ES2832742T3 - Proceso y sistema para la regeneración de un catalizador de reformador de alquitrán - Google Patents

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Abstract

Un proceso de regeneración de catalizador para un catalizador de reformado de alquitrán dentro de un lecho de catalizador en un reformador de alquitrán, comprendiendo dicho proceso las etapas de: - admitir una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado en una entrada al interior de dicho reformador de alquitrán; - hacer pasar dicha corriente de gas principal a través de dicho lecho de catalizador para formar una corriente de gas empobrecida en oxígeno; - extraer dicha corriente de gas empobrecida en oxígeno de dicho reformador de alquitrán; y - recircular al menos una parte de la corriente de gas empobrecida en oxígeno que se extrae de dicho reformador de alquitrán de vuelta a dicha corriente de gas principal aguas arriba de dicho reformador de alquitrán; en el que la temperatura de dicha corriente de gas principal en dicha entrada se controla para estar dentro del intervalo de desde 500ºC hasta 1000ºC.

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso y sistema para la regeneración de un catalizador de reformador de alquitrán
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un proceso para la regeneración de un catalizador dentro de un reformador de alquitrán. La presente invención se refiere además a un sistema para la regeneración de un catalizador dentro de un reformador de alquitrán.
ANTECEDENTES
La gasificación de biomasa, desechos o carbón produce gas de síntesis, un gas que comprende esencialmente metano, monóxido de carbono, hidrógeno, agua y dióxido de carbono. El gas de síntesis también se conoce como sintegás. El sintegás puede usarse como fuente de combustible, hidrógeno o monóxido de carbono, o puede usarse para conversiones de sintegás aguas abajo. La manipulación de los equilibrios de reacción y de las condiciones de reacción influye en la relación de los productos gaseosos y por tanto proporciona el gas preferido (es decir metano, hidrógeno o monóxido de carbono). Aparte de los constituyentes principales mencionados anteriormente, el gas de producto de un gasificador contiene compuestos de azufre, por ejemplo, H2S y COS, amoniaco, polvo, álcali, impurezas tales como P, As, Hg, etc. y componentes de alquitrán.
La gasificación puede llevarse a cabo por encima de la superficie o por debajo de la superficie. La gasificación por encima de la superficie de biomasa, desechos y carbón puede llevarse a cabo usando un aparato seleccionado del grupo que consiste en reactor de lecho móvil (reactor de tipo Lurgi), aparato de lecho fluido o un gasificador de biomasa, incluyendo, por ejemplo, una unidad de pirólisis tal como se describe en Gasification de Christopher Higman y Maarten van der Burgt GPP, Elsevier Amsterdam 2008 y “Biomass Gasification” capítulo 4 en “Alternative Energy in Agriculture” vol. II, Ed. D. Yogi Goswami CRC Press 1986 págs. 83-102. La gasificación de carbón por debajo de la superficie se describe en http://www.ucgassociation.org.
La gasificación de biomasa, desechos y carbón puede llevarse a cabo a temperaturas de hasta 1800°C [Higman y Maarten van der Burgt]. La temperatura de la gasificación de biomasa, desechos o carbón también puede ser de 1000°C o menos. La temperatura de la gasificación de biomasa, desechos o carbón puede ser de 900°C o menos, 800°C o menos, menos de 800°C, 750°C o menos, menos de 750°C, 700°C o menos, menos de 700°C. La corriente de gas de producto tiene una presión de entre 1 barg y 100 barg, entre 2 barg y 100 barg, hasta 100 barg, hasta 25 barg, hasta 20 barg. Barg significa sobrepresión en bar. Normalmente el gasificador de biomasa tiene una presión de funcionamiento de 0-20 barg.
Biomass & Bioenergy 24 (2003) págs. 125-140 da a conocer que la temperatura de tales procesos de gasificación no solo afecta a la cantidad de alquitrán formado, sino también a la composición del alquitrán. La composición del alquitrán oscila entre principalmente compuestos oxigenados a temperaturas de gasificación menores (por ejemplo, alcoholes, aldehidos, éteres, ésteres, cetonas, ácidos orgánicos y azúcares) y principalmente hidrocarburos poliaromáticos a temperaturas de gasificación mayores. Además del alquitrán, el sintegás de gasificador también contiene hidrocarburos más ligeros, por ejemplo, metano, eteno, etano, propeno, propano, benceno y tolueno.
El reformado con vapor de alquitrán, o reformado de alquitrán, es el proceso llevado a cabo sobre un catalizador para convertir alquitrán en sintegás. El proceso de reducir las especies de alquitrán presentes en el sintegás forma parte del acondicionamiento de gas, es decir el tren de operaciones unitarias necesarias antes de que el sintegás pueda utilizarse para aplicaciones aguas abajo, tales como síntesis de productos químicos o electricidad. El polvo en el sintegás puede eliminarse aguas arriba o aguas abajo de la etapa de reformado de alquitrán, correspondiendo a las realizaciones de reformado de alquitrán que tienen lugar en un entorno casi libre de polvo o con polvo. El término “reformador de alquitrán limpio” pretende designar un reformador de alquitrán en un sistema de gasificación de biomasa, en el que un filtro está presente entre una unidad de gasificación de biomasa y el reformador de alquitrán. Este está opuesto al término “reformador de alquitrán con polvo” que pretende designar un reformador de alquitrán en un sistema de gasificación de biomasa, en el que ningún filtro, además de posibles ciclones para una eliminación gruesa de polvo, está presente entre la unidad de gasificación de biomasa y el reformador de alquitrán. Los catalizadores pueden estar presentes en forma de pastillas o monolitos, de las que los monolitos y las pastillas pueden usarse para el reformador de alquitrán limpio, mientras que los monolitos tienen que aplicarse para el reformador de alquitrán con polvo. El proceso de la presente invención es adecuado para su uso en un entorno tanto con polvo como libre de polvo, denominados en el presente documento reformado de alquitrán con polvo y reformado de alquitrán limpio, respectivamente.
En un entorno libre de polvo, la formación de coque de carbono a partir de la descomposición de alquitrán de sintegás e hidrocarburos puede tener lugar en y sobre el catalizador, y/o el hollín de carbono generado a partir de la combustión parcial del sintegás del gasificador puede depositarse y acumularse en y sobre el catalizador. Esto puede conducir a la desactivación del catalizador y/o una caída de presión aumentada y una distribución de gas no homogénea debido a una restricción aumentada localmente del paso de gas a través del volumen de catalizador. Estos fenómenos afectan todos al rendimiento del catalizador negativamente. Además, en un entorno con polvo el polvo arrastrado en el gas puede acumularse en sí mismo en y sobre el catalizador, y conducir a un rendimiento de catalizador empeorado, es decir reducido, similar al caso libre de polvo. El polvo tiene un alto contenido de carbono, por ejemplo, aproximadamente el 70% en peso, y es normalmente de naturaleza pirolítica. El polvo, coque y hollín se denominan todos en el presente documento comúnmente materiales carbonáceos.
Los procedimientos de regeneración para catalizadores dentro de un reformador de alquitrán son esenciales para garantizar una vida útil del catalizador prolongada. Sin embargo, la regeneración de catalizador de reformador de alquitrán es desafiante en relación con el riesgo de un desarrollo de temperatura excesivo dentro del reformador como resultado de la combustión de carbono exotérmica, así como el consumo de energía. Además, el tipo pirolítico y grafítico de carbono de la descomposición de hidrocarburos, la formación de hollín o polvo tiene una baja reactividad y puede requerir temperaturas por encima de los 600°C para una eliminación por combustión oxidativa eficiente. Las cantidades del carbono depositado pueden ser cantidades tan grandes que se requiera un quemado oxidativo de alta temperatura muy controlado para evitar escapes de temperatura.
