ES2936282T3 - Unidad de desplazamiento de CO para convertir residuos sólidos en gas de síntesis - Google Patents

Unidad de desplazamiento de CO para convertir residuos sólidos en gas de síntesis Download PDF

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Abstract

La unidad de cambio de CO 500 como parte de la planta 1 para convertir residuos sólidos en una corriente de gas de producto que comprende hidrógeno permite un uso eficiente de la energía térmica a baja temperatura en la unidad de recuperación de calor a baja temperatura 524 para calentar corrientes de agua de proceso utilizadas en la planta 1. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de desplazamiento de CO para convertir residuos sólidos en gas de síntesis
El objeto de la presente invención es un método para la conversión de desechos sólidos en gas de síntesis utilizando una unidad de desplazamiento de CO y una planta respectiva.
Los residuos sólidos urbanos (RSU) se generan en todo el mundo y deben ser tratados. En el hemisferio occidental, los desechos sólidos urbanos se depositan en vertederos o se incineran. La incineración se centra en maximizar el uso del contenido energético de los residuos sólidos urbanos en contraste con el reciclaje o la reutilización del contenido de los residuos sólidos urbanos a escala molecular como, p. ej., en el reciclaje químico. La incineración genera problemas en cuanto a la emisión de contaminantes a la atmósfera lo que se traduce, dependiendo de la legislación nacional o incluso local, en importantes esfuerzos tecnológicos necesarios para cumplir con las limitaciones previstas por la legislación nacional/local. Además, los productos generados por la incineración, p. ej., las cenizas volantes, las cenizas de fondo, el yeso y el carbón activo cargado de metales pesados y/o dioxinas crean nuevos desafíos con respecto a su uso y/o procesamiento posterior. Además, el desperdicio de eficiencia energética, es decir, la cantidad de valor calórico transferido a la energía térmica es bajo y normalmente está en un intervalo de 20 a 25%.
Cuando se desea el reciclaje químico, a menudo es necesario mejorar el rendimiento, es decir, el resultado final de las sustancias químicas que se pueden utilizar y/o la eficiencia energética es inapropiada. Con frecuencia, se genera un gas que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, p. ej., por pirólisis o similar. Para aumentar la cantidad de hidrógeno en la corriente de producto, podría usarse una reacción de desplazamiento de CO como se sabe, p. ej., del documento US 2009/0077892 A1. Para optimizar la producción de hidrógeno, es necesario un gran exceso de suministro de vapor de agua, lo que da como resultado grandes cantidades de agua en el gas producto de la reacción de desplazamiento de CO. Cuando este gas producto se enfría, se produce una cantidad considerable de condensación y, por lo tanto, grandes cantidades de calor de bajo nivel en el tren de enfriamiento, mientras que el gas producto se enfría a temperatura ambiente. La mayor parte de esta energía suele desecharse, lo que se traduce en una baja eficiencia energética. Por lo tanto, un objeto de la presente invención es superar los inconvenientes de la técnica anterior a este respecto.
Los documentos WO 2007/103467 A2 y US 8 268 023 B2 muestran aparatos y procesos para recuperar calor procedente del gas de síntesis desplazado.
Este objeto se soluciona mediante las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones preferidas de la invención.
De acuerdo con el método para aumentar el contenido de hidrógeno en la corriente de gas producto de la torrefacción de gránulos de combustible sólido recuperado (CSR) según la presente invención, los gránulos de combustible sólido recuperado se torrefactan formando gránulos carbonizados mientras se genera gas de torrefacción, que se convierte en gas de síntesis de torrefacción que comprende hidrógeno y monóxido de carbono, en donde una corriente de gas de síntesis que comprende el gas de síntesis de torrefacción se proporciona a una unidad de desplazamiento de CO para hacer reaccionar al menos una parte del monóxido de carbono con vapor de agua para formar dióxido de carbono e hidrógeno generando gas de síntesis desplazado, en donde el gas de síntesis desplazado se proporciona aguas abajo de la unidad de desplazamiento de CO a una unidad de recuperación de calor a baja temperatura en la que el gas de síntesis desplazado se guía a través de al menos dos intercambiadores de calor en los que el gas de síntesis desplazado está en intercambio térmico con al menos dos corrientes de agua que se utilizan aguas abajo de los respectivos intercambiadores de calor como agua de proceso durante la producción de la corriente de gas producto para calentar dichas, al menos dos, corrientes de agua.
La expresión gas de síntesis se entiende a lo largo de este documento como un gas que comprende hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono. Los pellets de combustibles sólidos recuperados se generan a partir de residuos sólidos que comprenden residuos sólidos urbanos. El término torrefacción se entiende como una oxidación subestequiométrica de los gránulos de combustible sólido recuperado para generar un gas de síntesis crudo que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. Los gránulos carbonizados resultantes se gasifican preferiblemente en una unidad de gasificación que crea gas de síntesis. El gas de síntesis de torrefacción que comprende hidrógeno y monóxido de carbono que se genera, p. ej., mediante craqueo térmico del gas de torrefacción generado durante la torrefacción de los gránulos de combustible sólido recuperado se proporciona a una unidad de desplazamiento de CO, preferiblemente en combinación con el gas de síntesis generado durante el proceso de gasificación. La unidad de desplazamiento de CO, que es preferiblemente una unidad de desplazamiento de CO de dos etapas que comprende una unidad de desplazamiento de CO de alta temperatura y una unidad de desplazamiento de CO de baja temperatura, se usa para apoyar la reacción de desplazamiento de monóxido de carbono (CO) en la que el monóxido de carbono y el vapor de agua reaccionan para formar dióxido de carbono e hidrógeno.
