ES2918749T3 - Proceso y aparato para limpiar gas producto crudo - Google Patents

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Li Dong
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Abstract

La presente divulgación proporciona un proceso para limpiar el gas de productos crudos. El proceso comprende contactar al gas del producto crudo con un flujo de catalizador para reformar contaminantes orgánicos y contaminantes inorgánicos en el gas del producto crudo y eliminar las partículas. Además, el proceso comprende el enfriamiento del gas del producto resultante a través del intercambio de calor con un medio de intercambio de calor en presencia de Char o un medio adsorbente sólido para condensar contaminantes orgánicos restantes y contaminantes inorgánicos en el CHAR o medio adsorbente sólido y para filtrar partículas finas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso y aparato para limpiar gas producto crudo
Campo de la Invención
Se divulga un proceso y un aparato para limpiar gas producto crudo. En particular, aunque no de forma exclusiva, se divulga un proceso y un aparato para limpiar un gas producto crudo que se produce mediante la gasificación de un material carbonoso tal como la biomasa y el carbón.
Antecedentes de la Invención
La gasificación se refiere a la conversión de un material sólido o líquido, tal como un material carbonoso, en un combustible gaseoso, que también se conoce como gas producto. La gasificación es de interés para muchas tecnologías de bajas emisiones en las industrias química y energética.
La gasificación se puede aplicar a una amplia gama de materiales carbonosos. En particular, los combustibles carbonosos de bajo rango tales como el carbón pardo (lignito), la turba, la biomasa y los desechos sólidos son particularmente adecuados para la gasificación debido a sus altas reactividades de gasificación. Estos combustibles de bajo rango, sin embargo, son una mezcla compleja de especies orgánicas e inorgánicas y el gas producto crudo resultante generalmente está contaminado con residuos alquitranados, partículas finas y especies alcalinas y alcalinotérreas metálicas (AAEM), así como también trazas de inorgánicos como el manganeso, boro, cobre, hierro, molibdeno y zinc, y especies contaminantes (por ejemplo, NH3, HCN, NOx, SOx y H2S). Los residuos alquitranados en el gas producto se tienden a condensar a temperaturas más bajas en el equipo aguas abajo, lo que provoca dificultades operativas. Las especies inorgánicas también se pueden volatilizar en el gas producto y causar problemas graves para el funcionamiento de los equipos aguas abajo, incluida la corrosión/erosión de los componentes de la turbina/motor que se usan para la generación de electricidad.
En consecuencia, generalmente es necesario limpiar el gas producto crudo antes de que se pueda usar, por ejemplo, como combustible gaseoso en una turbina/motor o como materia prima para la síntesis química. La eliminación de diversos componentes indeseables, tales como materiales alquitranados, vapor de AAEM, partículas y H2S/NH3/HCl/HCN del gas producto de la gasificación, contribuye a la complejidad general del proceso de gasificación y constituye un componente significativo de los costes generales de capital y de explotación de la gasificación.
La limpieza del gas producto crudo con un líquido, tal como agua o biodiesel, es una práctica común para eliminar los residuos alquitranados y otras especies indeseables. Sin embargo, el gas producto crudo se debe enfriar primero, lo que hace que algunas especies se condensen. También es un desafío recuperar de manera efectiva el calor del gas producto crudo debido a la inevitable deposición de estas especies en la superficie del intercambiador de calor. Además, la operación de limpieza simplemente transfiere los componentes alquitranados y otras especies indeseables en el gas producto crudo al agua para crear una corriente de desechos líquidos que requiere un tratamiento costoso antes de su eliminación. Muchas áreas rurales, donde se podría instalar un sistema de gasificación de biomasa, por ejemplo, para la generación de energía distribuida, no cuentan con una fuente de agua adecuada para la operación de limpieza. El uso de otros líquidos tales como el biodiesel serían costoso, no solo por el costo de compra sino también por el costo de transportar el líquido a regiones remotas.
Muchas especies inorgánicas de la biomasa son macronutrientes (por ejemplo, K, Mg y Ca) y micronutrientes (por ejemplo, manganeso, boro, cobre, hierro, molibdeno y zinc) esenciales para el crecimiento de la biomasa. Las complejas reacciones que involucran a estas especies inorgánicas durante la gasificación pueden convertirlas en especies químicamente muy estables tales como los silicatos y, en consecuencia, se vuelven inutilizables o menos adecuadas para el crecimiento de nueva biomasa, incluso si las cenizas se devuelven a la tierra. Alternativamente, se pueden volatilizar y terminar como lodo (después de la operación de limpieza) o residir en otras formas de desechos que no se pueden devolver al campo. La pérdida de estos nutrientes de la tierra deteriorará la productividad y la sostenibilidad a largo plazo de las tierras agrícolas. De hecho, se ha sugerido que una fracción significativa de los costos de la biomasa estará asociada con costos adicionales para comprar fertilizantes para reponer los nutrientes perdidos de la tierra debido al uso de la biomasa como fuente de energía. Desafortunadamente, estos fertilizantes no reponen todos los nutrientes. Por lo tanto, existe la necesidad de garantizar que estos nutrientes se puedan retener durante la gasificación en las formas que sean accesibles para el nuevo crecimiento de biomasa y que se devuelvan al campo. Esto es importante para reducir los costes de la materia prima de biomasa y garantizar la sostenibilidad a largo plazo de la bioenergía como fuente de energía renovable verde.
Por lo tanto, existe una necesidad por avances tecnológicos.
El documento WO 2012/012823 A1 menciona el uso de un lecho móvil no isotérmico, pero no especifica cómo se podría lograr la distribución no isotérmica de la temperatura. Aunque establece que "el lecho catalizador es uno de una serie de lechos catalizadores", no enseña la función exacta de cada lecho. Esta referencia divulga una disposición de flujo de gas-sólido en contracorriente en la que el gas sube y los sólidos bajan.
El documento US 2013/ 153 826 A1 divulga un proceso para limpiar el gas producto crudo y describe varias modalidades del proceso. En esta referencia se sugiere una disposición de flujo a favor de la corriente para el catalizador de carbón y el gas producto crudo (es decir, que fluyen en la misma dirección). El reformador catalítico no cumple la función de eliminación de las partículas. Más bien, las partículas se eliminan a través de un ciclón y de la limpieza, lo que forma una corriente de líquido residual.
El documento US 2010/0228062 A1 divulga un sistema y un método para convertir la biomasa en productos de hidrocarburos fluidos. El proceso comienza con la pirólisis de la biomasa para producir un gas de pirólisis (es decir, volátiles) y carbón a <650 °C. El gas de pirólisis se proporciona a un reactor independiente sin la adición de un agente oxidante para convertir catalíticamente el gas de pirólisis en hidrocarburos mediante el uso de una temperatura máxima de procesamiento de aproximadamente 650 °C. Se intenta minimizar este efecto catalítico del carbón.
