ES2613652T3

ES2613652T3 - Gasificador de corriente descendente con estabilidad mejorada

Info

Publication number: ES2613652T3
Application number: ES11703070.0T
Authority: ES
Inventors: Philip D. Leveson
Original assignee: Blue Planet Sustainable Energy N V; Blue Planet Sustainable Energy Nv
Current assignee: Blue Planet Sustainable Energy N V; Blue Planet Sustainable Energy Nv
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102803445B; WO2011091080A3; CA2787269C; WO2011091080A2; WO2011091080A8; BR112012017820B1; EP2526176A2; PL2526176T3; CA2787269A1; BR112012017820A2; EP2526176B1; CN102803445A; US8845769B2; US20120017510A1

Abstract

Un gasificador (1) de corriente descendente, que comprende: un cuerpo (19); una entrada (2) de carga de combustible ubicada hacia la parte superior del cuerpo (19) para permitir la introducción de combustible en el gasificador (1); una entrada de aire (3) ubicada hacia la parte superior del cuerpo (19) para permitir la introducción de aire en el gasificador (1); una reja (9) ubicada dentro del cuerpo (19) y por debajo de la entrada (2) de carga de combustible y la entrada (3) de aire para soportar un lecho (4) de combustible, la reja comprende: una pluralidad de secciones (14) de placas alargadas sustancialmente paralelas, cada sección de placa tiene una dimensión alargada y comprende un componente horizontal y un componente vertical, el componente vertical se centra sustancialmente sobre el componente horizontal, los componentes horizontales están separados entre sí mediante una primera distancia predeterminada, los componentes verticales se separan entre sí mediante otra segunda sección predeterminada, y la dimensión alargada de la secciones de placa se orientan en una primera dirección predeterminada y cada sección de placa alargada se separa de la otra mediante un espacio (16) de distancia predeterminada; un separador (15) rodea las secciones de placa, y se une a las secciones de placa, para formar una estructura de placa; una pluralidad de secciones (12) de bóveda alargada sustancialmente paralela, cada sección de bóveda tiene una dimensión alargada y tiene una forma predeterminada, las secciones de bóveda se separan entre sí mediante una tercera distancia predeterminada en la parte superior de la forma predeterminada y se separan entre sí mediante una cuarta distancia (17) predeterminada en la parte inferior de la forma predeterminada, la dimensión alargada de las secciones de bóveda también se orienta en una primera dirección predeterminada; una pluralidad de barras (13) unidas a las secciones de bóveda forman una estructura de bóveda, la estructura de bóveda está directamente por encima de la estructura de placa; un motor (26) mueve una estructura predeterminada de dicha estructura de bóveda o dicha estructura de placas en una dirección sustancialmente perpendicular a dicha primera dirección predeterminada, la otra estructura de dicha estructura de bóveda o dicha estructura de placa se fija de tal manera que, en uso se puede mover la ceniza o carbón a través de la sección de placa hasta que sale entre el espacio (16); una disposición de panel deslizante se ubica en la parte superior de la sección (14) de placa plana inferior, la placa deslizante también se separa por espacios; en el que el tamaño de los espacios (16) y las secciones (12) de bóveda superior son tales que, cuando la reja se observa desde arriba, no se pueden ver pasajes a través de la reja debido a que las secciones de bóveda están directamente por encima y ocultan los espacios (16) en la sección (14) de placa inferior; y en el que el gasificador comprende adicionalmente una paleta (5) giratoria, ubicada dentro del cuerpo (19) y por encima de la reja (9) para agitar el lecho (4); un puerto (7) de salida de gas ubicado por debajo de la reja (9); y un puerto de remoción de ceniza hacia la parte inferior del cuerpo (19).

Description

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DESCRIPCION

Gasificador de corriente descendente con estabilidad mejorada Campo de la invencion

La presente invencion se relaciona con la estabilidad mejorada de gasificadores de corriente descendente. Se describen tecnicas para nivelar la biomasa en la parte superior del lecho, para inyectar uniformemente oxidantes a traves de la seccion trasversal del lecho, y retirar cenizas y carbon uniformemente a traves de la reja. Estas tecnicas se pueden utilizar individuamente, o preferiblemente, todas en combinacion para proporcionar estabilidad y capacidad de control al gasificador mejorado en gran medida.

Antecedente de la invencion

Los gasificadores de corriente descendente son bien conocidos y se han utilizado por mas de 100 anos. En la disposicion la biomasa y el oxidante fluyen en una direccion descendente. El uso de gasificador de corriente descendente resulta en un gas que tiene baja concentracion de alquitran cuando el gas de slntesis pasa a traves de una zona de carbon hacia la seccion inferior del lecho en donde ocurre la destruccion significativa del alquitran. En razon a que el gas de slntesis producido requiere minima limpieza adicional se ha encontrado que este tipo de gasificador es util como un gasificador a bordo para vehlculos durante momentos de escasez de combustible.

El gasificador de corriente descendente tambien tiene una serie de desventajas. Como el lecho esta soportado en una reja, es posible que la biomasa tapone la reja o el lecho, resultando en una distribucion no uniforme (mala distribucion) del aire a traves del lecho, exceso de calda de presion a traves de la profundidad del lecho e incluso la necesidad de apagar el gasificador para limpiar la reja y el lecho.

La biomasa tambien puede formar puentes o canales, formando por lo tanto, "atajos" de calda de baja presion para el oxidante, lo que resulta en menor combustion del lecho, debil produccion del gas y posiblemente aumento de tasas de produccion de alquitran.

