiento para calentar un gas de escape de proceso segun la reivindicacion 1. El al menos un combustible se alimenta externamente de preferencia al comienzo del procedimiento, y en un momento posterior se mantiene la combustion preferiblemente ella sola debido a que los gases combustibles existentes en el gas de escape de proceso se queman como al menos un combustible.
Mediante el empleo de mezclas gaseosas ricas en oxfgeno para quemar el al menos un combustible se puede conservar especialmente el poder calonfico de gases de escape de proceso que estan destinados a su utilizacion posterior en procesos de combustion, por ejemplo de gases de escape de los llamados procesos de pirolisis. Resulta especialmente una ventaja frente al empleo de aire debido a que se introduce menos nitrogeno adicional o no se introduce ninguno. Esto reduce tambien la formacion de oxidos de nitrogeno. Gracias al empleo de mezclas gaseosas ricas en oxfgeno se puede estabilizar tambien claramente la combustion del al menos un combustible. La temperatura que se genera durante la combustion y, por tanto, la temperatura a la que puede calentarse un gas de escape de proceso correspondiente se pueden regular tambien en medida muctusimo mayor que con el empleo de aire. Por tanto, un procedimiento correspondiente es muctusimo mas seguro para el proceso.
Mediante el procedimiento segun la invencion se pueden reducir significativamente el contenido de carbono total en gases de escape de hogares, por ejemplo de hogares en los que se utilizan los gases de escape de proceso
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mencionados, y el contenido de solidos o Kquido de gases de escape de proceso correspondientes. Asimismo, el calentamiento de los gases de escape, por ejemplo en electrofiltros cuyo grado de separacion se manifiesta frecuentemente como insuficiente en los procedimientos convencionales, permite que se consiga una mejor accion de filtrado. La resistencia de la capa de polvo en tales electrofiltros depende de la temperatura, por lo que los filtros trabajan mas efectivamente a temperatura mas alta.
La reduccion de los constituyentes solidos y lfquidos en el gas de escape de proceso se efectua mediante una transferencia al estado de agregacion gaseoso por reaccion qmmica o evaporacion. De este modo, ya no se producen perturbaciones en los procesos de depuracion subsiguientes.
La aportacion de temperatura necesaria mejora el grado de separacion de electrofiltros pospuestos, concretamente no solo debido a la reduccion de los constituyentes solidos y lfquidos en el gas de escape del proceso, sino tambien debido a una variacion de la dinamica de flujo y de la resistencia electrica de la capa de polvo generada en el electrofiltro. Como es sabido, estas magnitudes dependen de la temperatura, de modo que a una temperatura elevada, como la que se puede lograr segun la invencion, se puede alcanzar tambien un grado de separacion mejorado.
Particularmente en procesos de pirolisis que comprenden un paso de pirolisis a baja temperatura en un llamado gasificador a baja temperatura, los gases de escape de proceso estan frecuentemente saturados con alquitran que puede separarse por condensacion al enfriar los gases de escape de proceso. Esto se evita con seguridad mediante el calentamiento y especialmente el calentamiento segun la invencion empleando una mezcla gaseosa rica en oxfgeno. En conjunto, mediante la utilizacion del procedimiento segun la invencion se reducen las cafdas por debajo del punto de rodo, por ejemplo en sistemas de conduccion de gas de escape, y se reducen asf la corrosion ocasionada y los caros trabajos de mantenimiento.
Particularmente con el empleo del dispositivo explicado mas adelante, pero ya tambien mediante las medidas propuestas en la parte del procedimiento, se puede lograr un mejor mezclado de los gases de escape de proceso de modo que se reduzca su capacidad de formacion de venas y sea posible una homogeneizacion de su temperatura. De manera correspondiente, esto se aplica tambien para la homogeneizacion de la composicion qmmica de gases de escape de proceso correspondientes. Por el contrario, el mezclado de los gases de escape de proceso es convencionalmente con frecuencia insuficiente, ya que la velocidad de la llama y el impulso de salida de las llamas que se generan en los quemadores son demasiado bajos. Se producen asf diferencias de concentracion no deseadas en los gases de escape de proceso.