El documento JP 2005-154722 A divulga un método para refinar los volátiles de la pirólisis de desechos. El gas crudo se trata en un intercambiador de calor lleno de un agente de adsorción poroso, por lo que el agente de adsorción adsorbe las impurezas del gas crudo. No se usa catalizador en esta referencia.
El documento US 4,104,149 pertenece al campo técnico de la industria petroquímica. Divulga un sistema de conversión catalítica de múltiples etapas como una técnica mejorada para efectuar la conversión catalítica de una corriente de reactivo hidrocarbonado en un sistema de reacción de múltiples etapas mediante el uso de una carga de nafta en el intervalo de ebullición.
Cualquier referencia a la técnica anterior no constituye una admisión de que la técnica forma parte del conocimiento general común de una persona con experiencia común en la técnica. Las referencias anteriores tampoco pretenden limitar la aplicación de los aparatos y los procesos como se describe en la presente descripción.
Resumen de la invención
Generalmente, se divulgan un proceso, un aparato y un sistema para limpiar gas producto crudo.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para limpiar gas producto crudo de acuerdo con la reivindicación 1.
El catalizador comprende carbón o catalizador soportado por carbón y, en consecuencia, el método puede comprender poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón bajo condiciones operativas en las que los residuos alquitranados en el gas producto crudo se reforman, al menos en parte, y el carbón o el catalizador soportado por carbón es gasificado por los agentes gasificantes en el gas producto crudo tal como H2O y CO2. Algunas partículas también pueden ser atrapadas por el carbón o el catalizador soportado por carbón y se pueden eliminar del gas producto. Se apreciará que el carbón o el catalizador soportado por carbón se puede gasificar parcial o completamente por los agentes gasificantes en el gas producto crudo.
El gas producto crudo fluye en una dirección sustancialmente perpendicular al flujo de carbón o catalizador soportado por carbón. Los flujos relativos de carbón o el catalizador soportado por carbón y gas producto crudo se pueden regular para poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o el catalizador soportado por carbón durante un período definido.
En otra modalidad de la invención, el gas producto crudo tiene una temperatura alta de aproximadamente 800 °C o más. Se apreciará que la etapa de poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón puede reducir la temperatura del gas producto crudo a una temperatura entre alrededor de 700 °C y alrededor de 750 °C, debido principalmente a las reacciones endotérmicas entre el gas producto (especialmente H2O y CO2 en el mismo) y el carbón o el catalizador soportado por carbón.
En una modalidad de la etapa b), enfriar el gas producto resultante a través de un medio de intercambio de calor en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido que comprende hacer pasar el gas producto a través de un intercambiador de calor dispuesto para albergar un lecho de carbón o el medio adsorbente sólido. A medida que el gas producto pasa a través del lecho de carbón o medio adsorbente sólido, los residuos alquitranados, otras especies orgánicas y/o inorgánicas condensables que quedan en dicho gas producto se condensan en la superficie del carbón o del medio adsorbente sólido. Las partículas finas también se filtran del gas producto crudo. El calor sensible de dicho gas producto se recupera mediante intercambio de calor con el medio de intercambio de calor en el intercambiador de calor. El medio de intercambio de calor calentado se puede usar posteriormente para calentar procesos en otra parte de la planta. El medio de intercambio de calor puede ser un gas o un líquido, como el aire.
Se debe apreciar que el medio de transferencia de calor también puede ser carbón o adsorbente u otros sólidos. En este caso, el enfriamiento del gas producto comprende poner en contacto dicho gas producto con carbón o adsorbente.
En una modalidad de la invención, el enfriamiento del gas producto reduce la temperatura del gas producto a menos de 250 °C, tal como menos de 200 °C.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para limpiar gas producto crudo de acuerdo con la reivindicación 6.
La zona de reacción puede estar provista de una entrada de gas producto crudo dispuesta en comunicación fluida con el gasificador y una salida de gas producto en comunicación fluida con la zona de enfriamiento. La zona de reacción también puede estar provista de una entrada y una salida para el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
La zona de reacción se adapta para permitir que el gas producto crudo fluya en una dirección sustancialmente perpendicular al flujo de carbón o catalizador soportado por carbón. En un ejemplo, la zona de reacción se puede adaptar para permitir el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón en una dirección vertical bajo alimentación por gravedad. En este ejemplo particular, la salida para el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón puede estar dispuesta en una porción inferior de la zona de reacción. La zona de reacción puede estar provista además de un dispositivo de descarga de sólidos en forma de tolva cerrada operativamente conectada a la salida para el flujo de carbón gastado o catalizador soportado por carbón.
La zona de reacción se puede adaptar para regular los flujos relativos de carbón o catalizador soportado por carbón y gas producto crudo para poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por material carbonizado durante un período de duración suficiente para reformar, al menos en parte, residuos alquitranados en el gas producto crudo y para gasificar parcial o completamente el carbón o el catalizador soportado por carbón. Algunas partículas también se eliminan simultáneamente. La zona de enfriamiento está provista de un intercambiador de calor dispuesto para albergar un lecho de carbón o medio adsorbente sólido, que puede ser un lecho fijo o un lecho móvil. La zona de enfriamiento puede además estar provista de una entrada de gas producto dispuesta en comunicación fluida con la salida de gas producto de la zona de reacción y una salida de gas producto limpio. La zona de enfriamiento también puede estar provista de una entrada y una salida para la operación del lecho móvil de carbón o catalizador soportado por carbón. El medio de intercambio de calor también puede ser el carbón o el adsorbente sólido.
En una modalidad, el aparato comprende un recipiente que tiene definidas en él la zona de reacción y la zona de enfriamiento.
En otra modalidad, el aparato comprende un primer recipiente que tiene definida en él la zona de reacción y un segundo recipiente que tiene definida en él la zona de enfriamiento.
El primer recipiente puede estar provisto de una entrada de gas producto crudo dispuesta en comunicación fluida con el gasificador y una salida de gas producto en comunicación fluida con el segundo recipiente. El primer recipiente también puede estar provisto de una entrada y una salida para el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
El segundo recipiente puede estar provisto de un intercambiador de calor dispuesto para albergar un lecho de carbón o medio adsorbente sólido. El segundo recipiente puede estar provisto además de una entrada de gas producto dispuesta en comunicación fluida con la salida de gas producto del primero y una salida de gas producto limpio. El segundo recipiente también puede estar provisto de una entrada y una salida para el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
El aparato de acuerdo con una modalidad de la presente invención se puede integrar fácilmente con un gasificador para la gasificación de material carbonoso, en particular biomasa, para limpiar el gas producto crudo que se produce en el gasificador.