Otro problema es que puede ser dificil estabilizar el frente de llama. Dependiendo de las condiciones de operacion, el frente de pirolisis de llama puede migrar hacia la parte superior del lecho, resultando en una operacion inestable y/o combustion superior, resultando de nuevo en la necesidad de apagar el sistema. Un desgasificador de corriente descendente, a saber, el diseno Imbert, supera este ultimo problema a traves de la inyeccion radial de oxidante solo hacia el lecho inferior. El frente de llama se estabiliza de esta manera naturalmente y no puede viajar hacia arriba debido a la falta de oxidante por encima del punto de inyeccion. Sin embargo, esta tecnica carece de la capacidad de aumento a escala para mayores rendimientos debido a una limitacion en que tan lejos en el lecho los chorros radialmente dirigidos pueden provocar la penetracion de oxidante. En efecto, el mayor tamano es determinado por que tan lejos puede penetrar el oxidante en el lecho.

El documento US2007/0006528A1 describe un gasificador de corriente descendente que tiene un mecanismo oscilante por encima de una reja de malla de alambre para reducir el tamano de particulas de carbon.

El documento US4450952A describe una reja para fuego para un horno de combustion que tiene un par de paredes de estructura separadas en paralelo y una pluralidad de barras de reja moviles y estaticas dispuestas alternativamente que se extienden entre y se aseguran a las paredes de estructura. Las barras de reja se forman de una pluralidad de elementos de reja en el que por lo menos dos elementos de reja vecinos se conectan por medio de un elemento de sujecion asegurado en forma removible.

Resumen de la invencion

En el primer aspecto de la presente invencion se proporciona un gasificador de corriente descendente como se reivindica en la reivindicacion 1.

Tambien se proporciona el uso de un ensamble de reja con el gasificador de corriente descendente de la presente invencion para gasificar biomasa, cuando la reja comprende una pluralidad de secciones de placa alargadas sustancialmente paralelas, cada seccion de placa tiene una dimension alargada y comprende un componente horizontal y un componente vertical, el componente vertical se centra sustancialmente sobre el componente horizontal, el componente horizontal se separa del otro mediante una primera distancia predeterminada, los componentes verticales se separan entre si mediante una segunda distancia predeterminada, y la dimension alargada de las secciones de placa se orienta en una primera direccion predeterminada y cada seccion de placa alargada se separa de la otra mediante un espacio de distancia predeterminada;

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un separador para rodear las secciones de placa, y unidas a las secciones de placa, para formar una estructura de placa;

una pluralidad de secciones de boveda alargada sustancialmente paralelas, cada seccion de boveda tiene una dimension alargada y tiene una forma predeterminada, las secciones de boveda se separan entre si mediante una tercera distancia predeterminada en la parte superior de la forma predeterminada y se separan entre si mediante una cuarta distancia predeterminada en la parte inferior de la forma predeterminada, la dimension alargada de las secciones de boveda tambien se orienta en dicha primera direction predeterminada;

una pluralidad de barras unidas a las secciones de boveda forma una estructura de boveda, la estructura de boveda esta directamente por encima de la estructura de placa;

un motor para mover una estructura predeterminada de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa en una direccion sustancialmente perpendicular a dicha primera direccion predeterminada, la otra estructura de dicha estructura de boveda, o dicha estructura de placa se fija de tal manera que, en uso, se puede mover la ceniza o carbon a traves de las secciones de placa hasta que esta sale entre el espacio;

una disposition de panel deslizante se ubica en la parte superior de la seccion de placa plana inferior, el panel deslizante tambien se separa mediante espacios;

en el que el tamano de los espacios y las secciones de boveda superiores son tales que, cuando la reja se observa desde arriba, no se pueden observar pasajes a traves de la reja debido a que las secciones de boveda estan directamente por encima y ocultan los espacios en la seccion de placa inferior.

Un gasificador de corriente descendente tiene un cuerpo, una entrada de aire hacia la parte superior del cuerpo para para permitir que ingrese aire al cuerpo, una entrada de carga de combustible hacia la parte superior del cuerpo para permitir la introduction controlada de combustible en el gasificador, una reja ubicada dentro del cuerpo y por debajo de la entrada de carga de combustible para apoyar un lecho del combustible, en un sistema de distribucion de aire en lecho que comprende una pluralidad de tuberlas con boquillas all!, ubicadas dentro del cuerpo y por encima de la reja, para inyectar aire dentro del lecho, una pala giratoria, ubicada dentro del cuerpo y por encima de la reja, para agitar el lecho, un puerto de salida de gas ubicado por debajo de la reja, y un puerto de remocion de cenizas hacia la parte inferior del cuerpo.

Otro gasificador de corriente descendente tiene un cuerpo, una entrada de aire hacia la parte superior del cuerpo para permitir que ingrese aire al cuerpo, un entrada de carga de combustible ubicada hacia la parte superior del cuerpo para permitir la introduccion de combustible en el gasificador, una entrada de aire ubicada hacia la parte superior del cuerpo para permitir la introduccion de aire en el gasificador, y una reja especial ubicada dentro del cuerpo y por debajo de la entrada de carga de combustible y la entrada de aire para apoyar un lecho de combustible, un motor para mover una parte especifica de la reja en una forma especificada, una pala giratoria, ubicada dentro del cuerpo y por encima de la reja, para agitar el lecho, un puerto de salida de gas ubicado por debajo de la reja, y un puerto de remocion de cenizas hacia la parte inferior del cuerpo.