Los quemadores empleados para la combustion pueden encenderse con muchusima mayor seguridad debido al alto contenido de oxfgeno de la mezcla gaseosa empleada rica en oxfgeno. Ya no se pueden formar asf, por ejemplo, mezclas inflamables en los sistemas de tubenas empleados. Esto mejora la seguridad.
Como se ha mencionado, con la utilizacion del procedimiento segun la invencion se produce una reduccion del contenido de carbono total en un gas de escape de proceso correspondiente, particularmente cuando se hace que los quemadores empleados funcionen en el dominio sobrestequiometrico. Si se recircula internamente un gas de escape de proceso correspondiente, es decir, en una camara de combustion correspondiente, esto da como resultado ventajas especiales en combinacion con un aumento del tiempo de permanencia.
Asimismo, gracias a la medida segun la invencion se obtiene tambien una reduccion de la densidad de los gases de escape de proceso, lo que provoca un tiro de aspiracion mejorado de las chimeneas conectadas. El tiro de aspiracion mejorado es ventajoso especialmente cuando varios hornos estan conectados a una chimenea y fallan algunos de ellos, por ejemplo a causa de trabajos de mantenimiento.
Segun las necesidades del calentamiento y/o la estabilidad del proceso y/o los demas objetivos explicados, se puede emplear en el marco del procedimiento segun la invencion una mezcla gaseosa rica en oxfgeno que presente un contenido de oxfgeno de al menos 30 por ciento en volumen, 40 por ciento en volumen, 50 por ciento en volumen, 60 por ciento en volumen, 70 por ciento en volumen, 80 por ciento en volumen, 90 por ciento en volumen o 95 por ciento en volumen. Como alternativa, se puede emplear tambien oxfgeno al menos tecnicamente “puro”, que debe caer tambien bajo el termino de “mezcla gaseosa rica en oxfgeno”. Se pueden preparar mezclas gaseosas correspondientes ricas en oxfgeno, por ejemplo, empleando instalaciones de descomposicion de aire, que pueden hacerse funcionar con especial eficiencia cuando no debe generarse oxfgeno completamente puro. Por ejemplo, en este contexto se pueden utilizar instalaciones de descomposicion de aire con las llamadas columnas mezcladoras.
Como el al menos un combustible se emplean aceite pesado o aceite combustible, metano, etano, butano y/o propano y/o una mezcla gaseosa correspondiente tal como gas natural. Los combustibles lfquidos se atomizan con aire o vapor de agua. Se puede generar metano, por ejemplo, con procedimientos que se realizan de todos modos en una instalacion correspondiente, por ejemplo mediante craqueado por vapor. El etano, el butano y/o el propano y/o las mezclas correspondientes y/o el gas natural representan tambien combustibles baratos que pueden utilizarse segun la invencion.
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Como se ha mencionado, un procedimiento correspondiente puede comprender como primera operacion la alimentacion externa de combustible. Cuando la temperatura del gas de escape de proceso ha alcanzado la temperature de encendido de los gases combustibles contenidos en el mismo, se suspende la alimentacion externa de combustible. El quemador es alimentado entonces solamente con oxfgeno o con la mezcla gaseosa rica en oxfgeno. El combustible en forma de gases combustibles contenido en el gas de escape de proceso es suficiente para mantener una combustion estable. Se puede economizar asf combustible externamente alimentado, por ejemplo gas natural y/o propano. En gases de escape de proceso que no contienen un combustible correspondiente o contienen una cantidad demasiada pequena de este se puede efectuar tambien una combustion continua de combustible externamente alimentado. Son posibles tambien etapas intermedias. Si un gas de escape de proceso a calentar contiene, por ejemplo, tan solo pequenas cantidades de gases combustibles, se puede efectuar al principio, como antes, una alimentacion externa de combustible. Sin embargo, cuando la temperatura del gas de escape de proceso ha alcanzado la temperatura de encendido de los gases combustibles, no se suspende completamente la alimentacion externa de combustible, sino que solamente se la reduce.