En consecuencia, en otro aspecto de la invención hay un sistema de gasificación que comprende un gasificador para gasificar material carbonoso para producir un gas producto crudo y un aparato para limpiar el gas producto crudo como se define en el segundo aspecto de la invención, dicho aparato está dispuesto en comunicación fluida con el gasificador para recibir y limpiar el gas producto crudo. El carbón o el catalizador soportado por carbón de una o ambas zonas de dicho aparato también se puede retroalimentar al gasificador para una gasificación completa.
En un ejemplo, el sistema de gasificación comprende un pirolizador configurado en comunicación fluida con el gasificador y aguas arriba del mismo en una disposición en la que el gasificador recibe material carbonoso pirolizado del pirolizador, el pirolizador está dispuesto en comunicación fluida con dicha zona de enfriamiento de dicho aparato para recibir dicho medio de intercambio de calor fluido para calentar dicho material carbonoso en el pirolizador.
Descripción de las Figuras
A pesar de cualquier otra forma que pueda caer dentro del alcance del aparato y el método como se establece en el Resumen, ahora se describirán modalidades específicas, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la Figura 1 es una representación esquemática de un aparato para limpiar gas producto crudo de acuerdo con la divulgación;
las Figuras 2a y 2b son vistas frontal y en planta, respectivamente, de una modalidad alternativa de un aparato para limpiar gas producto crudo de acuerdo con la divulgación; y
la Figura 3 es una representación esquemática de un sistema de gasificación de acuerdo con la divulgación. Descripción detallada de las modalidades específicas
Las modalidades de la presente invención se refieren a un proceso para limpiar un gas producto crudo y un aparato 10, 10' para limpiar un gas producto crudo como se describe con referencia a las Figuras 1, 2a y 2b y 3.
En su forma más amplia, el proceso para limpiar un gas producto crudo comprende las etapas definidas en la reivindicación 1, que incluyen:
a) poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de catalizador; y
b) enfriar el gas producto resultante mediante un intercambio de calor con un medio de intercambio de calor en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido.
El término "gas producto crudo" se usa en la presente descripción para referirse a un gas producto que se produce mediante la gasificación de un material carbonoso (gasificación), en particular un material carbonoso de bajo rango como la biomasa, que contiene contaminantes como residuos alquitranados, compuestos orgánicos ligeros condensables, partículas finas, especies inorgánicas volatilizadas inherentes al material carbonoso y especies que forman contaminantes (por ejemplo, NH3, HCN, NOx, SOx y H2S) que se forman durante la gasificación.
La gasificación es la conversión de un material carbonoso sólido o líquido en un gas producto (es decir, una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno, hidrocarburos ligeros y otros gases, incluidos nitrógeno y CO2) y cenizas al reaccionar con aire, oxígeno, CO2 y/o vapor a altas temperaturas. El carbón se produce a veces como un subproducto.
El término 'material carbonoso' se usa ampliamente a lo largo de esta descripción e incluye, pero no se limita a, carbón tal como antracita, semiantracita, carbón bituminoso, carbón subbituminoso, carbón pardo (lignito) y turba, esquisto bituminoso, coque de petróleo, biomasa, residuos de caucho, incluidos pero no se limitan a neumáticos de vehículos, residuos de materiales plásticos, residuos agrícolas, sus mezclas y mezclas de dichos materiales carbonosos con otras sustancias. El proceso y el aparato de las modalidades de la presente invención descritos con referencia a las Figuras 1, 2a y 2b y 3 son particularmente adecuados para usar con gas producto crudo que se produce a partir de la gasificación de material carbonoso de bajo rango que tiene un alto rendimiento de materia volátil y un alto contenido de especies inorgánicas volátiles.
El proceso implica poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de catalizador.
El catalizador comprende carbón o un catalizador metálico soportado sobre un sustrato de material carbonoso en forma de carbón. El carbón o el catalizador soportado por carbón se pueden preparar a partir de pirólisis y/o gasificación parcial de un material carbonoso o material carbonoso que contiene o está impregnado con especies catalíticas, en particular metales de transición. Alternativamente, el metal se puede cargar/impregnar en el carbón siguiendo dichos métodos comúnmente conocidos por los expertos en la técnica. En una modalidad, el catalizador comprende Fe y/o Ni soportado sobre carbón. Ventajosamente, el carbón que se produce por pirólisis o gasificación de biomasa contiene abundantes especies catalíticas inherentes, particularmente especies AAEM, que están bien dispersas dentro del carbón. En consecuencia, el carbón producido por pirólisis o gasificación se puede usar para catalizar la descomposición de residuos de alquitrán en el gas producto crudo.
En una modalidad, el flujo de catalizador puede ser continuo.
El flujo de catalizador puede descender progresivamente a través de una zona de reacción, en cuya zona de reacción se pone en contacto el gas producto crudo con la misma. En una modalidad, el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón puede descender progresivamente a través de la zona de reacción por gravedad como un lecho móvil. En una modalidad alternativa, el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón puede descender progresivamente a través de la zona de reacción por un medio de transferencia en forma de barrena, tornillo u otros modos conocidos por los expertos en la técnica.
El gas producto crudo fluye en una dirección perpendicular al flujo de carbón o catalizador soportado por carbón. Ventajosamente, de esta manera, las partículas de ceniza y/o carbón arrastradas en el gas producto crudo son transferidas y atrapadas por el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
Ventajosamente, un flujo de gas producto crudo relativamente bajo evitará el arrastre de partículas finas de carbón/ceniza en el mismo. Los flujos relativos de carbón o catalizador soportado por carbón y gas producto crudo se pueden regular para poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón durante un período de residencia que se define en la zona de reacción. Esto fomenta la eliminación de partículas en el producto gaseoso mediante el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
Al poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o los residuos alquitranados del catalizador soportado por carbón en el gas producto crudo se reforman con H2O, CO2 y/u otros agentes reformadores presentes en el gas producto crudo para producir un gas producto adicional que comprende principalmente COx (donde x es 1, 2) y H2. Estas reacciones de reformado son catalizadas por el carbón o el catalizador soportado por carbón. Ventajosamente, los compuestos formadores de contaminantes tales como HCN, H2S y NH3 y los compuestos contaminantes tales como NOx y SOx en el gas producto se pueden reducir a N2 o fijar como sulfuros metálicos en el carbón residual o catalizador. La alta temperatura del gas producto también satisface las demandas de energía de las reacciones de reformado volátil endotérmicas. Ventajosamente, por lo tanto, parte del calor sensible del gas producto crudo que se produce en el gasificador se recupera en energía química en forma de gas producto adicional.