La reja especial tiene: (1) una pluralidad de secciones de placa alargadas sustancialmente paralelas, cada seccion de placa tiene una dimension alargada y comprende un componente horizontal y un componente vertical, el componente vertical esta sustancialmente centrado sobre el componente horizontal, los componentes horizontales estan separados entre si por una primera distancia predeterminada, los componentes verticales estan separados entre mediante una segunda distancia predeterminada, y la dimension alargada de las secciones de placa estan orientadas en una primera seccion predeterminado, (2) un separador para rodear las secciones de placa, y unido a las secciones de placa, para formar una estructura de placa, (3) una pluralidad de secciones de boveda alargadas sustancialmente paralelas, cada seccion de boveda, tiene una dimension alargada y tiene una forma predeterminada, las secciones de boveda se separan entre si por una tercera distancia predeterminada a la parte superior de la forma predeterminada y se separan entre mediante una cuarta distancia predeterminada en la parte inferior de la forma predeterminada, la dimension alargada de las secciones de boveda tambien se orienta en dicha primera direccion predeterminada, y (4) una pluralidad de barras unidas a las secciones de boveda para formar una estructura de boveda. La estructura de boveda esta directamente por encima de la estructura de placa. Un motor mueve una estructura predeterminada de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa en una direccion sustancialmente perpendicular a dicha primera direccion predeterminada, la otra estructura de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa se fija en el lugar.

La estabilidad de un gasificador de corriente descendente se mejora de esta forma en gran medida y los sistemas gasificadores tienen sustancialmente mayores Indices de salida de energla que aquellos de los disenos de gasificador tradicionales. Se produce un flujo de aire y lecho aun mas uniforme, y el proceso de gasification ocurre en una forma similar a traves del area completa de seccion trasversal del lecho de gasificador.

La paleta superior distribuye uniformemente la biomasa a traves del area de seccional transversal completa del lecho de gasificador, en un distribuidor de oxidante en lecho con una pluralidad de boquillas de inyeccion de oxidante que suministra oxidante a traves del area de seccion trasversal completa del lecho, y un mecanismo de reja activa permite el retiro medido del nivel mas bajo de mezcla de carbon y ceniza del lecho.

5 Las diversas mejoras descritas aqul se pueden utilizar individualmente o en combinacion.

Breve descripcion de los dibujos

Las ventajas mencionadas anteriormente y otras caracterlsticas y ventajas de esta invention, y la forma de unirlas, seran evidentes y se entenderan mejor mediante referencia a la siguiente descripcion de las diversas realizaciones de la invencion en conjunto con los dibujos acompanantes, en donde:

10 La figura 1 es un esquema de un gasificador de corriente descendente, que utiliza valvulas de aleta sinfln para carga de biomasa y una paleta superior.

La figura 2 es un esquema de un gasificador de corriente descendente con un distribuidor de aire en lecho.

La figura 3 ilustra las vistas superior y lateral de un diseno de distribuidor de aire en lecho de ejemplo.

La figura 4 ilustra las vistas superior y lateral de otro diseno de distribuidor de aire en lecho de ejemplo.

15 La figura 5 ilustra los componentes y la construction de una disposition de reja deslizante accionada de ejemplo.

Los caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a traves de las diversas vistas. Los ejemplos establecidos aqul ilustran diversas realizaciones de la invencion pero no se deben interpretar como limitantes del alcance de la invencion de ninguna forma.

Descripcion detallada de la invencion

20 Una paleta superior distribuye uniformemente la biomasa a traves del area de seccion transversal completa del lecho de gasificador, un distribuidor de oxidante en lecho con una pluralidad de boquillas de inyeccion de oxidante suministra oxidante a traves del area de seccion trasversal completa del lecho, y un mecanismo de reja activa permite el retiro medido del nivel inferior de mezcla de ceniza y carbon del lecho.

De esta manera se produce un flujo de aire de lecho mas uniforme, y ocurre el proceso de gasification en una forma 25 similar a traves del area de seccion trasversal completa del lecho de gasificador. Como resultado, la estabilidad de un gasificador de corriente descendente se mejora en gran medida, y el gasificar tiene un Indice de salida de energla sustancialmente mayor que aquellos de diseno tradicional.

En un gasificador de corriente descendente el oxidante y la biomasa viajan en una direction hacia abajo. Frecuentemente la biomasa esta soportada sobre una reja porosa que soporta el lecho de biomasa mientras que 30 permite que las partlculas mas pequenas de carbon y ceniza as! como el gas de slntesis producido pasen de la camara de gasificacion a la camara inferior. La tecnica produce un gas de slntesis con menores concentraciones de alquitran diferentes a disposiciones de lecho de corriente ascendente, corriente lateral o fluida. Esto se debe a que se presenta una zona de reduction de carbon caliente hacia la seccion inferior del lecho y en el que ocurren reacciones de destruction de alquitran significativas.

35 Para gasificador de corriente descendente opere con un desempeno optimo o casi optimo y con estabilidad mejorada el lecho de gasificador se debe operar con caracterlsticas sinteticas y de transferencia de masas y calor similares a traves de la seccion trasversal completa del lecho. Esto ocurre cuando:

(i) la presion que cae de la parte superior del lecho hasta la parte inferior del lecho es la misma a traves de la seccion trasversal completa del lecho;

40 (ii) la altura del lecho es la misma en cualquier parte;

(iii) la llama se estabiliza dentro del lecho;

(iv) el aire se distribuye de tal forma que cada area de seccion transversal del lecho recibe el mismo Indice de flujo volumetrico de oxidante; y

(v) cualquier tuberla de salida o de extraction adelante de la reja no promueve el flujo preferencial dentro del lecho.