La regeneración de un catalizador dentro de un reformador de alquitrán puede ser un proceso con un consumo de energía muy alto y/o con un consumo excesivo de vapor. Los documentos US2012/0058030 y US2013/023707 dan a conocer un método para regenerar catalizador para reformar gas que contiene alquitrán. El documento US2012/0058030 describe que, en un método para regenerar un catalizador deteriorado, se alimenta vapor de agua a un reactor con catalizador, en el que el vapor de agua reacciona con carbono para eliminar el carbono presente sobre la superficie del catalizador, o el vapor de agua reacciona con azufre para eliminar el azufre adsorbido sobre el mismo y de ese modo regenera el catalizador. Puede incorporarse aire en lugar de una parte o la totalidad del vapor de agua.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso y sistema mejorados para la regeneración de un catalizador dentro de un reformador de alquitrán. En particular, es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso y un sistema para la regeneración de un catalizador, en los que el desarrollo de temperatura está controlado de manera apropiada. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un proceso y un sistema, en los que el consumo de energía y/o consumo de vapor esté reducido.
Estos y otros objetos se alcanzan mediante la presente invención según las siguientes características en correspondencia con las reivindicaciones adjuntas.
Las realizaciones de la invención se refieren en general a un proceso de regeneración de catalizador para un catalizador de reformado de alquitrán dentro de un lecho de catalizador en un reformador de alquitrán. El proceso comprende las etapas de: admitir una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado en una entrada al interior del reformador de alquitrán; hacer pasar la corriente de gas principal a través del lecho de catalizador para formar una corriente de gas empobrecida en oxígeno; extraer la corriente de gas empobrecida en oxígeno del reformador de alquitrán; y recircular al menos una parte del gas empobrecido en oxígeno que se extrae del reformador de alquitrán de vuelta a la corriente de gas principal aguas arriba del reformador de alquitrán. La temperatura de la corriente de gas en la entrada se controla para estar dentro del intervalo de desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1000°C.
Al controlar la temperatura, así como el contenido de oxígeno de la entrada de gas principal al reformador, es posible controlar el desarrollo de temperatura dentro del reformador durante la regeneración. Al recircular al menos parte del gas empobrecido en oxígeno que se extrae del reformador de vuelta al reformador se proporciona una reducción sustancial en el consumo de energía para el calentamiento del gas principal en comparación con un sistema de paso único. Tal como se usa en el presente documento, el término “empobrecido” pretende designar “reducir” o “reducir considerablemente”. El término “empobrecido en oxígeno” no pretende estar limitado a casos en los que el oxígeno se ha eliminado del gas, sino solo designar que el contenido de oxígeno del gas se ha reducido.
El reformador de alquitrán puede ser un reformador autotérmico, un reformador tubular alimentado, un reformador de bayoneta alimentado o cualquier otro tipo apropiado de reformador.
En una realización, la temperatura de dicha corriente de gas principal en dicha entrada se controla para estar en el intervalo de entre aproximadamente 500°C y aproximadamente 950°C, preferiblemente en el intervalo de entre aproximadamente 650°C y aproximadamente 950°C, más preferiblemente en el intervalo de entre aproximadamente 700°C y aproximadamente 900°C. Estos intervalos de temperatura son ejemplos de temperaturas ventajosas para el proceso de regeneración. La temperatura óptima específica para un proceso dado depende del catalizador y de la cantidad de material catalítico activo en el reformador de alquitrán, la cantidad de material carbonáceo en el reformador de alquitrán, el contenido de oxígeno del gas regenerativo, así como de si el reformado de alquitrán se hace funcionar en un modo limpio o con polvo.
En una realización, una corriente de gas oxidante adicional con un contenido de oxígeno controlado se añade a la corriente de gas principal y/o se admite en una o más entradas adicionales al interior del reformador de alquitrán. La adición de una corriente de gas oxidante, a saber, una corriente de gas que comprende oxígeno, al reformador de alquitrán hace posible controlar el contenido de oxígeno dentro del reformador, y por tanto la temperatura durante la regeneración. La corriente de gas oxidante comprende, por ejemplo, aire, aire enriquecido, oxígeno, vapor y/o dióxido de carbono.
La corriente de gas oxidante adicional forma una corriente de gas de regeneración junto con la corriente de gas principal que comprende la corriente recirculada. Debe indicarse que el término “corriente de gas de regeneración” pretende designar una corriente de gas que comprende gas oxidante suficiente, normalmente oxígeno, como para ser capaz de llevar a cabo la regeneración del catalizador en el reformador de alquitrán. Por tanto, la propia corriente de gas principal puede ser una corriente de gas de regeneración, si contiene oxígeno; sin embargo, si la corriente de gas principal no comprende oxígeno suficiente para la regeneración del catalizador en el reformador de alquitrán, la corriente de gas principal no pasará a ser una corriente de gas de regeneración antes de que se añada gas oxidante suficiente.
En el caso en el que la corriente de gas oxidante adicional se admita en la corriente principal, el gas de regeneración se forma por tanto antes de la admisión al interior del reformador de alquitrán En el caso en el que la corriente de gas oxidante adicional se admita en una o más entradas adicionales al interior del reformador de alquitrán y en el que la corriente de gas principal sin la corriente de gas oxidante adicional no sea una corriente de gas de regeneración, la corriente de gas de regeneración se forma dentro del reformador de alquitrán a partir de la corriente de gas principal y la corriente de gas oxidante adicional. En ambos de estos casos, así como en el caso en el que la corriente de gas principal sin la corriente de gas oxidante adicional ya es un gas de regeneración, la introducción de un gas oxidante adicional hace posible controlar el contenido de oxígeno del gas de regeneración de manera precisa. De este modo pueden controlarse el proceso de regeneración y la temperatura durante el proceso de regeneración.
La corriente principal constituye al menos el 50% del volumen del gas que fluye a través del reformador de alquitrán durante la regeneración del catalizador. Solo como ejemplo, la corriente principal constituye aproximadamente el 90-95% en volumen del gas que fluye a través del reformador de alquitrán durante la regeneración del catalizador, y la corriente de gas oxidante adicional constituye aproximadamente el 5-10% en volumen del gas que fluye a través del reformador de alquitrán durante la regeneración del catalizador.
Normalmente, la corriente de gas oxidante adicional forma entre el 0 y el 10% en volumen de la corriente de gas de regeneración, y a menudo menos del 1-2% de la corriente de gas de regeneración. Normalmente, la corriente de gas oxidante adicional es aire que tiene un contenido de oxígeno de aproximadamente el 21% en volumen, y un ejemplo del contenido de oxígeno del gas de regeneración resultante es aproximadamente el 3% en volumen o menos.
En una realización, el reformador de alquitrán comprende una pluralidad de lechos de catalizador, en la que la corriente de gas oxidante adicional se hace entrar en el reformador de alquitrán aguas abajo de al menos un lecho de catalizador. En una realización, el reformador de alquitrán comprende una pluralidad de lechos de catalizador, en la que la corriente de gas oxidante se hace entrar en el reformador de alquitrán aguas arriba de al menos un lecho de catalizador. La corriente de gas oxidante puede admitirse en primer lugar como corriente en el lecho de catalizador más aguas arriba, en condiciones de reformado de alquitrán, de modo que los lechos de catalizador se regeneran de uno en uno, desde el lecho de catalizador más aguas arriba hasta el más aguas abajo. Sin embargo, al alimentar el gas oxidante como corriente al interior del reformador de alquitrán en orden inverso, desde el lecho de catalizador más aguas abajo hasta el más aguas arriba, se proporciona un proceso en el que el desarrollo de temperatura en el reformador de alquitrán es particularmente controlable.