Poner en contacto el gas producto crudo con el carbón o el catalizador soportado por carbón gasifica parcial o completamente el carbón o el catalizador soportado por carbón para producir gas producto adicional y cenizas. Las cenizas (y el carbón parcialmente gasificado), incluidas las presentes en el gas producto crudo antes de entrar en la zona de reacción y las producidas en la zona de reacción, se pueden descargar de la zona de reacción por medio de un dispositivo de descarga de sólidos en forma de tolva cerrada u otros dispositivos adecuados conocidos por los expertos en la técnica. De esta forma, no surgen corrientes de desechos sólidos o líquidos adicionales del tratamiento del gas producto contaminado como se describe anteriormente.
Generalmente, el gas producto crudo sale de un gasificador donde se produce a una temperatura relativamente alta, por ejemplo, a 800 °C o más. Independientemente de su temperatura inicial, el contacto con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón reduce la temperatura del gas producto a una temperatura entre alrededor de 700 °C a alrededor de 750 °C. Se apreciará que la temperatura del gas producto dependerá de la reactividad de gasificación del carbón o del catalizador soportado por carbón. Ventajosamente, poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de carbón o catalizador soportado por carbón regula la temperatura del gas producto crudo y amortiguará cualquier aumento de temperatura (por ejemplo, accidental) en el gasificador donde se produce el gas producto crudo.
Después de poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de carbón o catalizador soportado por carbón, el proceso implica enfriar el gas producto resultante mediante transferencia de calor con un medio de intercambio de calor fluido en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido. Generalmente, dicho gas producto se enfría a menos de 250 °C, por ejemplo a menos de 200 °C, a su paso.
El carbón puede ser del mismo tipo que el carbón o el catalizador soportado por carbón empleado en la etapa a) del proceso. Alternativamente, en la etapa de enfriamiento se puede emplear cualquier medio adsorbente adecuado, ya sea solo o en combinación con carbón. Los ejemplos de medios adsorbentes adecuados incluyen, pero no se limitan a, carbón activado, alúmina, sílice o zeolitas.
Aunque poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de carbón o catalizador soportado por carbón eliminará los contaminantes orgánicos, como los residuos alquitranados, en virtud de las reacciones de reformado, el gas producto resultante aún puede contener algunos contaminantes orgánicos e inorgánicos. Posteriormente, el enfriamiento del gas producto en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido elimina los contaminantes orgánicos e inorgánicos del mismo al condensar dichos contaminantes orgánicos e inorgánicos, como AAEM volatilizados, y otras especies inorgánicas/metálicas, en la superficie del carbón o medio adsorbente a una temperatura adecuada. Las partículas arrastradas en el gas producto, como las partículas de ceniza submicrónicas, son capturadas por el carbón o el medio adsorbente. Otros contaminantes inorgánicos tales como NH3, H2S y otros compuestos que contienen N-, Cl- o S- se descomponen, absorben o adsorben a través del contacto con el carbón o el medio adsorbente. Ventajosamente, los AAEM pueden mejorar la reactividad del carbón. En consecuencia, el proceso proporciona un medio por el cual los contaminantes inorgánicos del gas producto crudo que se genera a partir de materiales carbonosos de bajo rango se pueden usar convenientemente para mejorar la capacidad del carbón gastado para que se use como fertilizante.
Los contaminantes orgánicos residuales en el gas producto, incluidos algunos tipos de residuos alquitranados, en particular los sistemas de anillos aromáticos (por ejemplo, naftaleno), pueden ser resistentes al reformado catalítico en la primera etapa del proceso. El enfriamiento del gas producto en presencia de carbón o de un medio adsorbente sólido hace que estos residuos orgánicos refractarios se condensen en la superficie y/o en los poros del carbón o del medio adsorbente.
En una modalidad, enfriar el gas producto resultante comprende hacer pasar dicho gas producto a través de un intercambiador de calor dispuesto para albergar un lecho de carbón o el medio adsorbente sólido. La condensación de compuestos orgánicos e inorgánicos ocurre preferentemente en la superficie o en los poros del carbón o medio adsorbente sólido en relación con la superficie del intercambiador de calor debido a la mayor área superficial del carbón (o medio adsorbente sólido) y debido a la acción capilar en los poros. Ventajosamente, los contaminantes orgánicos e inorgánicos se condensan a una temperatura mucho más alta en los poros del carbón o del medio adsorbente sólido que en la superficie del intercambiador de calor. En consecuencia, hay una reducción en el laminado de la superficie del intercambiador de calor que normalmente es un problema notorio para los intercambiadores de calor empleados para recuperar calor del gas producto crudo u otro gas "sucio" como el gas de combustión.
El calor sensible de dicho producto gaseoso se puede recuperar mediante intercambio de calor con el medio de intercambio de calor en el intercambiador de calor. El medio de intercambio de calor puede ser un gas o un líquido (incluidas las sales fundidas), como el aire (por consideraciones económicas). El medio de intercambio de calor calentado resultante se puede usar posteriormente para el calentamiento de procesos en otra parte de la planta, incluido el secado de biomasa u otro material carbonoso, el calentamiento en el pirolizador o el gasificador, etcétera. Se apreciará que el carbón o el medio adsorbente sólido pueden sufrir una regeneración periódica mediante desorción de los materiales alquitranados orgánicos y los compuestos aromáticos a temperaturas elevadas. La abundante estructura porosa en el carbón o adsorbente significa que es probable que un lote de carbón funcione durante un período de tiempo considerable antes de que requiera regeneración. Es menos probable que los contaminantes inorgánicos adsorbidos se eliminen mediante regeneración. En consecuencia, será necesario reemplazar el carbón de vez en cuando, pero generalmente solo después de un largo período de funcionamiento. El carbón gastado, después de que se somete a la desorción para eliminar los contaminantes orgánicos volátiles, se puede devolver al campo como mejorador del suelo o fertilizante. Alternativamente, el carbón gastado se puede gasificar para recuperar su valor energético.
A continuación se describirán dos modalidades del aparato 10, 10' para limpiar gas producto crudo con referencia a las Figuras 1 y 2a, 2b así como también 3, respectivamente.
Haciendo referencia a la Figura 1, el aparato 10 incluye un primer recipiente 12 que tiene una zona de reacción definida en él y un segundo recipiente 14 que tiene una zona de enfriamiento definida en él. El primer recipiente 12 está en comunicación fluida con el segundo recipiente 14.
En esta modalidad particular, la zona de reacción en el primer recipiente 12 está definida por una columna de lados verticales formada por mallas 16 y 18. Las mallas también pueden ser placas perforadas. En modalidades alternativas, una o ambas mallas (placas perforadas) están ausentes y todo el recipiente es la zona de reacción. Extendiéndose desde un extremo superior de la columna hay una porción cónica superior 20 que está provista de una entrada 22 para introducir un flujo continuo de carbón o catalizador soportado por carbón a través de un dispositivo de alimentación 24 desde una tolva.