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Como se menciono anteriormente, una causa de inestabilidad y desempeno no optimo del gasificador puede resultar de una mala distribucion del flujo de aire a traves del lecho del gasificador. Esto es particularmente importante cuando el flujo de aire ingresa a la unidad de gasificacion por encima del lecho. Se puede utilizar la ecuacion de Ergun para predecir la calda de presion a traves de un lecho empacado. En la ecuacion se puede ver que la calda de presion es directamente proporcional a la altura del lecho, en donde la altura del lecho se define como la altura del nivel de la reja hasta la parte superior de la biomasa. Si la parte del lecho es ligeramente inferior que lecho circundante el flujo de aire sera preferencialmente a traves del lecho en el punto bajo. El aumento de flujo de aire localizado promovera las cineticas mas rapidas en esa region, aumentando de esta manera el Indice de consumo de biomasa en el area de seccion transversal en donde existe el punto mas bajo. Esto resultara luego en que el lecho caiga mas rapidamente all!, provocando que el punto bajo sea aun mas bajo. Esto resulta en un ciclo de retroalimentacion positivo y es el punto de inicio de la formacion de canales dentro del lecho. La mala distribucion de aire puede resultar en mayores Indices de produccion de dioxido de carbono y mayores temperaturas localizadas dentro del area de seccion transversal que contiene el canal.

La figura 1 es un gasificador de corriente descendente estratificado con una pala giratoria superior instalada. El gasificador tiene un cuerpo o cubierta, designado generalmente como (19). En el gasificador (1) descrito en la figura 1, una disposicion de valvula (2) de aleta sinfln realiza una entrada de carga de combustible que se utiliza para cargar la biomasa al sistema mientras que proporciona un bloque de aire para evitar que ingrese aire o gas de slntesis que deja al sistema a traves de esta ruta. Se puede utilizar una serie de diferentes tipos de aparatos de carga de materia prima, que incluyen, pero no se limitan a, valvulas giratorias, mezcladores, valvulas de compuertas deslizantes o sistemas de carga neumaticos. La figura tambien contiene una entrada superior de oxidante central del lecho (3). Son posibles una serie de diferentes disposiciones de entrada, que incluyen entradas laterales, por encima de los distribuidores de oxidante del lecho (que distribuyen uniformemente el oxidante en el espacio superior por encima del lecho) y distribuidores de oxidante en lecho (que distribuyen uniformemente el oxidante directamente en el lecho a poca altura por encima de la reja).

La biomasa se carga en el lecho de gasificador (4) a traves de la disposicion (2) de valvula de aleta sinfln. Una cantidad medida de biomasa se carga inicialmente a la tolva (20) por encima de la valvula de aleta superior. Una vez se carga la cantidad deseada se abre la valvula superior y la biomasa ingresa la cavidad entre las valvulas. Una vez se cierra la valvula la valvula inferior abre y la biomasa cae en el lecho de gasificador. La carga tiende a acumularse en una zona por debajo del punto de descarga de la valvula inferior. En este caso, la paleta (5) giratoria actua para distribuir la biomasa uniformemente a traves de la seccion trasversal completa del lecho. Cuando la paleta redistribuye la biomasa en la parte superior del lecho cualquier punto inferior o inclination dentro del lecho se llena continuamente. Mantener la altura de un lecho uniforme a traves de las secciones trasversales completas promueva la distribucion uniforme del aire minimizando de esta manera la probabilidad de inestabilidades descritas anteriormente.

Ejemplo 1

Un gasificador estratificado con diametro interno (ID) de 127 cm (50") con valvulas de aleta sinfln descentradas de 30.48 cm (12") para adicion de biomasa y una entrada central de oxidante de aire de 15.24 cm (6") se utilizaron para gasificar palas de madera de diametro externo (OD) de 0.635 cm (1/4"). Se utilizo un sistema laser tangencial (10B) para indicar la altura del lecho y fijarla para mantener la altura del lecho en 60.96 cm (24") desde la parte superior de la reja (9) hasta la parte superior del lecho. No se prefiere un sistema de laser debido a que el polvo creado cuando se agrega nuevo material puede proporcionar temporalmente indicaciones de altura erroneas. Preferiblemente, se debe utilizar un sensor infrarrojo o de microondas. Incluso mas preferiblemente, se debe utilizar un interruptor de pala giratoria (10A). Un interruptor de pala giratoria de ejemplo es un interruptor de pala giratoria KP modelo K-TEK TM. Otros interruptores de palas giratorias tambien se pueden utilizar. La senal del laser se carga en un sistema (28) PLC que carga un sistema de extraction (no mostrado) para cargar la tolva (20) por encima de las valvulas de aleta (2) y luego iniciar la secuencia de valvula de aletas. Se puede utilizar un soplador (21) para crear un vaclo en la salida de gasificador para promover el flujo de aire a traves de la entrada de aire central (3). El gasificador inicialmente se lleva a una temperatura utilizando carbon como combustible. Tambien se pueden utilizar otras tecnicas y combustibles para llevar el gasificador hasta una temperatura de funcionamiento deseada. Una vez el gasificador llega a la temperatura de funcionamiento deseada (por ejemplo, 600 a 1200°C) se introducen las paletas de madera en el sistema. El soplador se configura para extraer 509.7 metros por hora (300 SCFM (pies por minutos cubicos estandar)) de gas de slntesis del sistema. Inicialmente, el gasificador opera en una forma estable, con temperaturas y composition de gas de slntesis en el rango normal. Despues de 50 minutos de operation se empiezan a formar "puntos calientes" dentro del lecho. La calidad del gas de slntesis empieza a reducir mientras que se aumenta la produccion de dioxido de carbono. Se apaga el soplador y se deja enfriar el sistema. Despues que el sistema se ha enfriado, se examina el lecho y localizan los puntos bajos en el lecho y se identifican. Se encuentra que la reja bajo estos puntos bajos tiene dano termico sostenido debido a que ocurre all! combustion localizada.