Aguas abajo de la unidad de desplazamiento de CO, el gas de síntesis desplazado resultante tiene una temperatura superior a la temperatura ambiente, según se requiere, al ajustar el equilibrio químico en la unidad de desplazamiento de CO. Por ejemplo, en una unidad de desplazamiento de CO de dos etapas, el gas de síntesis entra en el reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura a una temperatura de aproximadamente 270 °C y sale del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura a una temperatura de aproximadamente 240 °C. Por lo tanto, el gas de síntesis desplazado debe enfriarse antes de poder almacenarse y/o procesarse, es decir, utilizarse como materia prima y/o como medio de almacenamiento de energía o suministrarse a una unidad de limpieza de gas en la que el hidrógeno se separa del resto del gas de síntesis desplazado, que se purga como gas de purga. Durante el enfriamiento del gas de síntesis desplazado, el vapor de agua que todavía está presente en el gas de síntesis desplazado se condensará tan pronto como la temperatura esté por debajo del punto de rocío. Luego, se libera una cantidad significativa de energía térmica en forma de energía de condensación.
De acuerdo con la presente invención, el contenido de energía térmica del gas de síntesis desplazado antes de ingresar a la unidad de recuperación de calor a baja temperatura no se desecha al ambiente mediante, p. ej., un enfriador de aire o agua, pero se utiliza para calentar al menos dos corrientes de agua de proceso utilizadas para la producción del gas producto. Las al menos dos corrientes de agua producto están preferiblemente en estado líquido y/o gaseoso, es decir, agua líquida y/o vapor de agua.
La corriente de agua de producto respectiva es, por ejemplo, una corriente de agua de proceso utilizada para aumentar el contenido de vapor de la torrefacción u otro gas de síntesis antes de ingresar a la unidad de desplazamiento de CO. Alternativamente, o acumulativamente, la corriente de agua de proceso se usa durante la gasificación de los gránulos carbonizados en una unidad de gasificación, que realiza preferiblemente una gasificación de flujo arrastrado de los gránulos carbonizados. Alternativamente, o acumulativamente, se calienta el agua de alimentación de la caldera para la generación de vapor a alta presión. Preferiblemente, la generación de vapor a alta presión se maximiza a expensas de la generación de vapor de agua a baja presión. La expresión vapor a alta presión se entiende a lo largo de este documento que comprende presiones en el intervalo de 80 bares a 140 bares, mientras que el vapor a baja presión se entiende a lo largo de este documento que comprende presiones de aproximadamente 3 bares a 12 bares. La expresión presión media a lo largo de este documento se entiende que comprende presiones de alrededor de 18 bares a 43 bares.
De acuerdo con una realización preferida, el gas de síntesis desplazado se proporciona a una unidad de limpieza de gas para generar una corriente de gas producto de hidrógeno, preferiblemente con un contenido de hidrógeno de 99,5% en volumen y más, mientras se genera un gas de purga,
en donde tanto el gas de purga como el gas de síntesis de torrefacción se comprimen y comúnmente se introducen en una columna de saturación para aumentar el contenido de agua en la corriente de gas de síntesis aguas arriba de la unidad de desplazamiento de CO.
Esto permite ajustar fácilmente el contenido de agua en el gas de síntesis proporcionado a la unidad de desplazamiento de CO. Al mezclar el gas de purga con el gas de síntesis de torrefacción, se garantiza que no se perderá monóxido de carbono y/o posiblemente hidrógeno presente en el gas de purga.
De acuerdo con una realización, una primera corriente de gas de síntesis generada por la gasificación de los gránulos carbonizados se proporciona a una unidad de lavado a alta presión para aumentar el contenido de agua en una corriente de gas de síntesis limpia.
El uso de la unidad de lavado de alta presión permite, por un lado, reducir contaminantes como compuestos de hidrógeno y carbono de cadena larga en la primera corriente de gas de síntesis y, por otro lado, permite introducir humedad en la corriente de gas de síntesis limpia, lo que permite ajustar el contenido de agua de la corriente de gas que entra en la unidad de desplazamiento de CO con precisión.
De acuerdo con una realización, el gas de síntesis desplazado se enfría en la unidad de recuperación de calor a baja temperatura poniéndolo en contacto térmico con al menos una de las siguientes corrientes de agua:
a) una corriente de agua de proceso utilizada para la humidificación de la corriente de gas de síntesis que ingresa a la unidad de desplazamiento de CO;
b) un agua de alimentación para la gasificación de los gránulos carbonizados, en particular para enfriar; y
c) agua de caldera para producir vapor a alta presión.