Extendiéndose desde el extremo inferior de la columna de malla hay una porción cónica inferior 28 que está provista de una salida 30 para descargar ceniza y catalizador gastado o sus combinaciones mediante un descargador 32. El descargador 32 está en comunicación fluida con la salida 30 de la porción cónica inferior 28, y puede comprender una válvula rotatoria o un dispositivo similar para minimizar los bloqueos y controlar el caudal de carbón o catalizador soportado por carbón a través del primer recipiente 12.
El primer recipiente 12 está provisto de una entrada 34 para el gas producto crudo dispuesta en comunicación fluida con un gasificador (no mostrado) y una salida 36 en comunicación fluida con el segundo recipiente 14 para retirar el gas producto tratado en la zona de reacción.
La entrada 34, y opcionalmente la salida 36, están provistas de una unidad de guía 38 para dirigir el gas producto crudo para que fluya en una dirección sustancialmente perpendicular a la columna. Ventajosamente, las partículas finas de ceniza arrastradas en el gas producto crudo son capturadas por el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón en la columna.
Se apreciará que la forma y el tamaño del primer recipiente 12 se adaptarán para proporcionar un área de sección transversal relativamente grande para maximizar las interacciones gas-sólido y capturar las partículas finas en el gas producto crudo. Además, la velocidad del flujo de gas producto crudo se regula para que sea relativamente baja para permitir un tiempo de residencia suficiente en la zona de reacción.
En general, el segundo recipiente 14 comprende un recipiente cilindrico que tiene una base que se estrecha hacia el interior adaptada para alojar un intercambiador de calor 55, tal como un intercambiador de calor en espiral, en un lecho 40 de carbón o medio adsorbente sólido. También se pueden usar otros tipos de intercambiadores de calor. Se apreciará que el carbón o medio adsorbente sólido se intercala uniformemente y se distribuye entre los serpentines del intercambiador de calor en espiral. Se proporciona una entrada 42 dispuesta centralmente en un extremo superior 44 del segundo recipiente 14 para cargar y descargar el segundo recipiente 14 con carbón o medio adsorbente sólido. También se pueden usar otros medios para descargar el carbón o el medio adsorbente que se conoce por los expertos en la técnica. Alternativamente, el carbón o medio adsorbente sólido se pueden descargar desde una salida (no mostrada) en la porción inferior del recipiente 14.
El segundo recipiente 14 está provisto de una entrada 46 para gas producto que ha sido tratado en el primer recipiente 12 y una salida 48 para extraer gas producto limpio. La entrada 46 está dispuesta en una pared lateral 50 del segundo recipiente 14, próxima al extremo superior del mismo, y está en comunicación fluida con la salida 36 del primer recipiente 12. La salida 48 se proporciona en un vértice 52 de la base que se estrecha hacia adentro del segundo recipiente 14. Las partículas sólidas grandes se pueden empaquetar en el vértice para evitar que el carbón o medio adsorbente sólido se escapen del recipiente a través de la salida 48.
El segundo recipiente 14 también está provisto de una entrada 54 en comunicación fluida con los serpentines del intercambiador de calor 55 para recibir un medio de intercambio de calor y una salida 56 en comunicación fluida con los serpentines del intercambiador de calor 55 para descargar un medio de intercambio de calor calentado.
En uso, el gas producto crudo de un gasificador, que contiene contaminantes orgánicos e inorgánicos como se describió anteriormente, se recibe en la entrada 34 del primer recipiente 12 y es dirigido por la unidad de guía 38 en una dirección de flujo sustancialmente perpendicular a través de una columna sustancialmente vertical entre mallas 16 y 18 que contiene un flujo descendente de carbón o catalizador soportado por carbón a través de la misma. El flujo descendente de carbón o catalizador soportado por carbón se establece al alimentar mediante carbón vegetal o catalizador soportado por carbón en la entrada 22 en la porción superior 20 de la columna de malla 16 y descargar carbón parcialmente gasificado o catalizador soportado por carbón, ceniza o sus mezclas a través de la salida 30 en la porción inferior 28 de la columna por medio del dispositivo de descarga 32.
El gas producto resultante luego se extrae del primer recipiente 12 a través de la salida 36 y se recibe en el segundo recipiente 14 a través de la entrada 46. Dicho gas producto pasa a través (fuera de) el intercambiador de calor en espiral 55 que se incrusta en un lecho 40 de carbón o medio adsorbente sólido para enfriar progresivamente el gas producto resultante desde una temperatura en un rango de alrededor de 700 °C a alrededor de 750 °C a una temperatura de menos de 250 °C, como por ejemplo menos de 200 °C, en la salida 48 del segundo recipiente 14. A medida que el gas producto se enfría, los contaminantes orgánicos e inorgánicos residuales en el gas producto se condensan o son atrapados por el carbón o el medio adsorbente sólido y el calor sensible del gas producto se transfiere al medio de intercambio de calor que fluye a través del intercambiador de calor en espiral 55.
Se hace referencia a las Figuras 2a y 2b, el aparato 10' incluye un recipiente 58 que tiene definida en él una zona de reacción y una zona de enfriamiento. El recipiente 58 tiene una porción superior 60, una primera porción inferior 62 que se separa de una segunda porción inferior 64, y una porción intermedia 66 dispuesta sustancialmente horizontalmente a lo largo del recipiente 58 entre la porción superior 60 y la primera y segunda porciones inferiores 62, 64. El recipiente 58 también está provisto de una entrada 68 para gas producto crudo dispuesta en comunicación fluida con un gasificador (no mostrado) y una salida 70 para extraer gas producto limpio en el recipiente 58. La entrada 68 y la salida 70 están dispuestas en respectivos extremos opuestos 72, 74 de la porción intermedia 66. El recipiente 58 está configurado para obligar al gas de producto crudo a fluir en una dirección horizontal general desde la entrada 68 a lo largo de la porción intermedia 66 hasta la salida 70.
La porción superior 60 del recipiente 58 define un vacío provisto de una pluralidad de deflectores 76 configurados para restringir el flujo de gas en la porción superior 60. La porción superior 60 también está provista de un alimentador 78 en forma de un alimentador de rejilla o "alimentador de fugas" para alimentar carbón al recipiente 58 como se describirá más adelante. En uso, el vacío en la porción superior 60 se llena con carbón o catalizador soportado por carbón u otros tipos de catalizadores o sus mezclas.
Las porciones inferiores primera y segunda 62, 64 están dispuestas próximas a los respectivos extremos opuestos 72, 74 de la porción intermedia 66. Las porciones inferiores primera y segunda 62, 64 generalmente se estrechan hacia abajo para dirigir los flujos respectivos de carbón gasificado, ceniza o sus mezcla y carbón gastado a las salidas de descarga 80, 82, como se describirá más adelante. Las salidas de descarga 80, 82 pueden estar provistas de cualquier dispositivo de descarga adecuado, tal como una tolva cerrada. Las porciones inferiores primera y segunda 62, 64 también pueden estar provistas de una pluralidad de deflectores 84 configurados para restringir el flujo de gas en su interior.