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La misma prueba como se describio anteriormente se realizo utilizando trozos de madera como fuente de combustible. Se encontro que el sistema es mas inestable que la prueba descrita en el Ejemplo 1. Despues se encontro en la prueba un pico alto bajo el punto de alimentacion de biomasa. De nuevo el dano ha ocurrido a la reja bajo los puntos bajos en el lecho.

Ejemplo 3

Se instala una disposicion (5) de pala giratoria en el gasificador ID de 127 cm (50") descrito anteriormente. El sistema se acciona externamente utilizando una disposicion de motor (22) electrico y caja de velocidades (23). El motor se energiza desde una unidad de frecuencia variable (VFD) (no mostrada, pero puede ser parte del PLC (28)) para permitir que se investiga el efecto de velocidad de rotacion. La paleta (5) consiste de una barra cuadrada de acero inoxidable 304 solida de 2.54 cm (1") que se conecta a traves de una disposicion de horquilla (no mostrada) al eje de accionamiento (no numerado por separado). La paleta se dispone de tal manera que la parte superior de la paleta tenga 2.54 cm (1") por debajo del nivel del laser (10) indicador del lecho. La paleta se configura para que gire aproximadamente 1 RPM. La prueba descrita en el Ejemplo 1 se repite. Se encuentra que el sistema funciona en forma estable con perfiles de temperatura radiales consistentes. Se produce un fuerte gas de slntesis que muestra poca variation durante el periodo completo de la prueba (50 minutos). El sistema se opera durante cuatro horas despues de cuyo tiempo se encuentra que la llama delantera ha migrado hacia la parte superior del lecho. El sistema se habla estabilizado en la parte superior, despues de cuyo tiempo la composition de gas oscila y se relaciona con las veces de adicion de carga.

Una segunda causa de inestabilidad inherente a los gasificadores de corriente descendente estratificados resulta de la tendencia del frente de llama a migrar dentro del lecho. En la migration del frente de llama hacia la parte superior del lecho la relation de oxidante a biomasa permite la combustion de los productos de biomasa. Se puede reducir el dioxido de carbono y agua en secciones inferiores para producir gas de slntesis. Cuando el sistema se vuelve "estabilizado en la parte superior" se puede acumular rapidamente una gran cantidad de "finos" (cenizas o materia particulada fina) hacia la parte superior del lecho. Estos finos pueden resultar en un aumento rapido en la calda de presion a traves del lecho. Para carga de procesos en un metodo de semitanda, oscilaciones grandes en la qulmica de gas, composicion y cargas de alquitran se observa que se sincronizan con las veces de adicion de biomasa.

La figura 2 es un esquema de un gasificador de corriente descendente con un distribuidor de aire en lecho. En la figura se utilizan tuberlas (8) de distribution de aire para permitir el paso de oxidante desde la entrada (3) hasta el distribuidor (6) de oxidante en lecho. Las distribuciones en lecho pueden ser cargadas en una serie de formas, que incluyen tuberlas de distribucion de aire vertical desde arriba, desde abajo, o directamente a traves de la pared del gasificador. Tambien se puede utilizar una tuberla singular grande.

La figura 3 ilustra vistas laterales y superiores de un diseno (6) de distribuidor de aire del lecho de ejemplo. El distribuidor consiste de una estructura que se extiende preferiblemente en la section trasversal completa del lecho. Los vaclos grandes (30) contienen la estructura a traves de la cual puede fluir facilmente la biomasa. La estructura contiene una serie de boquillas (31) de inyeccion de aire. El tamano y la ubicacion de las boquillas se disenan para introducir un flujo uniforme de oxidante por unidad de area del area del lecho de seccion trasversal. Cualquier estructura puede que no impida el flujo hacia abajo de la biomasa y que la densidad de la boquilla sea preferiblemente tal que cada boquilla suministre aire a 2.54 cm2 a 76.2 cm2 (1 pulg2 a 30 pulg2) de area de seccion trasversal del lecho. Se puede utilizar una pala (5) para ayudar en el flujo de material a traves de la estructura del distribuidor. El diametro interno de la boquilla debe estar en el rango de 0.15875 cm (1/16") a 2.54 cm (1"). La velocidad de inyeccion esta preferiblemente en el rango de 32.918 km/h - 329.18 km/h (30-300 ft/s), y mas preferiblemente en el rango de 76.8096 km/h - 186.538 km/h (70-170 ft/s). El distribuidor se debe construir de tal manera que la calda de presion a traves de la boquilla sea preferiblemente 2 veces a 30 veces la calda de la presion para el gas que fluye desde el punto de entrada en el distribuidor hasta la ubicacion de la boquilla.

En una realization preferida el distribuidor consiste de 5 a 7 anillos (33) concentricos cargados desde cuatro puntos (32) de adicion de carga diametralmente opuestos. Se perforan 220 huecos (31) OD 0.79375 cm (5/16") en los anillos. En una velocidad de flujo de 1699 metros por hora (1000 SCFM) la calda de presion a traves del distribuidor es de menos de 0.021 kgf/cm2 (0.3 libras por pulgada cuadrada). Las boquillas se pueden orientar para dirigir el gas directamente hacia abajo o la boquilla se puede inclinar para dirigir el gas en un angulo ligeramente desviado directamente hacia abajo. Tambien se puede utilizar una mezcla de orientaciones.

