ES2835276T3 - Sistema separador, sistema reformador de alquitrán y proceso de purificación de gas - Google Patents
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Abstract
Un sistema separador (10) para tratar un gas (11) desde una unidad de gasificación de biomasa, comprendiendo dicho sistema separador (10): - un primer ciclón (12) y un segundo ciclón (15), donde dicho primer ciclón (12) comprende una entrada para recibir un gas (11) desde una unidad de gasificación de biomasa (2), estando dispuesto dicho primer ciclón (12) para eliminar materia en partículas desde el gas (11) desde la unidad de gasificación de biomasa (2) para proporcionar un primer gas más limpio, - un conducto (14) dispuesto para conducir dicho primer gas más limpio desde dicho primer ciclón (12) hasta dicho segundo ciclón (15), donde dicho segundo ciclón (15) está dispuesto para eliminar materia en partículas desde dicho primer gas más limpio para proporcionar un segundo gas más limpio, -un tubo (17) dispuesto para conducir dicho segundo gas más limpio hasta un elemento de conducción especial (19), comprendiendo dicho elemento de conducción especial (19) un quemador para calentar el segundo gas más limpio y quemar materia en partículas en el segundo gas más limpio, proporcionando de esta maneta un tercer gas limpio, y - una unidad de distribución de gas (21) que puede estar dispuesta para conducir dicho tercer gas limpio hasta una o más unidades reformadoras de alquitrán (30).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema separador, sistema reformador de alquitrán y proceso de purificación de gas
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un sistema separador para tratar un gas desde un sistema de gasificación de biomasa, a un sistema reformador de alquitrán, que comprende un sistema separador de acuerdo con la invención y a u método para tratar un gas de un sistema de gasificación de biomasa.
ANTECEDENTES
La gasificación de biomasa, residuos 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 se conoce como syngas. El syngas se puede utilizar como una fuente de combustible, hidrógeno o monóxido de carbono, o puede utilizarse para conversiones de syngas corriente abajo. La manipulación de los equilibrios de la reacción y de las condiciones de la reacción influye sobre la relación de los productos gaseosos y, por lo tanto, proporciona el gas preferido (es decir, metano, hidrógeno o monóxido de carbono)- Aparte de los constituyentes principales mencionados anteriormente, el gas producto desde un gasificador contiene compuestos de azufre, por ejemplo, H2S y COS, amoníaco, polvo, álcali, impurezas, tales como P, As. Hg, etc. y componentes de alquitrán.
La reforma de alquitrán con vapor, o reforma de alquitrán, es el proceso realizado sobre un catalizador para convertir alquitrán en syngas. El proceso de reducir las especies de alquitrán presentes en syngas es parte del acondicionamiento del gas, es decir, el tren de operaciones unitarias necesarias antes de que el syngas pueda ser utilizado para aplicaciones siguientes, tal como la síntesis de productos químicos o electricidad. El polvo en el syngas puede eliminarse curso arriba o curso abajo de la etapa de reforma del alquitrán, en correspondencia con las formas de realización de la reforma de alquitrán que tiene lugar en entorno casi libre de polvo o polvoriento. El término "reformador de alquitrán limpio" se entiende que denota un reformador de alquitrán en un sistema de gasificación de biomasa, en donde un filtro está presente entre una unidad de gasificación de biomasa y el reformador de alquitrán. Éste se opone el término "reformador de alquitrán polvoriento" que se entiende que denota un reformador de alquitrán en un sistema de gasificación de biomasa, en donde no está presente ningún filtro, además de posibles ciclones para una eliminación gruesa de polvo, entre la unidad de gasificación de biomasa y el reformador de alquitrán. Los catalizadores pueden estar presentes en forma de gránulo o monolito, cuyos monolitos y gránulos pueden utilizarse para el reformador de alquitrán limpio, mientras que deben aplicarse monolitos para el reformador de alquitrán polvoriento. El proceso de la presente invención es especialmente ventajoso para uso en un entorno polvoriento, referido aquí como reforma de alquitrán polvoriento.