En una realización, la corriente de gas principal admitida en el reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador, y en la que el gas de escape pasa a través de una unidad de gasificación de biomasa aguas arriba del reformador. Normalmente, la recirculación de gas que se extrae del reformador de alquitrán de vuelta a la corriente de gas principal aguas arriba del reformador de alquitrán se lleva a cabo por medio de un soplador de recirculación, y la recirculación de gas se añade justo después del quemador que se usa para controlar la temperatura del gas de recirculación y de combustión mixto. El control de oxígeno al quemador, o de manera más precisa la relación de oxidante con respecto a combustible, proporciona a su vez el control del contenido de oxígeno del gas regenerativo. Un ajuste adicional del contenido de oxígeno puede controlarse mediante la adición de una corriente de gas oxidante opcional con un contenido de oxígeno controlado aguas abajo del quemador. Normalmente, no están presentes cantidades sustanciales de biomasa en la unidad de gasificación de biomasa durante la regeneración del catalizador en el reformador de alquitrán. Sin embargo, la regeneración del catalizador puede tener lugar poco después de la parada de la unidad de gasificación, cuando la temperatura de la unidad de gasificación de biomasa y del reformador de alquitrán todavía es elevada en comparación con los alrededores debido al calor sensible mantenido en los materiales del gasificador y del reformador de alquitrán tras detener el proceso de gasificación de alta temperatura y el funcionamiento del reformador de alquitrán. En este caso, el gas de escape del quemador que pasa a través de la unidad de gasificación de biomasa puede absorber calor de las paredes de la unidad de gasificación, así como del reformador de alquitrán, disminuyendo de ese modo al menos la carga inicial sobre el equipo para calentar el gas principal. De este modo se obtiene una reducción en la energía que tiene que suministrarse con el fin de calentar el gas principal hasta una temperatura requerida. Otra ventaja de esta realización es que sustancialmente no es necesario un equipo adicional para llevar a cabo el proceso de regeneración en una planta de gasificación de biomasa existente con una unidad de reformado de alquitrán instalada, excepto por el equipo para recircular gas que se extrae del reformador de alquitrán de vuelta al reformador de alquitrán. Tal equipo para recircular comprende, por ejemplo, un soplador de recirculación y tuberías de gas.
Se conoce ampliamente regenerar el catalizador y reestablecer un rendimiento satisfactorio del reformador que aloja el catalizador mediante el uso de vapor. La regeneración en vapor puede llevarse a cabo a temperaturas de alrededor de 600-700°C o mayores dependiendo del envejecimiento de los depósitos. Sin embargo, con la adición de un pequeño porcentaje de aire, el quemado de carbono se realiza fácilmente a una temperatura por encima de aproximadamente 450°C. Véase, por ejemplo, “Progress in Catalyst Deactivation” NATO Advanced Study Institutes, Series vol. 54, 1982, p. 127-149, artículo titulado “Criteria for Carbon Formation” de J.R. Rostrup-Nielsen, de Springer Netherlands. Sin embargo, tal regeneración con vapor conlleva un consumo sustancial de agua. Como ejemplo, un procedimiento de regeneración de catalizador de reformado usado tradicionalmente, que es un proceso de paso único, para regenerar el catalizador dentro de un reactor de reformador de alquitrán limpio que tiene un volumen de catalizador de 39 m3 consume aproximadamente 140 toneladas de agua. Por tanto, un proceso de regeneración en el que la corriente de gas principal comprende gas de escape con su contenido de vapor natural, y por tanto sin proceso de generación de vapor especializado necesario, proporciona una reducción sustancial de los costes operativos.
Cuando se usa un gas de escape para la regeneración de catalizador en lugar de vapor, la energía usada para la regeneración se reduce considerablemente debido al hecho de que se evita el calentamiento de volúmenes sustanciales de agua.
Por tanto, la corriente de gas principal comprende gas de escape del quemador, gas recirculado que se extrae del reformador de alquitrán en forma de una corriente de gas empobrecida en oxígeno. La corriente de gas principal puede ser una corriente de gas de regeneración o puede pasar a ser una corriente de gas de regeneración mediante la adición de la corriente de gas oxidante adicional. Sin embargo, para todas las realizaciones debe garantizarse que la corriente de gas que fluye a través del reformador de alquitrán durante la regeneración al menos en una parte del reformador de alquitrán comprenda oxígeno suficiente para la regeneración del catalizador. En una realización, la corriente de gas principal admitida en el reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador, y en la que dicho gas de escape ha evitado una unidad de gasificación de biomasa. En esta realización, en la que el gas de escape del quemador se conduce directamente desde el quemador hasta el reformador de alquitrán, puede evitarse cualquier equipo adicional aguas arriba del reformador, tal como un filtro de gas caliente. Esto permite una temperatura mayor de la corriente de gas principal conducida al reformador, dado que la temperatura no está limitada por las temperaturas de diseño o por el lento calentamiento de, por ejemplo, la unidad de gasificación, el filtro o cualquier otro equipo aguas arriba del reformador de alquitrán. En esta realización, la temperatura del gas principal está limitada principalmente por la temperatura de diseño de la tubería de gas directa desde el quemador hasta el reformador de alquitrán y por el propio reformador de alquitrán. Esta realización solo requiere un sistema de tuberías directamente desde el quemador de arranque hasta el reformador de alquitrán y un sistema de recirculación, mientras que todo el otro equipo es estándar y normalmente ya está presente en un sistema de gasificación de biomasa.
En una realización, la corriente de gas principal al reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador adicional. En esta realización, un segundo quemador o quemador independiente puede colocarse en la proximidad estrecha del reformador de alquitrán, tal como en la parte superior del reformador de alquitrán. Esto permite temperaturas de regeneración altas, dado que la temperatura del gas principal está solo limitada por la temperatura de diseño del reformador de alquitrán. Esto proporciona una respuesta de regeneración de catalizador de reformador muy rápida debido a un mínimo de calentamiento de material para alcanzar la temperatura de reformador deseada para la regeneración. Aparte del quemador adicional y un sistema de recirculación todo el otro equipo es estándar.
En una realización, la corriente de gas principal admitida en el reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible que contiene azufre en un quemador. Por tanto, la corriente de regeneración comprende normalmente azufre, por ejemplo, un contenido de hasta 150 ppmv. Dado que el reformado de alquitrán se lleva a cabo normalmente en un sintegás que proviene de la gasificación de biomasa que contiene azufre, se permite un cierto contenido de azufre y posiblemente también de otros contaminantes en el combustible (por ejemplo, gas natural, fueloil, diésel, etc.) usado para el quemador. En el caso de un reformado con vapor tubular tradicional sensible al azufre puede ser necesaria una etapa de limpieza de azufre del combustible de quemador, usando posiblemente unidades de eliminación de azufre ya disponibles en la planta.
Un reformador de alquitrán que forma parte de un sistema de gasificación de biomasa es normalmente capaz de resistir el gas que comprende azufre y posiblemente también otros contaminantes. Por tanto, el catalizador dentro del reformador de alquitrán normalmente es capaz de resistir un gas de regeneración que comprende gas de escape con azufre y/u otros contaminantes. Cuando se usa un gas de escape de combustión para la regeneración de catalizador, es posible reducir sustancialmente la cantidad de agua o vapor necesaria para el proceso de regeneración.
En una realización, el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán limpio, el catalizador es un catalizador en pastillas o monolítico y una corriente de gas de regeneración que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional tiene un contenido de oxígeno de como máximo el 3% en volumen. En un reformador de alquitrán limpio con catalizador en pastillas, el volumen global de pastillas de catalizador es normalmente grande y por tanto hay una gran cantidad de material catalítico activo que de manera similar al carbono puede oxidarse en un proceso exotérmico. Con el fin de evitar un desarrollo de temperatura excesivo dentro del/de los lecho(s) de catalizador durante la regeneración del catalizador, el contenido de oxígeno o nivel de oxígeno del gas de regeneración se mantiene bajo. Un valor máximo incluso más preferido del contenido de oxígeno de la corriente de gas de regeneración es aproximadamente el 2% en volumen. Normalmente, el catalizador dentro de un reformador de alquitrán limpio es un catalizador en pastillas con un volumen relativamente grande.