La figura 4 ilustra vistas superiores y laterales de otro diseno de distribuidor de aire en lecho de ejemplo. En este caso el distribuidor (6) de aire consiste de tuberlas (33) paralelas con boquillas (31) de distribucion de aire ubicadas a lo largo de la longitud. El aire se carga al distribuidor de aire a traves de un espacio anular (34). El espacio anular se construye preferiblemente a traves de una disposicion de tubo en tubo, es decir, un tubo externo forma una pared externa y un tubo interno forma una pared interna, con paso de aire a traves de la cavidad central formada entre estas dos paredes. La distribucion de tubo en tubo se sella en la parte superior e inferior diferente a las aberturas de entrada (32) de aire (no mostrada en esta figura) en el espacio anular en la parte superior y las tuberlas (33) de distribucion de aire en la seccion inferior. Tambien se pueden ubicar boquillas (no mostradas) en el tubo interno para

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mejorar la distribucion de aire hacia la pared interna del recipiente gasificador. Una etapa o recuadro (no se muestra) se puede hacer en la pared refractaria interna del gasificador para acomodar la seccion vertical de la tuberla descendente tubo en tubo de tal manera que el interior del gasificador presenta una seccion transversal sustancialmente uniforme desde la parte superior hasta la parte inferior.

En el esquema de la figura 2 un soplador (21) ubicado en el puerto (7) de salida de gas o tuberla de salida de gasificador se utiliza para crear un vaclo en la salida (7) de gasificador para promover el flujo de aire a traves del distribuidor. Tambien es posible que se pueda utilizar un soplador de presion positiva externa para superar la calda de presion asociada con el distribuidor y potencialmente parte de la calda de presion asociada con el flujo a traves del lecho. Tambien se puede ubicar una serie de boquillas (35) de aire opcionales en las tuberlas de carga (8) de distribuidor ubicadas en el espacio superior del gasificador. En este caso parte del oxidante fluye a traves del lecho completo y parte se inyecta dentro del lecho propiamente dicho. La relacion de tamano de las boquillas se puede utilizar para dirigir entre el 0% y 100% en el lecho directamente. En la realizacion preferida el 80 a 90% de oxidante se dirige al distribuidor del lecho inferior.

Una tercera causa inherente de inestabilidad en loa gasificadores de corriente descendente se relaciona con el flujo inestable de carbon y ceniza en y a traves de la reja (9). Si el material no fluye a traves de la reja en una forma uniforme la distribucion de tamano de partlcula a traves del area de seccion transversal en una altura por encima de la reja sera muy amplia. Las areas de seccion trasversal con bajos Indices de paso de biomasa a traves de la reja tendera a acumular una gran cantidad de partlculas finas. Las areas en las secciones trasversales que presentar tamanos de partlcula mas pequenos que los medianos tendran un flujo de oxidante reducido debido a un aumento de la calda de presion a raves del material fino particulado. La perdida de flujo de oxidante reducira el Indice de consumo de biomasa en estas regiones. El resultado del area de seccion trasversal reducida para flujo resulta en un aumento en la calda de presion a traves del sistema y eventualmente puede resultar en la necesidad de apagar el sistema debido a un lecho taponado.

La figura 5 ilustra los componentes y construccion de una disposition de reja deslizandote accionada de ejemplo. La reja consiste de secciones (14) de placa plana inferiores y secciones (12) de boveda superior. Se utiliza un separador (15) externo para mantener el espacio entre la circunferencia de la reja y el interior de la tolva. Se separan secciones (12) de boveda desde cada una mediante espacios (17), y secciones (14) de placa plana se separan por espacios (16). El tamano de los espacios (16) y las secciones (12) de boveda superiores son tales que, cuando se observa la reja desde arriba, no se pueden ver pasajes traves de la reja debido a que las secciones (12) de boveda superiores estan directamente por encima y ocultan los espacios (16) en la seccion (14) de placa plana inferior. Una disposicion de paleta (13) deslizante se apoya en la parte superior de la seccion (14) de placa plana inferior, las paletas deslizantes tambien se separan por espacios (no numerados por separado). Cada paleta deslizante (13) se mueve lateralmente (como se muestra en la pagina) a traves del ancho de su seccion (14) de placa plana inferior correspondiente y por lo tanto mueve la ceniza y carbon a lo largo de la placa hasta que sale a traves de la ranura (18) perpendicular formada entre la boveda superior y la placa plana inferior al deslizar la paleta (13). La cantidad de material que se va a pasar con cada carrera se puede ajustar al seleccionar la altura de la paleta y controlar la longitud de cada accionamiento de carrera. El tamano del espacio se puede ajustar para ajustar el tamano y la naturaleza de los solidos de ceniza/carbon en esa ubicacion. Tambien el tamano de los solidos de ceniza/carbon se puede controlar al ajustar el movimiento lateral de la paleta. Entre mas grande sea el movimiento lateral mas grande el tamano de partlculas que pasaran, limitado, por supuesto, al tamano de los espacios.

Preferiblemente, las secciones (12) de boveda tienen una forma triangular y las secciones (14) de placa generalmente tienen forma de una "T" invertida. Las variaciones de estas formas son aceptables, ya que cumplen los requerimientos funcionales descritos anteriormente.