Ventajosamente, en un procedimiento correspondiente se quema el al menos un combustible junto con la mezcla gaseosa rica en oxfgeno empleando quemadores introducidos en la camara de combustion, preferiblemente las llamadas lanzas quemadoras. Estas se explican con mas detalle todavfa haciendo referencia al dispositivo segun la invencion.
En un procedimiento correspondiente se efectua ventajosamente un calentamiento del gas de escape de proceso a una temperatura de 200°C a 1700°C, por ejemplo a una temperatura de 400 a 800°C. De esta manera, se alcanza una temperatura a la que se enciende el combustible contenido en el gas de escape de proceso. Como se ha mencionado, la combustion puede mantenerse entonces exclusivamente mediante la alimentacion de la mezcla gaseosa rica en oxfgeno.
La combustion se realiza preferiblemente a una presion absoluta que es de 0,1 a 11 bares. Si se efectuan la combustion a sobrepresion, esto proporciona densidades de energfa mas altas y, por tanto, un calentamiento mas efectivo del gas de escape de proceso. Las presiones por debajo de 1 bar se logran, por ejemplo, mediante el tiro de aspiracion de una chimenea.
Un dispositivo que no pertenece al ambito de proteccion esta preparado para poner en practica un procedimiento como el explicado anteriormente. Por tanto, este dispositivo se aprovecha de las ventajas explicadas de la misma manera.
En particular, el dispositivo, como ya se ha mencionado, presenta al menos un quemador introducido en la camara de combustion, el cual puede ser cargado al menos con la mezcla gaseosa rica en oxfgeno y el al menos un combustible.
Ventajosamente, unos quemadores correspondientes pueden ser cargados tambien con al menos un gas inerte o contenido en una mezcla de gas inerte, especialmente nitrogeno. Se pueden barrer con este el quemador o los quemadores. El barrido con gas inerte puede emplearse para enfriar y mantener despejadas las toberas de los quemadores y para asegurar un gas de escape de proceso exento de oxfgeno. Cada vena de oxfgeno no utilizada enviada al quemador puede barrerse permanentemente con nitrogeno u otro gas inerte, de modo que no puede formarse una mezcla inflamable por efecto de la salida de oxfgeno de la corriente de gas de pirolisis. Asimismo, por ejemplo, despues de encendidos fallidos se puede barrer un quemador con gas inerte hasta que se caiga por debajo de lfmite de explosion inferior (durante la puesta en marcha en aire) o se sobrepase el lfmite de explosion superior (durante el funcionamiento normal).
Como quemadores se emplean ventajosamente lanzas quemadoras en las que se pueden alimentar coaxialmente al menos la mezcla gaseosa rica en oxfgeno y el al menos un combustible. Se pueden emplear aqrn una primera rendija anular envolvente para gas combustible y una segunda rendija anular envolvente para oxfgeno o la mezcla que contiene oxfgeno. Al menos un canal preferiblemente interior puede emplearse discrecionalmente para el llamado oxfgeno de encendido o el gas inerte, especialmente en nitrogeno. Todos los canales, pero especialmente los que conducen oxfgeno o una mezcla gaseosa que contiene oxfgeno, pueden ser barridos ventajosamente con nitrogeno. Unas lanzas quemadoras correspondientes permiten una generacion especialmente fiable de llamas de quemador con alta energfa de impulso.
En un dispositivo correspondiente estan previstos ventajosamente varios, especialmente al menos tres, quemadores dispuestos uniformemente alrededor de un eje definido por una direccion de flujo del gas de escape de proceso en la camara de combustion. La camara de combustion puede estar configurada en forma una llamada mufla. Una mufla representa un ensanchamiento de un canal de gas de escape que esta revestido preferiblemente con material refractario. Esta mufla es preferiblemente una parte del sistema de extraccion de gas que esta conectada por encima de un reactor u horno para generar los gases de escape de proceso. El eje que esta definido por la direccion de flujo del gas de escape de proceso en la camara de combustion discurre verticalmente en los dispositivos corrientes.