En una realización, el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico y una corriente de gas de regeneración que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional tiene un contenido de oxígeno de como máximo el 3% en volumen. En un reformador de alquitrán con polvo, la cantidad de material carbonáceo depositado dentro del catalizador en el reformador de alquitrán es considerable al final de un ciclo antes de la regeneración. Con el fin de evitar un desarrollo de temperatura excesivo dentro del/de los lecho(s) de catalizador durante la regeneración del catalizador, el contenido de oxígeno o nivel de oxígeno del gas de regeneración se mantiene bajo. Una valor máximo preferido del contenido de oxígeno en la corriente de gas de regeneración es aproximadamente el 2% en volumen. Normalmente, el catalizador dentro de un reformador de alquitrán con polvo es un catalizador monolítico con una cantidad relativamente pequeña de material catalítico activo.
En una realización, el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico que tiene solo una pequeña cantidad de material carbonáceo depositado, debido a un tiempo de exposición corto a condiciones de reformado de alquitrán, en la que una corriente de gas de regeneración que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional tiene un contenido de oxígeno en el intervalo de desde aproximadamente el 9% en volumen hasta aproximadamente el 17% en volumen, preferiblemente en el intervalo de desde aproximadamente el 12% en volumen hasta aproximadamente el 14% en volumen. Un contenido de oxígeno dentro del intervalo de aproximadamente el 9% en volumen a aproximadamente el 17% en volumen en el gas de regeneración para un reformador de alquitrán con polvo es ventajoso en el caso en el que la unidad de gasificación se ha parado poco antes, mientras que la cantidad de material carbonáceo depositado dentro del reformador de alquitrán con polvo es relativamente baja. Este podría ser el caso cuando la unidad de gasificación se para por motivos distintos de para la regeneración de catalizador dentro del reformador de alquitrán. Si la deposición de material carbonáceo en el catalizador era alta, la regeneración con una corriente que contiene oxígeno dentro del intervalo de desde aproximadamente el 9% en volumen hasta aproximadamente el 17% en volumen sería normalmente demasiado reactiva y provocaría un desarrollo de temperatura excesivo dentro del catalizador.
En una realización, el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico que tiene solo una pequeña cantidad de material carbonáceo depositado, en la que la biomasa se somete a combustión en el gasificador durante el arranque y en la que el gas de escape de la biomasa sometida a combustión se dirige a través del reformador de alquitrán con el fin de regenerar el catalizador al menos parcialmente durante el arranque del sistema de gasificación de biomasa. Cuando la cantidad de materiales carbonáceos en el reformador de alquitrán es baja, el gas del quemado de la biomasa puede conducirse a través del reformador de alquitrán, dado que el riesgo de desarrollo de temperatura excesivo es bajo. De este modo puede prolongarse el intervalo de tiempo, antes de que se requiera una parada del sistema con el fin de regenerar el catalizador. Debe indicarse que el término “arranque” del sistema de gasificación de biomasa corresponde a un calentamiento del sistema de gasificación de biomasa. El reformador de alquitrán puede calentarse durante el calentamiento del sistema de gasificación de biomasa o después de que se haya calentado el sistema de gasificación de biomasa.
En una realización, la corriente principal tiene un contenido de azufre de hasta 200 ppmv. Es ventajoso un contenido de azufre permitido de hasta 200 ppmv en el gas de escape, dado que las restricciones menores sobre la calidad del combustible aumentan el número y la flexibilidad de combustibles disponibles para regenerar el catalizador de reformador de alquitrán.
Otra realización se refiere a un sistema para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán que comprende catalizador en uno o más lechos de catalizador. El sistema comprende un quemador para proporcionar una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado y una temperatura controlada. El sistema comprende además una entrada de gas para admitir dicha corriente de gas principal al interior del reformador de alquitrán, una salida de gas para extraer un gas empobrecido en oxígeno del reformador de alquitrán, y equipo de recirculación para recircular al menos una parte del gas empobrecido en oxígeno a la corriente de gas principal aguas arriba del reformador de alquitrán.
En una realización del sistema de la invención, la temperatura de la corriente de gas principal está en el intervalo de desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1000°C.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se ilustra adicionalmente mediante referencia a las figuras adjuntas, en las que:
la figura 1 muestra un dibujo esquemático de un sistema para la gasificación de biomasa;
las figuras 2 a 5 muestran dibujos esquemáticos de realizaciones específicas de la invención; y
la figura 6 muestra un proceso según la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS
A lo largo de las figuras, a los elementos similares se les han dado números de referencia similares. Las características de los sistemas mostrados en las figuras 2 a 5 pueden combinarse.
La figura 1 muestra un dibujo esquemático de un sistema 100 para la gasificación de biomasa.
El sistema 100 comprende un quemador 5 que se usa para precalentar el sistema de gasificación. La temperatura del gas de salida del quemador, a saber, una corriente de gas caliente 103, puede alcanzar 600-650°C o incluso más. Un combustible 101 y una corriente de oxidante 102, por ejemplo, aire, se someten a combustión para formar la corriente de gas caliente 103 dispuesta para precalentar una unidad de gasificación de biomasa 10, normalmente hasta de 200°C a 300°C.
Para el calentamiento adicional del sistema de gasificación de biomasa, hasta, por ejemplo, 600°C o 700°C, se somete a combustión biomasa en la unidad de gasificador 10. La biomasa 105 se introduce en la unidad de gasificación de biomasa 10 por medio de un sistema de alimentación de biomasa 1.
Un gas oxidante 104, por ejemplo, aire, oxígeno, vapor, dióxido de carbono, etc. se introduce en la unidad de gasificación de biomasa 10 con el fin de proporcionar una cantidad controlada de oxígeno dentro de la unidad de gasificación de biomasa 10.
Cuando se alcanza la temperatura de sistema de gasificación de biomasa apropiada, la relación de oxígeno con respecto a biomasa se disminuye para iniciar el proceso de gasificación.
Se añade gas oxidante 104 durante tanto el precalentamiento del sistema de gasificación de biomasa, a saber, combustión, como durante la gasificación de biomasa.
La unidad de gasificación de biomasa 10 tiene medios 11 para hacer salir polvo o ceniza, así como una salida para hacer salir gas.
El gas 106 que resulta de la gasificación de la biomasa y que se hace salir de la unidad de gasificación de biomasa 10 se conduce a un ciclón 12 para la eliminación de sólidos, polvo y otra materia particulada; los sólidos, el polvo y la otra materia particulada se conduce, como corriente 107, de vuelta a la unidad de gasificación de biomasa 10, mientras que otra parte 108 de la corriente de la unidad de gasificación de biomasa 10 se conduce a un filtro opcional 20. La corriente 108 es un sintegás de gasificación de biomasa bruto con polvo. El filtro 20 está presente en el caso de que el sistema de gasificación de biomasa sea un sistema con un reformador de alquitrán limpio. El polvo o la ceniza 21 se elimina del filtro 20. La corriente de gas resultante 109 se admite en un reformador de alquitrán 50 por medio de una entrada 52. En el caso de un reformador de alquitrán limpio, a saber, la opción que incluye el filtro 20, la corriente 109 es un sintegás de biomasa sustancialmente libre de polvo, bruto. Una corriente de gas oxidante 112 se admite en el reformador de alquitrán 50 por medio de la entrada 52 junto con la corriente de gas 109. La corriente de gas 109 y la corriente de gas oxidante 112 forman juntas una corriente de gas 113 para el reformado de alquitrán.
El reformador de alquitrán 50 comprende catalizador en uno o más lechos de catalizador 51 así como la entrada de gas 52 para hacer entrar la corriente de gas 113 en el reformador de alquitrán 50 y una salida de gas 53 para hacer salir una corriente de gas acondicionada 114 del reformador de alquitrán 50.