Una ventaja de esta disposicion es que la reja se puede controlar activamente para mover un volumen deseado de material de cenizas uniformemente a traves de la seccion trasversal del lecho. La frecuencia de actuation se puede controlar mediante mediciones de temperatura o calda de presion de los sensores (25) o relacionados con la frecuencia de o secuencias de adicion de carga. La reja tambien permite que el gasificador sea operado en un modo de production de carbon. Aqul el carbon se extrae a proposito del lecho a una frecuencia mas rapida que aquella forzada por el proceso. Este es un modo deseable cuando se requiere una fuente de carbon activo o cuando se agrega carbon a la tierra o a un relleno sanitario como medio para captar carbon. En este caso el proceso completo puede operar con una huella de carbon negativo

Ejemplo 4

Un gasificador estratificado ID de 127 cm (50") con valvulas de aleta sinfln descentradas de 30.48 cm (12') para adicion de biomasa y se utiliza una entrada de oxidante de aire central de 15.24 cm (6") para gasificar paletas de madera OD de 0.635 cm (1/4"). Se utilizan un sistema (10) laser tangencial para indicar la altura del lecho y fijar para mantener la altura del lecho a 60.96 cm (24") desde la parte superior de la reja hasta la parte superior del lecho. La senal de laser se carga en un sistema (28) PLC que se carga en un sistema mexclador (no mostrado) para cargar la tolva ((20) en la figura 1) por encima de las valvulas (2) de aleta y luego inicia las secuencias de valvula de aleta.

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Como se menciono anteriormente, preferiblemente, se puede utilizar un sensor de microondas o infrarrojo, en incluso mas preferiblemente, se puede utilizar un interruptor de paleta giratoria. El distribuidor ilustrado en la figura 3 se instala en el gasificador y se posiciona de tal manera que el borde superior de los anillos concentricos es 15.24 cm (6") por debajo del borde inferior de la paleta giratoria. La reja ilustrada en la figura 5 se posiciona 3 pies por encima de la parte inferior del cuerpo del gasificador. El mecanismo (13) de paleta se acciona a traves de un puerto externo (no mostrado) a traves de un eje (27) de extension. Un motor (26), tal como un accionador neumatico capaz de generar 22.24kN (5000 libras) de empuje o fuerza de traccion, se utiliza para mover el sistema de paleta (13). Se utiliza un tirante (no mostrado) para conectar la seccion inferior de la reja a un punto fijo externo para evitar que el mecanismo completo se mueva durante el accionamiento de la paleta. Se utiliza un soplador (21) para crear un vaclo en la salida del gasificador para promover un flujo de aire a traves de la entrada (3) de aire central de 15.24 cm (6"). El gasificador se pone inicialmente a temperatura utilizando carbon como combustible. Tambien se pueden utilizar otros combustibles. Una vez el gasificador alcanza una temperatura se introducen las paletas en el sistema. Se configura el soplador para que extraiga 509.7 metros por hora (300 scfm) de gas de slntesis del sistema. El rendimiento del soplador se incremento lentamente de 509.7 metros por hora (300 scfm) hasta 2378.6 metros por hora (1400 scfm) durante un perlodo de tres horas. Luego el sistema se mantuvo constante durante 4 horas adicionales. La reja acciono cada vez un termopar (25) justo por encima del distribuidor (6) en lecho comenzo a mostrar una temperatura que excede una temperatura predeterminada. Despues de cada accionamiento de reja las valvulas (11) remueven la ceniza inferior que fueron accionadas para retirar la mezcla de ceniza/carbon del sistema. El sistema se opera en un estado constante estable, con oscilaciones de temperatura o calda de presion mlnimas.

En una realizacion alterna, la seccion de boveda se fija y el motor mueve las secciones de placa.

La estabilidad del gasificador de corriente descendente se mejora de esta forma en gran medida utilizando una o mas de las tecnicas descritas aqul. Las tecnicas tambien se pueden utilizar para producir sistemas gasificadores con Indices de salida de energla sustancialmente mayores que aquellos de diseno tradicional. Cuando se implementan todas las mejoras se produce un flujo de aire y lecho mas uniforme, lo que resulta en una gasificacion uniforme que ocurre en forma similar a traves del area de seccion trasversal completa del lecho del gasificador.

La presente invencion mejora la calidad del ambiente al reducir la cantidad de material que va a los rellenos sanitarios o que simplemente se pueden quemar de otra forma, reducen la emision de gas invernadero al utilizar mas eficientemente materiales para producir gas de slntesis y conserva los recursos energeticos al proporcionar un producto de combustible, gas de slntesis, de materiales que de otra forma simplemente se quemarlan o arrojarlan en un relleno sanitario para su eliminacion.

Las tecnicas o partes de tecnicas se pueden aplicar a una serie de diferentes disenos de gasificador y por lo tanto los ejemplos establecidos aqul ilustran diversas realizaciones, pero no se deben interpretar como limitantes del alcance de la invencion en ninguna forma.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un gasificador (1) de corriente descendente, que comprende: un cuerpo (19);

una entrada (2) de carga de combustible ubicada hacia la parte superior del cuerpo (19) para permitir la introduccion de combustible en el gasificador (1);

una entrada de aire (3) ubicada hacia la parte superior del cuerpo (19) para permitir la introduccion de aire en el gasificador (1);

una reja (9) ubicada dentro del cuerpo (19) y por debajo de la entrada (2) de carga de combustible y la entrada (3) de aire para soportar un lecho (4) de combustible, la reja comprende:

una pluralidad de secciones (14) de placas alargadas sustancialmente paralelas, cada seccion de placa tiene una dimension alargada y comprende un componente horizontal y un componente vertical, el componente vertical se centra sustancialmente sobre el componente horizontal, los componentes horizontales estan separados entre si mediante una primera distancia predeterminada, los componentes verticales se separan entre si mediante otra segunda seccion predeterminada, y la dimension alargada de la secciones de placa se orientan en una primera direccion predeterminada y cada seccion de placa alargada se separa de la otra mediante un espacio (16) de distancia predeterminada;

un separador (15) rodea las secciones de placa, y se une a las secciones de placa, para formar una estructura de placa;