Ventajosamente, estan previstos al menos tres quemadores cuyos ejes longitudinales estan orientados formando un
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angulo de 10° a 90°, especialmente de 25° a 35° con el eje. Un angulo agudo designa aqu un angulo entre una direccion de entrada del gas de escape de proceso y la direccion de entrada del al menos un combustible procedente de la tobera quemadora. Los quemadores estan orientados tambien hacia el centro de la camara de combustion. Pueden encenderse mutuamente. Uno o varios y preferiblemente todos los quemadores pueden ser vigilados por sondas de infrarrojos o de luz ultravioleta y pueden presentar cada uno de ellos un dispositivo de encendido electrico. El encendido se efectua preferiblemente en una zona de mezclado de oxfgeno de encendido y gas combustible.
Mediante la disposicion propuesta se asegura especialmente un impulso suficientemente alto para mezclar los gases de escape de proceso, estando concebido el impulso total espedfico de los quemadores, referido a la superficie, como al menos el doble de alto que el de la corriente de gas de escape de proceso. Esto reduce su tendencia a la formacion de venas.
Los angulos entre los quemadores se derivan del numero de estos. Si, por ejemplo, estan previstas tres lanzas quemadoras que estan distribuidas uniformemente alrededor del penmetro de una mufla correspondiente, se trata de 3 x 120° = 360°.
Como se ha mencionado, las llamas generadas poseen un impulso de salida relativamente alto. La temperatura de las llamas se reduce fuertemente debido a una alta incorporacion del gas de escape de proceso en la llama. Sin embargo, debido a la alta incorporacion la corriente completa de gas de proceso puede llevarse homogenea y rapidamente a las temperaturas deseadas. La reaccion principal del gas rico en oxfgeno o del oxfgeno contenido en el mismo con el gas de escape de proceso tiene lugar asf en la camara de combustion.
Debido a los quemadores introducidos en la mufla se logra tambien una aceleracion del gas de escape de proceso. Debido al ensanchamiento del canal de gas de escape de proceso en la camara de combustion se reduce una perdida de presion por efecto del calentamiento del gas de escape de proceso.
Un procedimiento de pirolisis en el que un material de carga organico solido se convierte al menos parcialmente en un gas de escape de proceso y en el que el gas de escape de proceso se calienta por medio de un procedimiento anteriormente explicado y/o un dispositivo correspondiente, no forma parte de la invencion. Ventajosamente, se genera en este caso como gas de escape de proceso un gas de destilacion por pirolisis y/o un gas de smtesis y se calienta este gas. Se obtienen entonces tambien las ventajas explicadas.
Se explica seguidamente la invencion con mas detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que muestran una forma de realizacion preferida de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 muestra una camara de combustion para la puesta en practica del procedimiento segun la reivindicacion 1.
La figura 2 muestra un quemador para la puesta en practica del procedimiento segun la reivindicacion 1.
Formas de realizacion de la invencion
En las figuras los elementos iguales o mutuamente correspondientes estan indicados con sfmbolos de referencia identicos. Se prescinde de una explicacion repetida en aras de una mayor claridad.
En la figura 1 se representa esquematicamente un dispositivo para la puesta en practica de la invencion y este se ha designado en conjunto con 10. El dispositivo comprende la camara de combustion 1 que, como se ha explicado, puede estar configurada, por ejemplo, como una mufla y que representa un segmento tubular cilmdricamente ensanchado con paredes 11 revestidas de material refractario. Un material de revestimiento correspondiente, por ejemplo oxido de aluminio o de circonio o chamota, se ha representado tan solo seccionalmente en lmea de trazos y se ha designado con 13.
La camara de combustion 1 esta dispuesta de manera ventajosa directamente por encima de un reactor de proceso en el que se genera un gas de escape de proceso P. El gas de escape de proceso P se alimenta a la camara de combustion 1, por ejemplo desde abajo, lo que se ilustra mediante una flecha correspondiente. Un eje A aqrn vertical corresponde a la direccion de flujo del gas de escape de proceso P en la camara de combustion.