Están previstos intercambiadores de calor 61,62 aguas abajo del reformador de alquitrán 51 para recuperar calor de la corriente de gas acondicionada 114, con el fin de proporcionar una corriente de gas acondicionada enfriada 116, y van seguidos de una unidad de enfriamiento brusco 63 a la que se hacen entrar la corriente de gas acondicionada enfriada 116 y una corriente de vapor o agua 117 para el enfriamiento adicional de la corriente de gas acondicionada enfriada 116. La corriente de gas acondicionada enfriada resultante 118 se hace entrar en un filtro de polvo opcional 64.
El filtro opcional 64 está presente en el caso de que el sistema de gasificación de biomasa sea un sistema con un reformador de alquitrán con polvo. El polvo o la ceniza 65 se elimina del filtro 64.
El gas libre de polvo acondicionado, enfriado, 120 se hace salir para su procesamiento adicional y/o uso posterior. El gas libre de polvo acondicionado, enfriado, 120 es sustancialmente un gas de síntesis o sintegás.
La figura 2 muestra un dibujo esquemático de un sistema 200 según la invención para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán 50 que comprende catalizador en uno o más lechos de catalizador 51. El reformador de alquitrán 50 es una parte de un sistema de gasificación de biomasa tal como se muestra en la figura 1. Debe indicarse que el sistema 200 comprende las unidades para reformado de alquitrán mostradas en el sistema 100 de la figura 1, y que solo se han añadido unas pocas unidades adicionales al sistema de reformado de alquitrán con el fin de hacerlo adecuado para la regeneración de catalizador.
Por tanto, el sistema de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, los filtros 20, 64, el reformador 50, los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63 son similares a las unidades correspondientes descritas en relación con la figura 1. Por tanto, estas unidades no se describirán adicionalmente en este caso.
El sistema 200 corresponde a una realización, en la que la corriente de gas principal 213 admitida al reformador de alquitrán 50 comprende una corriente 203 combinada de un gas de escape 103 del quemador 5 y una corriente de recirculación 222’. La corriente 203 está dispuesta para pasar a través de la unidad de gasificación de biomasa 10 aguas arriba del reformador 50 y para salir de la unidad de gasificación de biomasa 10 como corriente 206. La corriente 206 entra en el ciclón y sale del mismo como corriente 208. Dado que nada de materia particulada sustancial, polvo o sólidos están presentes en la corriente 206, las corrientes 206 y 208 son sustancialmente similares. La corriente que sale del filtro opcional 20 se designa con 209. La corriente 209 es en esencia un gas de combustión o gas de escape, cuando el sistema se hace funcionar en modo de regeneración de catalizador. La corriente de contribución principal de la corriente de gas 209 es normalmente la corriente de recirculación 222’.
Con el fin de ajustar el contenido de oxígeno de la corriente de gas principal 213 que entra en el reformador 50 se añade una corriente de gas oxidante opcional con un contenido de oxígeno controlado 212 a la corriente 209. Al combinar la corriente 209 con una corriente de gas oxidante, es posible garantizar que la corriente de gas principal 213 sea una corriente de gas de regeneración. Alternativamente, puede añadirse gas oxidante 204, aguas arriba de la unidad de gasificación de biomasa 10, con el fin de controlar el contenido de oxígeno de la corriente 209 de manera precisa.
La corriente de gas de regeneración 213 reacciona dentro del reformador 50 durante la regeneración del catalizador 51 y sale del reformador 50 como corriente de gas empobrecida en oxígeno o reducida en oxígeno 214. Posteriormente al intercambio de calor y al enfriamiento brusco con agua dentro de los intercambiadores de calor 61, 62 y la unidad de enfriamiento brusco 63, respectivamente, y posteriormente al filtro opcional 64, la corriente de regeneración resultante 220 se divide en dos corrientes 221 y 222. Una parte de la corriente de regeneración 220 se recircula como corriente de recirculación 222’ por medio de un soplador de recirculación 70, mientras que la otra parte 221 de la corriente de regeneración no se recircula. En su lugar, la otra parte 221 se lanza o se expulsa a los alrededores, dependiendo de su contenido específico y/o el sistema 200. La corriente de recirculación 222’ se añade justo después del quemador 5 que se usa para controlar la temperatura del gas de recirculación y de combustión mixto. El control de oxígeno 102 al quemador, o de manera más precisa la relación de oxidante con respecto a combustible, proporciona a su vez el control del contenido de oxígeno del gas regenerativo 213.
Normalmente, no están presentes cantidades sustanciales de biomasa en la unidad de gasificación de biomasa 10 durante la regeneración del catalizador 51 en el reformador de alquitrán 50. Sin embargo, la regeneración del catalizador tiene lugar preferiblemente poco después de la parada de la unidad de gasificación 10, cuando la temperatura de la unidad de gasificación de biomasa 10 es todavía elevada en comparación con los alrededores debido al calor sensible mantenido en los materiales de gasificador tras detener el proceso de gasificación de alta temperatura. En este caso, el gas de escape del quemador 103, 203 que pasa a través de la unidad de gasificación de biomasa 10 puede absorber calor de las paredes de la unidad de gasificación 10, disminuyendo de ese modo al menos la carga inicial sobre el equipo para calentar la corriente de gas principal 213.
Una ventaja de la realización 200 mostrada en la figura 2 es que sustancialmente no es necesario equipo adicional para llevar a cabo el proceso de regeneración en una planta de gasificación de biomasa existente con una unidad de reformado de alquitrán 50 instalada, excepto por el equipo para recircular gas que se extrae del reformador de alquitrán 50 de vuelta al reformador de alquitrán 50. Tal equipo para recircular comprende, por ejemplo, un soplador de recirculación 70 y tuberías de gas desde el soplador de recirculación hasta la corriente de gas justo aguas abajo del quemador 5.
La figura 3 muestra un dibujo esquemático de un sistema 300 según la invención para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán 50. Debe indicarse que el sistema 300 comprende las unidades para reformado de alquitrán mostradas en el sistema 100 de la figura 1, y que solo se han añadido unas pocas unidades adicionales al sistema de reformado de alquitrán con el fin de hacerlo adecuado para la regeneración de catalizador.
Por tanto, el sistema de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, los filtros 20, 64, el reformador 50, los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63 son así similares a las unidades similares descritas en relación con la figura 1. Por tanto, estas unidades no se describirán adicionalmente en este caso. Sin embargo, debe indicarse que, durante la regeneración del catalizador, la unidad de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12 y el filtro 20 no están en funcionamiento.
El sistema 300 corresponde a una realización, en la que la corriente de gas principal 313 admitida al reformador de alquitrán 50 comprende una corriente 309 combinada de un gas de escape 103 del quemador 5 y una corriente de recirculación 322’, en la que la corriente 309 evita la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12 y el filtro opcional 20. Además, la corriente 309 se combina opcionalmente con una corriente de gas oxidante con un contenido de oxígeno controlado 312 antes de admitirse al reformador 50 a través de la entrada 52. Al combinar la corriente 309 con una corriente de gas oxidante, se garantiza que la corriente de gas principal 313 admitida al interior del reformador de alquitrán 50 sea una corriente de gas de regeneración.
La corriente de gas principal 313 reacciona dentro del reformador 50 durante la regeneración del catalizador 51 y sale del reformador 50 como corriente de gas carente de oxígeno o reducida en oxígeno 314. Posteriormente al intercambio de calor y al enfriamiento brusco con agua dentro de los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63, respectivamente, y posteriormente al filtro opcional 64, la corriente de regeneración resultante 320 se divide en dos corrientes 321 y 322. Una parte 322 de la corriente de regeneración 320 se recircula como corriente de recirculación 322’ por medio de un soplador de recirculación 70, mientras que la otra parte 321 de la corriente de regeneración no se recircula. En su lugar, la otra parte 321 se lanza o se expulsa a los alrededores, dependiendo de su contenido específico y/o el sistema 300. La corriente de recirculación 322’ se añade justo después del quemador 5 que se usa para controlar la temperatura del gas de recirculación y de combustión mixto. El control de oxígeno 102 al quemador, o de manera más precisa la relación de oxidante con respecto a combustible, proporciona a su vez el control del contenido de oxígeno del gas regenerativo 313.