La porción intermedia 66 está provista de una pluralidad de placas de intercambio de calor o deflectores 86 a través de los cuales fluye un medio de intercambio de calor (por ejemplo, aire). Una o más entradas 88 para el medio de intercambio de calor pueden estar dispuestas próximas a la salida 70 para el gas producto limpio. Una o más salidas 90 para el medio de intercambio de calor pueden estar dispuestas próximas a la entrada 68 para el gas producto crudo. En consecuencia, esta disposición particular proporciona un flujo a contracorriente del medio de intercambio de calor con respecto al flujo de gas producto crudo. También es posible una disposición de flujo a favor de la corriente.
En esta modalidad particular, el recipiente 58 también alberga un lecho de carbón o catalizador soportado por carbón intercalado entre las placas de intercambio de calor o deflectores 86.
Las placas de intercambio de calor o deflectores 86 (ver Detalle A) están configuradas para lograr áreas de superficie de intercambio de calor altas. En la Figura 2, el medio de intercambio de calor que ingresa al recipiente 58 a través de las entradas 88 se divide en una pluralidad de subcorrientes (4 subcorrientes mostradas en el ejemplo de la Figura 2). Cada subcorriente de medio de intercambio de calor pasa a través de una serie de placas huecas paralelas interconectadas y espaciadas. Se proporciona un deflector dentro de cada placa hueca. Los deflectores y las paredes de las placas huecas definen un paso tortuoso (en forma de U) para aumentar el área superficial de transferencia de calor y el coeficiente de transferencia de calor para dar como resultado una tasa de transferencia de calor mejorada. Las partículas adsorbentes sólidas o carbonizadas llenan los espacios entre las placas huecas. El gas producto fluye a través de un pasaje de muchas vueltas a medida que fluye a través del lecho de carbón o medio adsorbente sólido. Las placas huecas cerca de la pared del recipiente tienen la mitad de ancho que las del interior. La pared del recipiente forma parte de las placas huecas.
En uso, carbón, adsorbente o sus mezclas, se introduce en el recipiente 58 a través del alimentador 78 en la porción superior 60 del recipiente 58 y desciende por gravedad en la porción intermedia 66.
La zona de reacción del recipiente 58 se define en un área en y próxima a la entrada 68 para recibir el gas producto crudo caliente en la porción intermedia 66, donde hay una gasificación/consumo significativo de carbón y residuos alquitranados y se eliminan otros contaminantes orgánicos del gas producto crudo mediante reacciones de reformación catalítico con los agentes reformadores (tales como H2O y CO2) en el gas producto. Algunos contaminantes inorgánicos tales como NH3/H2S/HCN/HCl y SOx/NOx también se destruyen o fijan en el carbón o catalizador. Las partículas en el gas producto crudo también son atrapadas, al menos parcialmente, por el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón.
La ceniza, el carbón parcialmente gasificado o una mezcla de ambos descienden lentamente a la primera porción inferior 62 y se descarga a través de la salida de descarga 80. El consumo de carbón en la porción intermedia 66 se compensa (es decir, se repone) mediante un flujo de carbón desde la porción superior 60 del recipiente 58.
A medida que el gas producto crudo pasa a través de las placas de intercambio de calor o deflectores 86 de la porción intermedia 66, dicho gas se enfría progresivamente y cesa la gasificación. La zona de enfriamiento del recipiente 58 se define así como la porción de la porción intermedia 66 donde el carbón generalmente adsorbe los contaminantes orgánicos e inorgánicos condensados del gas producto crudo y filtra las partículas finas en el gas producto crudo. Se apreciará que el carbón no se consume sustancialmente en la zona de enfriamiento del recipiente 58 y, por lo tanto, comprende un lecho de carbón que se mueve lentamente o un catalizador soportado por carbón. El carbón gastado se puede descargar lento y continua o intermitentemente desde la salida de descarga 82 de la segunda porción inferior 64 del recipiente 58. El carbón gastado se puede regenerar para volver a volatilizar los residuos alquitranados y devolver al recipiente 58. Alternativamente, el carbón gastado se puede gasificar para recuperar sus valores energéticos.
El carbón gastado regenerado también contiene abundantes especies de AAEM y otros nutrientes inorgánicos, y se puede devolver fácilmente al suelo como mejorador del suelo. El reciclaje del carbón vegetal de esta manera tiene dos ventajas importantes: (1) el retorno de los nutrientes inorgánicos del carbón al campo, y (2) el secuestro de carbono, lo que reduce las emisiones de carbono de procesos como la conversión de combustible y la generación de energía. Estos factores son importantes para el desarrollo sostenible de las comunidades rurales y regionales a largo plazo.
Como se describió anteriormente en detalle, las modalidades de la presente invención proporcionan un método de limpieza de gas caliente eficiente, especialmente para la gasificación de materiales carbonosos de bajo rango, para fabricar gas producto de calidad relativamente alta para propósitos tales como generación de electricidad, producción de calor y síntesis de químicos/combustibles.
Las modalidades de la presente invención pueden aumentar el contenido de hidrógeno en el gas producto.
También se apreciará que el calor sensible del gas producto se puede usar eficientemente en un intercambiador de calor indirecto con otras corrientes de proceso en la presente invención antes de que dichas corrientes se usen en una planta de gasificación.
Alternativamente, el calor sensible del gas producto se puede usar para secar o pirolizar el material carbonoso antes de experimentar la gasificación.
Con referencia a la Figura 3, se muestra una modalidad de un sistema de gasificación 100. El sistema de gasificación 100 incluye un secador 110 para secar material carbonoso, como biomasa, un pirolizador 120 para calentar y pirolizar el material carbonoso seco o parcialmente seco y producir carbón y volátiles, un gasificador 130 para gasificar el carbón y reformar los volátiles para producir un gas producto crudo, y el aparato para limpiar gas producto crudo 10 o 10' como se ha descrito anteriormente. Dicho aparato 10 o 10' está dispuesto en comunicación fluida con el gasificador 130 para recibir y limpiar el gas producto crudo.
El sistema de gasificación 100 se puede emplear como se describe a continuación.
La biomasa (o un material carbonoso alternativo o su mezcla) se transfiere desde una tolva de almacenamiento 102, por ejemplo, a través de un elevador de cangilones 104 que se dispone para alimentar biomasa al secador 110. El secador 110 emplea una corriente de aire caliente para secar la biomasa. La corriente de aire caliente puede comprender corrientes de calor residual derivadas de cualquiera de los diversos componentes del sistema de gasificación 100 (especialmente el escape del pirolizador 120) o equipo aguas abajo (por ejemplo, el escape del motor de gas). Alternativamente, y en particular en el modo de puesta en marcha, la corriente de aire caliente se puede derivar de la combustión (por ejemplo, de gas natural con aire) en un calentador de aire directo 106.