En la camara de combustion 1 van guiados por unas grnas correspondientes 12 unos quemadores 2 que, como se ha explicado, pueden estar configurados como lanzas quemadoras y a los cuales se pueden alimentar un gas combustible y la mezcla gaseosa explicada rica en oxfgeno. El extremo distal de los quemadores esta enrasado con el respectivo material refractario 13 o esta ligeramente retranqueado con respecto a este. En la representacion de la figura 1 se ilustran dos quemadores en el plano del papel. Si, como puede estar previsto tambien segun la invencion, se emplean tres quemadores, solamente uno de estos quemadores esta dispuesto en el respectivo plano del papel. Los quemadores estan orientados con sus ejes longitudinales a en direccion al eje A anteriormente explicado y estan
inclinados formando un angulo, aqu de 25°, con este. Como se ha explicado, pueden estar previstos tambien otros angulos. Mediante los quemadores 2 se genera una llama 20 representada aqu de manera fuertemente esquematizada, con la cual se puede calentar el gas de escape de proceso P. La camara de combustion puede presentar, por ejemplo, una anchura interna maxima de 10 a 900 cm, por ejemplo 200 cm, y el diametro interior del 5 canal de gas de escape dispuesto encima y debajo de ella es correspondientemente mas pequeno. La altura total de la camara de combustion puede ser, por ejemplo, de 25 a 2250 cm, por ejemplo 500 cm.
En la figura 2 se representa esquematicamente en una vista en seccion parcial un quemador configurado como una lanza quemadora y este se ha designado en conjunto con 2.
Este quemador esta configurado sustancialmente en forma de tubos 21, 22, 23 concentricamente dispuestos. En un 10 canal interior formado por el tubo 21 se alimenta oxfgeno de encendido. Discrecionalmente, en este canal interior puede alimentarse tambien nitrogeno de barrido. Un tubo circundante 22 define una rendija anular alrededor del tubo interior 21. Se puede alimentar gas combustible a la primera rendija anular envolvente. Un segundo tubo envolvente 23 define una segunda rendija anular. Se pueden alimentar la mezcla gaseosa rica en oxfgeno y tambien nitrogeno de barrido a este segundo tubo envolvente 23.
15 En una zona trasera del quemador 2, representada arriba en la figura 2, estan representadas de manera fuertemente esquematizada unas acometidas correspondientes para estos gases o mezclas gaseosas. El quemador puede presentar, por ejemplo, una longitud total de aproximadamente 1,5 m. El segmento con los tubos 21, 22, 23 concentricamente dispuestos tiene, por ejemplo, una longitud aproximada de 80 cm. Esto hace posible un guiado seguro hacia dentro de una camara de combustion 1, aun cuando esta este revestida con un material refractario 20 correspondiente. El quemador 2 puede presentar unos equipos de encendido y/o de vigilancia no representados.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para calentar un gas de escape (P) de un proceso de pirolisis, en el que se conduce el gas de escape (P) del proceso a traves de una camara de combustion (1) en la que se genera calor por combustion de al menos un combustible (F), caracterizado por que la camara de combustion esta construida como un 5 ensanchamiento de un canal de gas de escape y por que estan previstos varios quemadores dispuestos uniformemente alrededor de un eje definido por la direccion de flujo del gas de escape del proceso en la camara de combustion, quemandose como el al menos un combustible (F) aceite pesado o aceite combustible, metano, etano, butano, propano y/o gas natural y/o mezclas correspondientes con una mezcla gaseosa (O) rica en oxfgeno que presenta un contenido de oxfgeno de al menos 25 por ciento en volumen.
    10 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la mezcla gaseosa (O) rica en oxfgeno presenta un contenido
    de oxfgeno de al menos 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 95 por ciento en volumen o representa oxfgeno al menos tecnicamente puro.
  2. 3. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se emplea como el al menos un combustible (F), al menos temporalmente, al menos un componente gaseoso del gas de escape (P) del proceso.
    15 4. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se efectua un calentamiento del gas
    de escape (P) del proceso a una temperatura de 200 a 1700°C.
ES12007061.0T 2012-08-28 2012-10-11 Calentamiento de un gas de escape de proceso Active ES2581602T3 (es)

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