Una ventaja del sistema 300 mostrado en la figura 3 es que sustancialmente no es necesario equipo adicional para llevar a cabo el proceso de regeneración en una planta de gasificación de biomasa existente con una unidad de reformado de alquitrán instalada, excepto por las tuberías de gas desde el quemador 5 hasta la entrada 52 del reformador de alquitrán y el equipo para recircular gas que se extrae del reformador de alquitrán 50 de vuelta al reformador de alquitrán 50. Tal equipo para recircular comprende, por ejemplo, un soplador de recirculación 70 y tuberías de gas desde el soplador de recirculación hasta la corriente de gas justo aguas abajo del quemador 5. Además, normalmente son posibles temperaturas de regeneración mayores en el sistema 300 en comparación con el sistema 200, dado que las temperaturas de regeneración no serán temperaturas de diseño limitadas para la unidad de gasificación 10 y/o el filtro 20; estas unidades 10, 20 tienen normalmente temperaturas de diseño menores que el reformador 50.
La figura 4 muestra un dibujo esquemático de un sistema 400 según la invención para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán 50. Debe indicarse que el sistema 400 comprende las unidades para reformado de alquitrán mostradas en el sistema 100 de la figura 1 y que solo se han añadido unas pocas unidades adicionales al sistema de reformado de alquitrán con el fin de hacerlo adecuado para la regeneración de catalizador.
Por tanto, el sistema de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, los filtros 20, 64, el reformador 50, los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63 son así similares a las unidades similares descritas en relación con la figura 1. Por tanto, estas unidades no se describirán adicionalmente en este caso. Sin embargo, debe indicarse que, durante la regeneración del catalizador, la unidad de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, y el filtro 20 y el quemador 5 no están en funcionamiento.
El sistema 400 muestra una realización, en la que la corriente de gas principal 413 admitida al reformador de alquitrán 50 comprende una corriente 409 combinada de un gas de escape 403 de un quemador adicional 405 y una corriente de recirculación 422’, en la que la corriente 409 se combina opcionalmente con una corriente de gas oxidante con un contenido de oxígeno controlado 412 antes de admitirse al reformador 50 a través de la entrada 52. Al combinar la corriente 409 con una corriente de gas oxidante, se garantiza que la corriente de gas principal 413 admitida al reformador de alquitrán 50 sea una corriente de gas de regeneración.
Combustible 401 y un gas oxidante 402 se hace entrar en el quemador 405.
La corriente de gas de regeneración 413 reacciona dentro del reformador 50 durante la regeneración del catalizador 51 y sale del reformador 50 como corriente de gas carente de oxígeno o reducida en oxígeno 414. Posteriormente al intercambio de calor y al enfriamiento brusco con agua dentro de los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63, respectivamente, y posteriormente al filtro opcional 64, la corriente de gas resultante 420 se divide en dos corrientes 421 y 422. La corriente 422 se recircula como corriente de recirculación 422’ por medio de un soplador de recirculación 70, mientras que la otra parte 421 de la corriente de regeneración no se recircula. En su lugar, la otra parte 421 se lanza o se expulsa a los alrededores, dependiendo de su contenido específico y/o el sistema 400. La corriente de recirculación 422’ se añade justo después del quemador adicional 405 que se usa para controlar la temperatura del gas de recirculación y de combustión mixto. El control de oxígeno 402 al quemador, o de manera más precisa la relación de oxidante con respecto a combustible, proporciona a su vez el control del contenido de oxígeno del gas regenerativo 413.
Una ventaja del sistema 400 mostrado en la figura 4 es que son posibles temperaturas de regeneración mayores, dado que las temperaturas de regeneración no están limitadas por el equipo, a través del cual fluye el gas principal, sino solo la temperatura de diseño del reformador. Normalmente, tanto la unidad de gasificación de biomasa 10 como el filtro 20 tienen temperaturas de diseño menores que el reformador 50.
La figura 5 muestra un dibujo esquemático de un sistema 500 según la invención para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán 50. Debe indicarse que el sistema 500 comprende las unidades para reformado de alquitrán mostradas en el sistema 100 de la figura 1 y que solo se han añadido unas pocas unidades adicionales al sistema de reformado de alquitrán con el fin de hacerlo adecuado para la regeneración de catalizador.
Por tanto, el sistema de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, los filtros 20, 64, el reformador 50, los intercambiadores de calor 61,62 y la unidad de enfriamiento brusco 63 son así similares a las unidades similares descritas en relación con la figura 1. Por tanto, estas unidades no se describirán adicionalmente en este caso. Sin embargo, debe indicarse que, durante la regeneración del catalizador, la unidad de alimentación de biomasa 1, la unidad de gasificación de biomasa 10, el ciclón 12, el quemador 5 y el filtro 20 no están en funcionamiento
Además, el combustible 501 y un gas oxidante 502 que se hacen entrar en un quemador adicional 505, así como la corriente de gas principal 513 admitida al reformador de alquitrán 50 que comprende una corriente 509 combinada de un gas de escape 503 del quemador adicional 505 y una corriente de recirculación 522’ son similares a los mostrados en la figura 4. En el sistema 500, la corriente 509 se combina opcionalmente con una corriente de gas oxidante con un contenido de oxígeno controlado 512 antes de admitirse al reformador 50 a través de la entrada 52. Cuando la corriente 509 se combina con una corriente de gas oxidante, la corriente de gas principal 513 admitida al reformador de alquitrán 50 será una corriente de gas de regeneración.
La corriente de gas de regeneración 513 reacciona dentro del reformador 50 durante la regeneración del catalizador 51 y sale del reformador 50 como gas de regeneración empobrecido en oxígeno o reducido en oxígeno 514. Posteriormente al intercambio de calor y al enfriamiento brusco con agua dentro de los intercambiadores de calor 61, 62 y la unidad de enfriamiento brusco 63, respectivamente, y posteriormente al filtro opcional 64, la corriente de gas resultante 520 se divide en dos corrientes 521 y 522. La corriente 522 se recircula como corriente de recirculación 522’ por medio de un soplador de recirculación 70, mientras que la otra parte 521 de la corriente de regeneración no se recircula. La corriente de recirculación 522’ se añade justo después del quemador adicional 505 dispuesto para controlar la temperatura del gas de recirculación y de combustión mixto. El control de oxígeno 502 al quemador, o de manera más precisa la relación de oxidante con respecto a combustible, proporciona a su vez el control del contenido de oxígeno del gas regenerativo 513.
Se ve a partir de la figura 5 que el sistema 500 es sustancialmente equivalente al sistema 400. Sin embargo, una diferencia entre los sistemas 400 y 500 mostrados en las figuras 4 y 5, respectivamente, es que el reformador 50 tiene tres lechos de catalizador 51a, 51b y 51c, en el sistema 500 de la figura 5, mientras que se ha mostrado que el reformador 50 en las figuras 2-4 tiene solo un lecho de catalizador. Debe indicarse que es concebible cualquier número apropiado de lechos de catalizador y que los tres lechos de catalizador son solo un ejemplo. Por tanto, el reformador que tiene más de un lecho de catalizador podría comprender dos lechos de catalizador o cuatro o más lechos de catalizador.
Por tanto, tal como se muestra en la figura 5, una corriente de gas oxidante opcional con un contenido de oxígeno controlado 511 se añade directamente al reformador 50 sin mezclado previo con la corriente 509. La corriente de gas oxidante opcional con un contenido de oxígeno controlado 511 puede añadirse en un caso en el que la corriente de gas oxidante 512 se añade a la corriente 509; alternativamente, la corriente de gas oxidante opcional con un contenido de oxígeno controlado 511 en una situación en la que no se añade ninguna corriente de gas oxidante 512 a la corriente 509.