La biomasa seca o parcialmente seca que sale del secador 110 se transfiere luego, por ejemplo, mediante un elevador de cangilones 108, a tolvas paralelas 112 (u otros tipos de tolvas). Un alimentador de tornillo 114 alimenta la biomasa seca de las tolvas paralelas 112 al pirolizador 120. Dicho alimentador de tornillo 114 no siempre es necesario porque el pirolizador 10 también puede actuar como un alimentador. El pirolizador 120 calienta la biomasa seca para producir volátiles (incluyendo vapor de agua) y partículas de carbón sólidas. La carga de calor para el pirolizador 120 se puede derivar de un medio de intercambio de calor fluido que se calienta a través del conducto 115 que se usa en el intercambiador de calor 55 (o 86) del aparato 10 (o 10') para limpiar gas producto crudo. Además, o alternativamente, el gas de combustión a través del conducto 116 desde el motor de gas 150 puede entregar parte o la totalidad de la carga de calor para el pirolizador 120.
El vapor y el aire se suministran al gasificador 130 a través de las líneas 118 y 122. Las partículas finas volátiles y arrastradas del pirolizador 120 ingresan al gasificador 130 a través del conducto 124. Las partículas de carbón salen del pirolizador 120 y se alimentan al gasificador 130 a través del alimentador de tornillo 126. El gasificador 130 puede estar provisto de un quemador auxiliar (no mostrado) que quema gas natural u otros combustibles para proporcionar una carga de calefacción adicional y/o en modo de puesta en marcha.
En otra modalidad, el pirolizador 120 se integra con el gasificador 130 en un solo recipiente y el conducto 124 y el alimentador 126 ya no son necesarios. Los productos de pirólisis salen del pirolizador y simultáneamente ingresan al gasificador 130.
Después de entrar en el gasificador 130, las partículas grandes de carbón descienden a una porción inferior 132 del gasificador 130 y los volátiles (y algunas partículas finas de carbón arrastrados) ascienden a una porción superior 134 del gasificador 130 donde experimentan reacciones de reformado. Las partículas de carbón reaccionan con una corriente de gas que contiene oxígeno, por ejemplo, en forma de aire, oxígeno diluido o puro, para producir principalmente monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2) junto con otros gases tales como el H2 que subsecuentemente ascienden a la porción superior del gasificador 130 y se mezclan con los volátiles y el gas reformado para producir un gas producto crudo. La separación de las reacciones de reformado volátil y la gasificación del carbón como se describe minimiza los efectos adversos de las interacciones volátil-carbón, lo que acelera de esta manera la gasificación del carbón. Esta disposición también minimiza el contacto innecesario de volátiles con el gas que contiene oxígeno para reducir el consumo del gas que contiene oxígeno.
En una modalidad, se proporciona un conducto (no mostrado) que conecta con el alimentador 126 dentro del gasificador para acercar las partículas de carbón a la parte inferior del gasificador. La porción inferior del gasificador tiene una forma cónica de modo que las partículas de carbón se mantienen dentro de la porción inferior del gasificador para asegurar que tengan una duración suficiente de tiempo de residencia para reaccionar con el oxígeno y otros agentes gasificantes. El ángulo cónico se puede calcular, mediante el uso de fórmulas conocidas por los expertos en la técnica o mediante el uso de un paquete de software de computadora (por ejemplo, un paquete de software de dinámica de fluidos computacional), a partir de la velocidad terminal de partículas finas (es decir, la evasión del arrastre de partículas finas) considerando también que su tiempo de residencia debe ser mayor que el tiempo de agotamiento bajo las condiciones percibidas. Los tamaños de las partículas finas a retener en esta región se eligen en base a la distribución del tamaño de partículas de las partículas de carbón, de modo que la mayoría de las partículas de carbón se retienen en la región para la reacción con oxígeno. Mientras que algunas partículas grandes de ceniza se descargan de la parte inferior del gasificador, las cenizas y las partículas finas de carbón sin quemar se arrastrarán a la porción superior 134 del gasificador y luego se transportarán al ciclón para su separación y recogida.
Para asegurar una ignición adecuada y el encendido de partículas en la porción inferior del gasificador, los agentes gasificantes de 118 y 122 se pueden precalentar antes de su entrada en el gasificador. Una de estas formas de precalentamiento es pasar los agentes gasificantes a través de un intercambiador de calor, por ejemplo, un tubo de intercambio de calor enrollado envuelto fuera o dentro de la pared del reactor gasificador. Esta disposición de intercambio de calor también contribuye a la regulación del perfil de temperatura de la porción inferior del gasificador. Además, la introducción de vapor en la porción inferior es otra forma de regular la temperatura de reacción en la porción baja del gasificador.
Las partículas grandes de carbón se pueden retirar de la porción inferior 132 del gasificador 130. El carbón se puede emplear en el aparato 10 o 10' para limpiar gas producto crudo, en la zona de reacción o en la zona de enfriamiento, como se ha descrito anteriormente.
El gas producto crudo sale del gasificador 130 a través del conducto 140 y entra en el ciclón 142 donde el gas producto crudo se separa de las partículas sólidas, principalmente carbón y cenizas.
El gas producto crudo entra luego en el aparato 10 o 10' y se trata como se ha descrito anteriormente. El gas producto limpio resultante se usará para diversos propósitos, tal como la generación de energía, la producción de hidrógeno y/o la síntesis de químicos/combustibles.
En la modalidad que se muestra en la Figura 3, el medio de intercambio de calor calentado del aparato 10 o 10' se envía al pirolizador 120 para satisfacer las demandas de energía para evaporar completamente la humedad residual en la biomasa, pirolizar la biomasa y craquear aún más los productos de pirólisis a temperaturas elevadas. Esta es una forma efectiva de recuperación de energía.
Las modalidades de la presente invención podrían mejorar la eficiencia de la gasificación. La tecnología se puede utilizar de forma adecuada, por ejemplo, en la industria química y energética.