En un entorno libre de polvo, puede tener lugar la formación de coque de carbono a partir de la descomposición de alquitrán de syngas e hidrocarburos en y sobre el catalizador, y/u hollín de carbono generador a partir de la combustión parcial del syngas desde el gasificador se puede depositar y acumular en y sobre el catalizador. Esto puede conducir a la desactivación del catalizador y/o a una caída incrementada de la presión y a una distribución inhomogénea del gas debido a la restricción localmente incrementada del paso de gas a través del volumen del catalizador. Todos esos fenómenos afectan negativamente a la actuación del catalizador de manera similar al caso libre de polvo. El polvo tiene alto contenido de carbono, por ejemplo, aproximadamente 70 % en peso, y es típicamente de una naturaleza pirolítica. El polvo, coque, y hollín se refieren aquí todos comúnmente como materiales carbonosos.
Tanto para la reforma de alquitrán limpio como también para la reforma de alquitrán polvoriento, el catalizador alojado en la unidad de reformador de alquitrán estará expuesta a polvo fino arrastrado, hollín de ceniza volátil y/o productos tóxicos químicos durante el funcionamiento, reduciendo la actividad del catalizador y requiriendo de esta manera una regeneración del catalizador para asegurar una vida útil prolongada del catalizador. Sin embargo, la regeneración del catalizador del reformador de alquitrán es un reto en relación al riesgo de desarrollo de temperatura excesiva dentro del reformador como resultado de la combustión exotérmica del carbono, así como al consumo de energía.
El documento US 4 046 523 A describe un aparato y un proceso que comprende pasar gas producto de gasificación a una serie de ciclones para eliminar materia en partículas y producir un primero y posteriormente un segundo gas purificado; pre-tratar el gas limpio y pasarlo a una o más unidades de reformador de alquitrán.
Un objeto de la invención es solucionar o al menos aliviar el problema de exponer el catalizador alojado en la unidad de reformador de alquitrán a polvo fino arrastrado, hollín de ceniza volátil y/o sustancias tóxicas químicas durante el funcionamiento.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Las formas de realización de la invención se refieren generalmente a un sistema separador para tratar un gas desde un sistema de gasificación de biomasa. El sistema separador es como se define en la reivindicación 1.
Cuando el sistema separador de la invención comprende dos ciclones y un elemento de conducción especial, el gas desde el sistema de gasificación de biomasa es limpiado etapa a etapa. El quemador en el elemento de conducción especial proporciona un incremento suficiente en la temperatura del tercer gas limpio antes de que el tercer gas limpio sea conducido a la(s) unidad(es) reformadoras de alquitrán. Además, el quemador quema hidrocarburos en el segundo gas más limpio y quema materia en partículas, tal como ceniza volátil, en el segundo gas más limpio.
Cuando se utiliza aquí, el término "ciclón" se entiende que denota una unidad dispuesta para realizar separación ciclónica, es decir, para eliminar partículas de la corriente de gas o de líquido, sin el uso de filtro, a través de separación vortical. Cada uno de los ciclones tiene una salida en el fondo para dejar que salga materia sólida desde el gas. El quemador es, por ejemplo, un quemador de aire soplado.
En una forma de realización de la invención, el flujo general de gas a través del elemento de conducción especial desde una entrada desde la segunda unidad de ciclón hasta una salida a la unidad de distribución de gas es sustancialmente vertical. Típicamente, el elemento de conducción especial está dispuesto verticalmente, de manera que el flujo de gas es vertical.
En una forma de realización, el primer ciclón, el segundo ciclón, el elemento de conducción especial y la unidad de distribución de gas están posicionados a lo largo de un eje sustancialmente vertical. El primero y segundo ciclones, el elemento de conducción especial y la unidad de distribución de gas, así como al menos el tubo dispuesto para conducir el segundo gas más limpio hasta el elemento de conducción especial están centrados ventajosamente sobre el eje sustancialmente vertical. De esta manera, cuando el quemador en el elemento de conducción especial calienta materia en partículas del segundo gas más limpio, la materia en partículas se vuelve pegajosa y se aglomera en partículas mayores, que pueden adherirse a las paredes interiores del elemento de conducción especial. Después de cierto tiempo de funcionamiento, la materia en partículas aglomerada se agrieta y cae dentro del segundo ciclón a través del tubo dispuesto para conducir el segundo gas más limpio desde el segundo ciclón hasta el elemento de conducción especial. La materia en partículas aglomerada que cae dentro del segundo ciclón es eliminada desde el segundo ciclón junto con cualquier otra materia sólida retirada desde el segundo ciclón. De esta manera, debido a la disposición vertical del primero y del segundo ciclón y del elemento de conducción especial, la materia en partículas aglomerada cae dentro del segundo ciclón y se puede eliminar del sistema. Típicamente, el primer ciclón es accionado en modo de separación continua, mientras que el segundo ciclón funciona el modo de separación por lotes.