En un ejemplo, la corriente de gas oxidante 511 se hace entrar en el reformador de alquitrán aguas abajo de al menos un lecho de catalizador, por ejemplo, entre los dos lechos de catalizador 51 a y 51b o entre los dos lechos de catalizador 51b y 51c. Por tanto, la corriente de gas oxidante 511 puede hacerse entrar en el reformador de alquitrán aguas arriba de al menos un lecho de catalizador, es decir entre la entrada 52 al reformador 50 y el lecho de catalizador 51 a, entre los dos lechos de catalizador 51a y 51b, o entre los dos lechos de catalizador 51b y 51c. Normalmente, un reformador de alquitrán 50 tiene entradas aguas arriba de los lechos de catalizador, de modo que no son necesarios cambios sustanciales con el fin de admitir tales corrientes de gas oxidante 511 aguas abajo o aguas arriba de lechos de catalizador específicos 51a, 51b, 51c.
La corriente de gas oxidante 511 puede admitirse en primer lugar como corriente en el lecho de catalizador más aguas arriba, en condiciones de reformado de alquitrán, a saber, el lecho de catalizador 51a en la figura 5, de modo que los lechos de catalizador 51a-51c se regeneran de uno en uno, desde el lecho de catalizador más aguas arriba hasta el más aguas abajo. Sin embargo, al alimentar el gas oxidante 511 como corriente al reformador de alquitrán 50 en orden inverso, desde el lecho de catalizador más aguas abajo 51c hasta el lecho de catalizador más aguas arriba 51a, se proporciona un proceso en el que el desarrollo de temperatura en el reformador de alquitrán 50 es particularmente controlable. Debe indicarse que los ejemplos facilitados anteriormente en relación con la entrada de la corriente de gas oxidante 511 en ciertas posiciones en relación con los lechos de catalizador se refieren al ejemplo mostrado, con tres lechos de catalizador. Este ejemplo es extensible a cualquier número apropiado de lechos de catalizador, de modo que en el caso en el que el reformador comprende más de tres lechos de catalizador, el gas oxidante 511 puede alimentarse al reformador en más posiciones que las indicadas en relación con el ejemplo de la figura 5.
Cuando una corriente de gas oxidante 511,512 con un contenido de oxígeno controlado se añade a la corriente 509 y/o se admite en una o más entradas adicionales al interior del reformador de alquitrán, es posible llevar a cabo un control más preciso del contenido de oxígeno dentro del reformador 50, y por tanto la temperatura durante la regeneración del catalizador. La corriente de gas oxidante 511, 512 comprende, por ejemplo, aire, aire enriquecido, oxígeno, vapor y/o dióxido de carbono. En el caso en el que no se añade ninguna corriente de gas oxidante con un contenido de oxígeno controlado 512 a la corriente de gas 509, la corriente de gas principal 513 es normalmente en sí misma todavía una corriente de gas regenerativo, dado que es una corriente de gas oxidante.
Sin embargo, a relaciones de oxígeno con respecto a combustible suficientemente bajas (entre las corrientes 501, 502), la corriente de gas principal 513 puede no ser en sí misma regenerativa. En este caso, la corriente de gas principal 513 solo pasa a ser una corriente de gas de regeneración tras el mezclado con la corriente de gas oxidante 511 dentro del reformador de alquitrán 50, o bien aguas arriba del lecho de catalizador más aguas arriba 51a o bien entre dos lechos de catalizador 51a, 51b, 51c.
Se ha mostrado que el reformador 50 en el sistema 500 mostrado en la figura 5 tiene un número de lechos de catalizador en la realización correspondiente a la del sistema 400 de la figura 4. Debe indicarse que esta característica de una pluralidad de lechos de catalizador dentro del reformador y la posibilidad de proporcionar gas oxidante entre los lechos de catalizador, a saber, aguas arriba y/o aguas abajo de lechos de catalizador específicos, también puede combinarse con los sistemas 200 y 300 mostrados en las figuras 2 y 3, respectivamente.
Solo como ejemplo general, los valores numéricos de flujo, temperaturas, entre otros, pueden ser tal como sigue:
- El flujo F a través del reformador 50 durante la regeneración del catalizador: F = 4000 ± 500 Nm3/h;
- La presión P dentro del reformador 50 durante la regeneración del catalizador: P es de entre 0 y 3 barg; por ejemplo, P = 70-80 mbarg;
- La temperatura Tentrada de la corriente de gas principal 213, 313, 413, 513 en la entrada del reformador 52: Tentrada es de entre 500°C y 1000°C; por ejemplo, Tentrada = 750°C ± 50°C;
- La temperatura T reformador de la corriente de gas de regeneración dentro del reformador: Treformador es de entre 500°C y 1000°C; por ejemplo, Treformador = 800 ± 50°C;
- La temperatura T recirculación de la corriente de gas recirculado 222’, 322’, 422’, 522’: Trecirculación es de entre 100°C y 500°C; por ejemplo, Trecirculación = 300°C;
- Flujo de combustible Faceite (LFO) = 35 kg/h;
- Flujo de aire/gas oxidante Faire = 900 kg/h;
- Composición de aire/gas oxidante:
° O2 : entre el 0,1 y el 5%, por ejemplo, aproximadamente el 1 -2%;
° CO2 : entre el 10 y el 20%, por ejemplo, aproximadamente el 14%;
° H2O: entre el 10 y el 20%, por ejemplo, aproximadamente el 10%;
° N2 : el resto, aproximadamente el 75%.
Debe indicarse que los valores numéricos facilitados en el ejemplo anterior son simplemente un ejemplo. Los intervalos de temperatura serían normalmente válidos para diferentes sistemas de regeneración de reformador de alquitrán; sin embargo, los valores de flujo son específicos para el ejemplo facilitado.
Ejemplo específico
A continuación, se facilita una tabla que indica las condiciones durante un ejemplo específico de un proceso de regeneración de catalizador para reformar catalizador dentro de un lecho de catalizador en un reformador de alquitrán según la invención.
Tabla 1
Figure imgf000012_0001
La tabla 1 indica tres periodos de tiempo, Periodo 1, Periodo 2 y Periodo 3. Para cada periodo de tiempo, el espacio de tiempo del periodo se facilita en horas y el O2 y CO2 se indican en % en volumen de gas de salida seco del reformador de alquitrán. LFO indica de nuevo el flujo de combustible Faceite y la “Temp. máx. en el reformador” indica la temperatura máxima medida dentro del reformador de alquitrán dentro del periodo facilitado.
Dentro del Periodo 1, para las primeras 51/2 horas de la regeneración, el nivel de oxígeno (O2) en el gas de salida seco del reformador cambia desde el 0% en volumen (correspondiendo a una relación de aire con respecto a LFO del quemador relativamente baja y una conversión relativamente alta de carbono a dióxido de carbono (CO2)) hasta el 4,2% en volumen. Por otra parte, el contenido de CO2 en el gas de salida seco se reduce desde el 13,9% en volumen hasta el 10,4% en volumen y la relación de aire con respecto a LFO del quemador se aumenta desde 26 hasta 30. La temperatura máxima dentro del reformador de alquitrán en el periodo 1 es de 960°C. El Periodo 1 se ve como el periodo más crítico dentro del proceso de regeneración de catalizador en relación con el control de temperatura.
En el Periodo 2, entre 5 / y 8 / horas desde el inicio de la regeneración del catalizador de reformado, la relación de aire con respecto a LFO del quemador se incrementa hasta 51, y el nivel de oxígeno dentro del gas de salida seco se aumenta hasta el intervalo de entre el 4,2 y el 17,2% en volumen, mientras que el nivel de dióxido de carbono en el gas de salida seco se reduce desde el 10,4 hasta el 2,8% en volumen. La temperatura máxima con el reformador de alquitrán en el Periodo 2 es de 950°C.