una pluralidad de secciones (12) de boveda alargada sustancialmente paralela, cada seccion de boveda tiene una dimension alargada y tiene una forma predeterminada, las secciones de boveda se separan entre si mediante una tercera distancia predeterminada en la parte superior de la forma predeterminada y se separan entre si mediante una cuarta distancia (17) predeterminada en la parte inferior de la forma predeterminada, la dimension alargada de las secciones de boveda tambien se orienta en una primera direccion predeterminada;

una pluralidad de barras (13) unidas a las secciones de boveda forman una estructura de boveda, la estructura de boveda esta directamente por encima de la estructura de placa;

un motor (26) mueve una estructura predeterminada de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placas en una direccion sustancialmente perpendicular a dicha primera direccion predeterminada, la otra estructura de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa se fija de tal manera que, en uso se puede mover la ceniza o carbon a traves de la seccion de placa hasta que sale entre el espacio (16);

una disposicion de panel deslizante se ubica en la parte superior de la seccion (14) de placa plana inferior, la placa deslizante tambien se separa por espacios;

en el que el tamano de los espacios (16) y las secciones (12) de boveda superior son tales que, cuando la reja se observa desde arriba, no se pueden ver pasajes a traves de la reja debido a que las secciones de boveda estan directamente por encima y ocultan los espacios (16) en la seccion (14) de placa inferior; y en el que el gasificador comprende adicionalmente una paleta (5) giratoria, ubicada dentro del cuerpo (19) y por encima de la reja (9) para agitar el lecho (4);

un puerto (7) de salida de gas ubicado por debajo de la reja (9); y un puerto de remocion de ceniza hacia la parte inferior del cuerpo (19).
2. El gasificador de corriente descendente de la reivindicacion 1, en el que un elemento alargado de la seccion de placa plana inferior y un elemento deslizante de la paleta deslizante se disponen, sustancialmente en forma "T" invertida.
3. El gasificador de corriente descendente de la reivindicacion 1, en donde un elemento alargado de la seccion de boveda superior tiene una forma predeterminada y la forma predeterminada es un triangulo.
4. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un sensor de nivel de lecho para controlar la entrada de carga de combustible para mantener el lecho a una altura predeterminada.

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5. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer ancho es por lo menos tan gran como el segundo espacio, y el segundo ancho es por lo menos tan grande como el primer espacio.
6. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el motor mueve un elemento deslizante lateralmente a traves del ancho del elemento alargado correspondiente elemento de la seccion de placa plana inferior.
7. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el motor mueve los elementos deslizantes en un movimiento oscilante a traves de los elementos alargados de la seccion de placa plana inferior.
8. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y comprende adicionalmente un controlador para activar dicho motor.
9. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un sensor de temperatura ubicado por encima del lecho y un controlador sensible a una senal del sensor de temperatura para activar dicho motor cuando dicha temperatura esta por encima de una temperatura predeterminada.
10. El gasificador de corriente descendente de cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende adicionalmente un motor para girar la paleta giratoria.
11. El uso de un ensamble de reja con el gasificador de corriente descendente de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes para gasificar biomasa,

en el que la reja comprende una pluralidad de secciones (14) de placas alargadas sustancialmente paralelas, cada seccion de placa tiene una dimension alargada y comprende un componente horizontal y un componente vertical, el componente vertical esta sustancialmente centrado sobre el componente horizontal, los componentes horizontales se separan entre si mediante una primera distancia predeterminada, los componentes verticales se separan entre si mediante una segunda distancia predeterminada y la dimension alargada de las secciones de placa se orienta en una primera direccion predeterminada y cada seccion de placa alargada se separa de la otra mediante un espacio (16) de distancia predeterminada;

un separador (15) rodea las secciones de la placa, y se une a las secciones de placa, para formar una estructura de placa;

una pluralidad de secciones (12) de boveda alargada sustancialmente paralelas, cada seccion de boveda, tiene una dimension alargada y tiene una forma predeterminada, las secciones de boveda se separan entre si mediante una tercera distancia predeterminada en la parte superior de la forma predeterminada y se separan entre si mediante una cuarta distancia (17) predeterminada en la parte inferior de la forma predeterminada, la dimension alargada de las secciones de boveda tambien se orienta en dicha primera seccion predeterminada;

una pluralidad de barras (13) se une a las secciones de boveda para formar una estructura de boveda, la estructura de boveda esta directamente por encima de la estructura de placa;

un motor (26) mueve una estructura predeterminada de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa en una direccion sustancialmente perpendicular a dicha primera direccion predeterminada, la otra estructura de dicha estructura de boveda o dicha estructura de placa se fija de tal manera que, en uso, se pueda mover la ceniza o carbon a traves de las secciones de placa hasta que sale entre el espacio (16);

una disposicion de panel deslizante se ubica en la parte superior de la seccion (14) de placa plana inferior, el panel deslizante tambien se separa por espacios;

en el que el tamano de los espacios (16) y las secciones (12) de boveda superiores es tal que, cuando la reja se observa desde arriba, no se pueden ver pasajes a traves de la reja debido a que las secciones de boveda estan directamente por encima y oculta los espacios (16) en la seccion (14) de placa inferior;
12. El uso de la reivindicacion 11 en el que un elemento alargado de la seccion de boveda superior tiene una forma predeterminada y la forma predeterminada es un triangulo.
13. El uso de la reivindicacion 11 o 12 en el que el primer ancho es por lo menos tan grande como el segundo espacio, y el segundo ancho es por lo menos tan grande como el primer espacio.
14. El uso una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que los elementos deslizantes se mueven lateralmente en un movimiento de oscilacion a traves de los elementos alargados de la seccion de placa plana inferior.
15. El uso una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13 en el que un elemento alargado de la seccion de placa 5 plana inferior y un elemento deslizante de la paleta deslizante se disponen sustancialmente en la forma de una "T"

invertida.