En una forma de realización, un diámetro interior característico dsPE de dicho elemento de conducción especial está dimensionado en relación al diámetro del segundo ciclón y/o en relación al tubo entre el elemento de conducción especial y el segundo ciclón para permitir que los aglomerados formados dentro del elemento de conducción especial sean conducidos hasta el segundo ciclón.
El elemento de conducción especial es típicamente cilíndrico y entonces la dimensión interior característica es en este caso el diámetro interior. En un caso en el que una sección transversal horizontal a través del elemento de conducción especial no sea un círculo, se entiende que la dimensión interior característica denota el diámetro de un círculo que tiene sustancialmente la misma área que la sección transversal horizontal.
Es ventajoso que el tubo dispuesto para conducir dicho segundo gas más limpio desde el segundo ciclón hasta el elemento de conducción especial esté posicionado y dimensionado también para permitir que los aglomerados formados dentro del elemento de conducción especial sean conducidos hasta el segundo ciclón. Aquí estos aglomerados pueden ser eliminados durante el funcionamiento del segundo ciclón.
El bajo contenido de partículas de polvo fino y de ceniza volátil en el segundo gas más limpio que entra en el elemento de conducción especial se puede aglomerar en aglomerados mayores cuando pasa al quemador del elemento de conducción especial. Tales aglomerados mayores se pueden adherir a la pared interior del elemento de conducción especial, y cuando los aglomerados son suficientemente grandes, se rompen y caen dentro del segundo ciclón por debajo del elemento de conducción especial. De esta manera, el sistema separador de la invención permite que el polvo aglomerado mayor y las partículas de ceniza volátil sean recogidos y retirados en sistemas operativos.
En una forma de realización, el segundo ciclón tiene un diámetro interior, dC2 , y el elemento de conducción especial tiene una dimensión interior característica dsPE, en donde dsPE está entre %dC2 y dC2, y en donde el diámetro interior de la conducción entre el elemento de conducción especial y el segundo ciclón está entre ^ d sPE y dsPE. Por lo tanto, el diámetro interior del tubo entre el elemento de conducción especial y el segundo ciclón no es mayor que el diámetro interior del elemento de conducción especial. Estas dimensiones son ventajosas para asegurar que los aglomerados
de materia sólida en el aire del segundo calentador calentad por el quemador en el elemento de conducción especial son capaces de caer dentro del segundo ciclón.
Otro aspecto de la invención se refiere a un sistema reformador de alquitrán que comprende un sistema separador de acuerdo con la invención, así como una o más unidades reformadoras de alquitrán curso abajo del sistema separador. El sistema reformador de alquitrán está posicionado típicamente curso abajo de un sistema de gasificación de biomasa.
En una forma de realización, el sistema reformador de alquitrán comprende dos o más unidades reformadoras de alquitrán, en donde el sistema de distribución de gas del sistema separador está dispuesto para distribuir el tercer gas limpio calentado que sale desde el sistema de distribución de gas de manera uniforme a las dos o más unidades reformadoras de alquitrán. Típicamente, las unidades reformadoras de alquitrán están posicionadas alrededor del sistema separador, por ejemplo, simétricamente. Cuando el sistema reformador de alquitrán comprende más de una unidad reformadora de alquitrán, es posible regenerar el catalizador alojado en una unidad reformadora de alquitrán mientras continúa el funcionamiento del sistema reformador de alquitrán y, por lo tanto, de un sistema de gasificación de biomasa dispuesto curso arriba.