En el periodo 3, desde 8 / horas en adelante, se usa aire puro, correspondiendo a ningún flujo de combustible Faceite, para la última regeneración del catalizador. El nivel de oxígeno en el gas de salida seco del reformador aumenta dentro del Periodo 3, desde el 17,2 hasta el 20,0% en volumen, mientras que el último carbono se quema, correspondiendo a una reducción del dióxido de carbono dentro del aire de salida seco del reformador desde el 2,8 hasta el 0,0% en volumen dentro del Periodo 3. El Periodo 3 puede seguir tanto como se requiera, normalmente hasta que el reformador se haya enfriado suficientemente.
La regeneración se lleva a cabo - en los tres periodos - en condiciones de recirculación con relaciones de gas de quemador con respecto a gas de recirculación similares a las relaciones de gas de quemador con respecto a gas de recirculación indicadas implícitamente en el ejemplo general anterior.
De nuevo, los valores numéricos facilitados en el ejemplo y la tabla anteriores son simplemente a modo de ejemplo y no deben verse como que limitan la invención.
Para todas las realizaciones mostradas en las figuras 2 a 4, así como el ejemplo facilitado anteriormente, es ventajoso cubrir el sistema en nitrógeno antes de la regeneración de catalizador. Esto es debido a la presencia de gas de síntesis dentro del sistema posteriormente a la gasificación de biomasa y el riesgo de proporcionar corrientes de gas oxidante a un sistema con sintegás.
Es ventajoso que la temperatura de la corriente de gas principal Tentrada esté por encima de aproximadamente 650°C, porque ayuda a evitar que cualquier azufre presente se combine con Ni para dar sulfato de níquel. Además, algo del carbono es inerte y requiere temperaturas relativamente altas, tales como por encima de aproximadamente 650°C, con el fin de reaccionar con la corriente de gas de regeneración durante la regeneración.
La figura 6 muestra un proceso 1000 según la invención para un catalizador de reformado de alquitrán dentro de un lecho de catalizador en un reformador de alquitrán.
El proceso 1000 comprende las siguientes etapas:
admitir 1010 una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado en una entrada al interior de un reformador de alquitrán.
hacer pasar 1020 la corriente de gas principal a través del lecho de catalizador para formar una corriente de gas empobrecida en oxígeno.
extraer 1030 la corriente de gas empobrecida en oxígeno del reformador de alquitrán.
recircular 1040 al menos una parte de la corriente de gas empobrecida en oxígeno que se extrae del reformador de alquitrán de vuelta a la corriente de gas principal aguas arriba del reformador de alquitrán.
La temperatura de dicha corriente de gas principal en la entrada se controla para estar dentro del intervalo de desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1000°C.
El proceso 1000 termina en la etapa 1050.
Aunque se han descrito numerosas realizaciones de acuerdo con esta invención, se entenderá que estas realizaciones son solo ilustrativas y que no limitan el alcance de esta invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. El término “que comprende” incluye, pero no se limita a, lo que sea que siga a las palabras “que comprende”. Por tanto, el uso del término indica que los elementos listados están presentes o se requieren, pero que otros elementos son opcionales y pueden o pueden no estar presentes.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Un proceso de regeneración de catalizador para un catalizador de reformado de alquitrán dentro de un lecho de catalizador en un reformador de alquitrán, comprendiendo dicho proceso las etapas de:
    - admitir una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado en una entrada al interior de dicho reformador de alquitrán;
    - hacer pasar dicha corriente de gas principal a través de dicho lecho de catalizador para formar una corriente de gas empobrecida en oxígeno;
    - extraer dicha corriente de gas empobrecida en oxígeno de dicho reformador de alquitrán; y
    - recircular al menos una parte de la corriente de gas empobrecida en oxígeno que se extrae de dicho reformador de alquitrán de vuelta a dicha corriente de gas principal aguas arriba de dicho reformador de alquitrán;
    en el que la temperatura de dicha corriente de gas principal en dicha entrada se controla para estar dentro del intervalo de desde 500°C hasta 1000°C.
  2. 2. - Un proceso de regeneración de catalizador según la reivindicación 1, en el que la temperatura de dicha corriente de gas principal en dicha entrada se controla para estar en el intervalo de entre 500°C y 950°C.
  3. 3. - Un proceso de regeneración de catalizador según la reivindicación 1 o 2, en el que una corriente de gas oxidante adicional con un contenido de oxígeno controlado se añade a la corriente de gas principal y/o se admite al interior de una o más entradas adicionales al interior del reformador de alquitrán.
  4. 4. - Un proceso de regeneración de catalizador según la reivindicación 3, en el que el reformador de alquitrán comprende una pluralidad de lechos de catalizador, en el que dicha corriente de gas oxidante adicional se hace entrar en el reformador de alquitrán aguas abajo de al menos un lecho de catalizador.
  5. 5. - Un proceso de regeneración de catalizador según la reivindicación 3 o 4, en el que el reformador de alquitrán comprende una pluralidad de lechos de catalizador, en el que dicha corriente de gas oxidante adicional se hace entrar en el reformador de alquitrán aguas arriba de al menos un lecho de catalizador.
  6. 6. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la corriente de gas principal al reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador, y en el que dicho gas de escape pasa a través de una unidad de gasificación de biomasa aguas arriba del reformador.
  7. 7. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la corriente de gas principal al reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador, y en el que dicho gas de escape ha evitado una unidad de gasificación de biomasa.
  8. 8. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la corriente de gas principal al reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible en un quemador adicional.
  9. 9. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicha corriente de gas principal admitida en el reformador de alquitrán comprende un gas de escape que resulta de la combustión de un combustible que contiene azufre en un quemador.
  10. 10. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán limpio, el catalizador es un catalizador en pastillas o monolítico y una corriente de gas de regeneración, que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional, tiene un contenido de oxígeno de como máximo el 3% en volumen.
  11. 11. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico y una corriente de gas de regeneración, que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional, tiene un contenido de oxígeno de como máximo el 3% en volumen.
  12. 12. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha corriente de gas principal tiene un contenido de azufre de hasta 200 ppmv.
  13. 13. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico que tiene solo una pequeña cantidad de deposición de material carbonáceo, en el que una corriente de gas de regeneración que comprende la corriente de gas principal y la corriente de gas adicional opcional tiene un contenido de oxígeno en el intervalo de desde el 9% en volumen hasta el 17% en volumen.
  14. 14. - Un proceso de regeneración de catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el reformador de alquitrán es un reformador de alquitrán con polvo, el catalizador es un catalizador monolítico que tiene solo una pequeña cantidad de deposición de material carbonáceo, en el que la biomasa se somete a combustión en el gasificador durante el arranque y en el que el gas de escape de la biomasa sometida a combustión se dirige a través del reformador de alquitrán con el fin de regenerar el catalizador al menos parcialmente durante el arranque del sistema de gasificación de biomasa.
  15. 15. - Un sistema para regenerar un catalizador dentro de un reformador de alquitrán que comprende catalizador en uno o más lechos de catalizador, comprendiendo dicho sistema dicho reformador de alquitrán y comprendiendo, además:
    a. un quemador para proporcionar una corriente de gas principal con un contenido de oxígeno controlado y una temperatura controlada, en el que la temperatura de dicha corriente de gas principal está en el intervalo de desde 500°C hasta 10002C,
    b. una entrada de gas para admitir dicha corriente de gas principal al interior del reformador de alquitrán, c. una salida de gas para hacer salir una corriente de gas empobrecida en oxígeno de dicho reformador de alquitrán, y
    d. equipo de recirculación para recircular al menos una parte de la corriente de gas empobrecida en oxígeno a dicha corriente de gas principal,
    en el que dicha corriente de gas principal comprende una corriente combinada de un gas de escape del quemador y la parte recirculada de la corriente de gas empobrecida en oxígeno.
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