Será fácilmente evidente para una persona experta en la técnica relevante que algunas modalidades de la presente invención pueden proporcionar ventajas sobre la técnica anterior que incluyen, pero no se limitan a, las siguientes:
• proporcionar un proceso de limpieza de gas producto crudo, especialmente para gas producto crudo que se produce a partir de materiales carbonosos de bajo rango, que reforma secuencialmente los residuos alquitranados a las temperaturas de salida más altas del gasificador, elimina partículas, destruye contaminantes o precursores de contaminantes y luego condensa y adsorbe el resto alquitrán y otros residuos orgánicos e inorgánicos (por ejemplo, AAEm ) en un lecho de carbón u otro medio adsorbente sólido a medida que se enfría el gas producto, y que recupera energía térmica en el gas producto crudo;
• minimizar la cantidad de residuos de alquitrán en el gas producto, un problema que surge comúnmente en la gasificación de materiales carbonosos de bajo rango, al reformar residuos de alquitrán con carbón o un catalizador soportado por carbón;
• minimizar las partículas finas en el gas producto;
• eliminar los AAEM volatilizados y las impurezas formadoras de contaminantes tales como NH3, HCN y H2S con el lecho de carbón o medio adsorbente sólido;
• el carbón gastado o el catalizador soportado por carbón se puede descargar, como una forma de eliminación, a la zona de gasificación del carbón en un gasificador y gasificarse, contribuyendo así a la producción de energía térmica en el gasificador sin generar una corriente adicional de desechos líquidos o sólidos;
• el carbón gastado o el catalizador soportado por carbón contiene abundantes especies AAEM y otros nutrientes inorgánicos y se puede devolver fácilmente al suelo como mejorador del suelo y para el secuestro de carbono;
• el calor sensible del gas producto crudo se puede convertir efectivamente (en parte) en energía química y luego se recupera mediante intercambio de calor con un medio de intercambio de calor;
• la recuperación del calor térmico del calor sensible del gas producto crudo se puede lograr sin ensuciar las superficies del intercambiador de calor.
Numerosas variaciones y modificaciones se sugerirán por sí mismas a los expertos en la técnica relevante, además de los ya descritos, sin que se aparte de los conceptos básicos de la invención como se define en las reivindicaciones. Todas estas variaciones y modificaciones se deben considerar dentro del alcance de la presente invención, cuya naturaleza se determinará a partir de la descripción anterior. Por ejemplo, se debe entender que las modalidades de esta invención se pueden poner en práctica y llevar a cabo de diversas formas tanto a escalas pequeñas (unos pocos megavatios o menos) como grandes (unos pocos cientos de megavatios).
También se entenderá que, si bien la descripción anterior se refiere a secuencias específicas de etapas de procesos, piezas de los aparatos y los equipos y su configuración se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente invención de ninguna manera.
En la descripción de la invención, excepto donde el contexto lo requiera de otra manera debido al lenguaje expreso o implicación necesaria, las palabras "comprenden" o variaciones tales como "comprende" o "que comprende" se usan en un sentido inclusivo, es decir, para especificar la presencia de las características indicadas, pero no para descartar la presencia o adición de características adicionales en varias modalidades de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para limpiar gas producto crudo que se produce por gasificación de un material carbonoso, el proceso comprende:
a) poner en contacto el gas producto crudo con un flujo de carbón o catalizador soportado por carbón para reformar los contaminantes orgánicos en el gas producto crudo y eliminar partículas, en donde el gas producto crudo fluye en una dirección perpendicular al flujo del catalizador; y
b) enfriar el gas producto resultante de la etapa a) mediante intercambio de calor con un medio de intercambio de calor en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido para condensar los contaminantes orgánicos restantes y los contaminantes inorgánicos en el carbón o medio adsorbente sólido y filtrar las partículas finas.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón comprende poner en contacto el gas producto crudo con el flujo de carbón o catalizador soportado por carbón en condiciones operativas en las que los residuos alquitranados y otros contaminantes en el gas producto crudo sufre reacciones de reformado y el carbón o el catalizador soportado por carbón sufre una gasificación parcial o completa.
3. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde enfriar el gas producto resultante de la etapa a) en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido comprende pasar el gas producto resultante a través de un intercambiador de calor (55) dispuesto para albergar un lecho (40) de carbón o el medio adsorbente sólido.
4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el gas producto resultante pasa a través del lecho (40) de carbón o medio adsorbente sólido y residuos alquitranados, otros contaminantes orgánicos condensables restantes en el gas producto resultante se condensan en la superficie del carbón o del medio adsorbente y las partículas finas restantes se filtran.
5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en donde el calor sensible del gas producto resultante se recupera mediante intercambio de calor con el medio de intercambio de calor en el intercambiador de calor (55).
6. Un aparato (10; 10') que comprende:
una zona de reacción dispuesta en comunicación fluida con un gasificador (130) para producir un gas producto crudo, en uso un flujo de carbón o catalizador soportado por carbón que pasa a través de al menos una porción de la zona de reacción y la zona de reacción en uso que recibe el gas producto crudo del gasificador (130) que se pone en contacto con el flujo de catalizador, en donde la zona de reacción está adaptada para permitir que el gas producto crudo fluya en una dirección perpendicular al flujo de catalizador; y
una zona de enfriamiento en uso que alberga un lecho (40) de material de carbón o adsorbente, la zona de enfriamiento está configurada en comunicación fluida con la zona de reacción, en donde en uso el gas producto crudo de la zona de reacción es recibido, y enfriado dentro de la zona de enfriamiento mediante intercambio de calor con un medio de intercambio de calor fluido en presencia de carbón o un medio adsorbente sólido.
7. El aparato (10; 10') de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la zona de reacción está provista de una entrada (22) y una salida (30) para el flujo de catalizador, en donde la zona de reacción está adaptada para permitir el flujo de catalizador en una dirección vertical bajo alimentación por gravedad, en donde la salida (30) para el flujo de catalizador está dispuesta en una porción inferior de la zona de reacción, y en donde la zona de reacción está provista además de un dispositivo de descarga de cenizas (32) conectado operativamente a la salida (30) para el flujo de cenizas o catalizador gastado.
8. El aparato (10; 10') de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde el aparato (10') comprende un recipiente (58) que tiene definidas la zona de reacción y la zona de enfriamiento.
9. El aparato (10; 10') de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde el aparato (10) comprende un primer recipiente (12) que tiene definida la zona de reacción y un segundo recipiente (14) que tiene definida la zona de enfriamiento.
10. El aparato (10; 10') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde la zona de enfriamiento está provista de entradas (54) y salidas (56) para un fluido que se usa para regenerar el carbón o medio adsorbente sólido.
11. Un sistema de gasificación (100) para producir gas producto a partir de un material carbonoso que comprende:
un gasificador (130) para gasificar material carbonoso para producir un gas producto crudo; un aparato (10; 10') para limpiar gas producto crudo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, dicho aparato (10; 10') está dispuesto en comunicación fluida con el gasificador (130) para recibir y limpiar el gas producto crudo; y un pirolizador (120) configurado en comunicación fluida con y aguas arriba del gasificador (130) en una disposición en la que el gasificador (130) recibe productos de pirólisis del pirolizador (120), el pirolizador (120) está dispuesto en comunicación fluida con dicha zona de enfriamiento de dicho aparato (10; 10') para recibir dicho medio de intercambio de calor fluido para calentar dicho material carbonoso en dicho pirolizador (120).
12. El sistema de gasificación (100) de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el pirolizador (120) está integrado con el gasificador (130).
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