Todavía otro aspecto de la invención se refiere a un método para tratar un gas como se define en la reivindicación 8. En una forma de realización, el método de la invención comprende, además, la etapa de:
• realizar la reforma de alquitrán sobre un catalizador de reforma de alquitrán en una o más unidades reformadoras de alquitrán, cada una de las cuales tiene uno o más lechos de catalizador de reformador de alquitrán.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se explican formas de realización de la presente invención, a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos que se acompañan. Hay que indicar que los dibujos anexos ilustran solamente ejemplos de realizaciones de esta invención y, por lo tanto, no deben considerarse como limitación de su alcance.
La figura 1 ilustra un sistema 100 de gasificación de biomasa y de reforma de alquitrán; y
La figura 2 ilustra un sistema separador 10 de acuerdo con la invención para uso en un sistema de gasificación de biomasa y de reforma de alquitrán.
DESCRIPCION DETALLADA DE LOS DIBUJOS
La figura 1 ilustra un sistema 100 de gasificación de biomasa y de reforma de alquitrán. El sistema 100 de gasificación de biomasa y de reforma de alquitrán comprende una unidad de gasificación de biomasa 2 dispuesta para ser alimentada con biomasa 1 a través de un sistema de alimentación de biomasa. El gas 11 desde el sistema de gasificación de biomasa es alimentado al sistema separador 10 para proporcionar un gas limpio y caliente, que se conduce entonces a uno o más sistemas reformadores de alquitrán 30. Un gas oxidante 23, tal como aire, oxígeno o vapor, se conduce también a los sistemas reformadores de alquitrán 30. Los sistemas reformadores de alquitrán 30 producen un syngas 24, que es conducido opcionalmente a un sistema de limpieza de syngas 40.
La figura 2 ilustra un sistema separador 10 de acuerdo con la invención para uso en un sistema de gasificación de biomasa y de reforma de alquitrán.
El sistema separador 10 comprende un primer ciclón 12 y un segundo ciclón 15. Gas 11 desde una unidad de gasificación de biomasa 2 (ver la figura 1) entre en el primer ciclón 12 a través de una entrada (no mostrada).
El primer ciclón 12 está dispuesto para separar y eliminar materias en partículas desde un gas a través de separación vortical. El primer ciclón 12 tiene una salida en o cerca de su fondo para dejar que salga la materia sólida separada del gas. Esto se indica por la flecha 13.
El gas que res7ulta de la separación de materia en partículas desde el gas 11 desde la unidad de gasificación de biomasa se designa "primer gas más limpio" y se conduce hasta la segunda unidad de ciclón 15 a través del conducto 14 dispuesto para conducir el primer gas más limpio desde dicho primer ciclón hasta el segundo ciclón 15.
El segundo ciclón 15 está dispuesto para retirar más materia en partículas desde el primer gas más limpio para proporcionar un segundo gas más limpio, que se conduce a un elemento de conducción especial 19 a través del tubo 17.
El elemento de conducción espacial 19 comprende un quemador de soplado de aire. El aire 20 es introducido en el quemador de soplado de aire a través de la conducción 20. En el elemento de conducción especial 19, el segundo gas más limpio es calentado y la materia en partículas remanente es quemada para proporcionar un tercer gas limpio caliente. Este tercer gas limpio caliente entra en una unidad de distribución de gas 21 dispuesta para distribuir el tercer gas limpio caliente a una o más unidades reformadoras de alquitrán 30 a través del conducto 22.
En la figura 2, el elemento de conducción especial 10 y la unidad de distribución de gas 21 se muestran construidos juntos en una unidad. Alternativamente, el elemento de conducción especial 19 y la unidad de distribución de gas 21 podrían ser unidades separadas conectadas por uno o más tubos.
Aunque se ha ilustrado la invención por una descripción de varias realizaciones y aunque estas realizaciones han sido descritas en detalle considerable, la intención del solicitante no s restringir o limitar de ninguna manera el alcance de las reivindicaciones anexas a tales detalles. Ventajas y modificaciones adicionales aparecerán fácilmente para los expertos en la técnica. La invención en sus aspectos más amplios no está limitada, por lo tanto, a los detalles específicos, métodos representativos y ejemplos ilustrativos mostrado y descritos. De acuerdo con ello, se pueden realizar desviaciones de tales detalles sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
Claims (9)
1. Un sistema separador (10) para tratar un gas (11) desde una unidad de gasificación de biomasa, comprendiendo dicho sistema separador (10):
- un primer ciclón (12) y un segundo ciclón (15), donde dicho primer ciclón (12) comprende una entrada para recibir un gas (11) desde una unidad de gasificación de biomasa (2), estando dispuesto dicho primer ciclón (12) para eliminar materia en partículas desde el gas (11) desde la unidad de gasificación de biomasa (2) para proporcionar un primer gas más limpio,
- un conducto (14) dispuesto para conducir dicho primer gas más limpio desde dicho primer ciclón (12) hasta dicho segundo ciclón (15), donde dicho segundo ciclón (15) está dispuesto para eliminar materia en partículas desde dicho primer gas más limpio para proporcionar un segundo gas más limpio,
-un tubo (17) dispuesto para conducir dicho segundo gas más limpio hasta un elemento de conducción especial (19), comprendiendo dicho elemento de conducción especial (19) un quemador para calentar el segundo gas más limpio y quemar materia en partículas en el segundo gas más limpio, proporcionando de esta maneta un tercer gas limpio, y
- una unidad de distribución de gas (21) que puede estar dispuesta para conducir dicho tercer gas limpio hasta una o más unidades reformadoras de alquitrán (30).
2. Un sistema separador (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el flujo general de gas a través del elemento de conducción especial (19) desde una entrada desde la segunda unidad de ciclón (15) hasta una salida hasta la unidad de distribución de gas (21) es sustancialmente vertical.
3. Un sistema separador de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el primer ciclón (12), el segundo ciclón (15), el elemento de conducción especial (19) y la unidad de distribución de gas (21) están posicionados a lo largo de un eje sustancialmente vertical.
4. Un sistema separador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde una dimensión interior característica dSPE de dicho elemento de conducción especial (19) está dimensionada en relación al diámetro del segundo ciclón (15) y/o en relación a dicho tubo (17) entre el elemento de conducción especial (19) y el segundo ciclón (15) para permitir que los aglomerados formados dentro del elemento de conducción especial (19) sean conducidos hasta el segundo ciclón (15).
5. Un sistema separador de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el segundo ciclón (15) tiene un diámetro interior, dC2, y el elemento de conducción especial (19) tiene una dimensión interior característica, dSPE, en donde dSP está entre % dc2 y dc2, y en donde el diámetro interior del conducto (17) entre el elemento de conducción especial (19) y el segundo ciclón (15) está entre 1/2 dsPE y dsPE.
6. Un sistema reformador de alquitrán (100) que comprende un sistema separador (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y una o más unidades reformadoras de alquitrán (30) curso abajo del sistema separador (10).
7. Un sistema reformador (100) de acuerdo con la reivindicación 6, comprendiendo dicho sistema reformador de alquitrán (100) dos o más unidades reformadoras de alquitrán (30), en donde el sistema de distribución de gas (21) del sistema separador (10) está dispuesto para distribuir el tercer gas limpio caliente que sale desde el sistema distribuidor de gas (21) de manera uniforme hasta las dos o más unidades reformadoras (30).
8. Un método para tratar un gas desde una unidad de gasificación de biomasa, comprendiendo dicho método las etapas de:
- introducir el gas (11) desde la unidad de gasificación de biomasa (2) hasta un primer ciclón (12) y activar dicho primer ciclón (12) para eliminar materia en partículas desde el gas (11) desde la unidad de gasificación de biomasa (2) y para proporcionar un primer gas más limpio,
- conducir el primer gas más limpio desde dicho primer ciclón (12) hasta un segundo ciclón (15) y activar dicho segundo ciclón (15) para eliminar materia en partículas desde dicho primer gas más limpio para proporcionar un segundo gas más limpio,
- conducir dicho segundo gas más limpio hasta un elemento de conducción especial (19) que comprende un quemador y activar dicho quemador para calentar el segundo gas más limpio y quemar la materia en partículas en el segundo gas más limpio, proporcionando de esta manera un tercer gas limpio, y
. a través de una unidad de distribución de gas (21), distribuir dicho tercer gas limpio a una o más unidades reformadoras de alquitrán (30).
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende, además, la etapa de:
- realizar la reforma de alquitrán sobre un catalizador reformador de alquitrán en una o más unidades reformadoras de alquitrán (30), cada una de las cuales tiene uno o más lechos de catalizador reformador de alquitrán.
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