En particular, si también se realiza la etapa c) y al menos una de las etapas a) y b), el proceso se controla de manera que se prioriza la generación de vapor a alta presión para aumentar el rendimiento energético de todo el proceso de producción de una corriente de gas producto que comprende hidrógeno procedente de gránulos de combustible sólido recuperado. Preferiblemente, cada corriente de agua pasa a través de al menos un intercambiador de calor que está dispuesto de manera que se hace el uso más eficiente del contenido de energía térmica del gas de síntesis desplazado.
De acuerdo con una realización de los intercambiadores de calor de la unidad de recuperación de calor a baja temperatura, la presión del agua de proceso es mayor que la presión del gas de síntesis desplazado. Esto garantiza que no penetre gas de síntesis en la corriente de agua respectiva en caso de una fuga en el intercambiador de calor respectivo.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se propone una planta para la conversión de residuos sólidos proporcionados como gránulos de combustible sólido recuperado en una corriente de gas producto rica en hidrógeno, que comprende
una unidad de torrefacción a la que se pueden alimentar los gránulos de combustible sólido recuperado, a partir de la cual se pueden producir un gas de torrefacción y gránulos carbonizados;
una unidad de procesamiento de gas de torrefacción en la que el gas de torrefacción se convierte en gas de síntesis de torrefacción;
una unidad de desplazamiento de CO aguas abajo de la unidad de torrefacción que se puede proporcionar con una corriente de gas de síntesis combinada, que comprende al menos el gas de síntesis de torrefacción y en la que se puede producir un gas de síntesis desplazado; y
una unidad de recuperación de calor a baja temperatura aguas abajo de la unidad de desplazamiento de CO que se puede proporcionar con el gas de síntesis desplazado, comprendiendo dicha unidad de recuperación de calor a baja temperatura al menos dos intercambiadores de calor, cada uno de los cuales se puede proporcionar con el gas de síntesis desplazado y una corriente de agua de proceso para aumentar la temperatura de las corrientes de agua de proceso.
Esto permite el uso eficiente del calor a baja temperatura en el gas de síntesis desplazado para calentar las corrientes de agua de proceso utilizadas en la producción de la corriente de gas producto a partir de gránulos de combustible sólido recuperado. Los componentes de la planta según la presente invención son preferiblemente adecuados y están destinados a realizar el método según la presente invención.
Según una realización, la unidad de recuperación de calor a baja temperatura incluye al menos dos de los siguientes intercambiadores de calor:
a) un segundo intercambiador de calor en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar el agua, en particular la utilizada en la unidad de gasificación;
b) un tercer intercambiador de calor en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar el agua para la generación de vapor a alta presión;
c) un cuarto intercambiador de calor en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar agua el agua utilizada en una columna de saturación para ajustar el contenido de agua al menos del gas de síntesis de torrefacción aguas arriba de la unidad de desplazamiento de CO;
d) un quinto intercambiador de calor en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar el agua para la generación de vapor a alta presión; y
e) un sexto intercambiador de calor en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar el agua, preferiblemente la utilizada en la unidad de gasificación.
Los dos o más de los intercambiadores de calor del segundo al sexto se disponen en el orden de su denotación con un nivel de temperatura decreciente del gas de síntesis desplazado. Por ejemplo, la temperatura del gas de síntesis desplazado que ingresa al primer intercambiador de calor es mayor que la temperatura del gas de síntesis desplazado que ingresa al tercer intercambiador de calor, etc. Esto permite un uso eficiente de la energía térmica del gas de síntesis desplazado mientras se enfría el gas de síntesis desplazado.
Según una realización, la planta comprende además una columna de saturación en la que es ajustable el contenido de agua de al menos el gas de síntesis de torrefacción. La columna de saturación es preferiblemente una unidad de lavado húmedo habitual en la que se proporciona agua en la cabeza de la columna y se extrae de un sumidero de la columna mientras la corriente de gas respectiva fluye contra la dirección del flujo del agua. Preferiblemente, la planta comprende una unidad de limpieza de gas aguas abajo de la unidad de recuperación a bajo calor, en la que el hidrógeno se separa mediante una unidad de adsorción por cambio de presión, generando un gas de purga, mientras que el gas de purga se proporciona a la columna de saturación en combinación con el gas de síntesis de torrefacción.
Cabe señalar que las características individuales especificadas en las reivindicaciones pueden combinarse entre sí de cualquier manera tecnológicamente razonable deseada y formar otras realizaciones de la invención. La memoria descriptiva, en particular junto con las figuras, explica la invención más detalladamente y especifica realizaciones particularmente preferidas de la invención. Las variantes especialmente preferidas de la invención y el campo técnico se explicarán ahora con más detalle en referencia a las figuras anexas. Cabe señalar que el ejemplo de realización mostrado en las figuras no pretende restringir la invención. Las figuras son esquemáticas y pueden no estar a escala. Las figuras muestran:
La Figura 1 una planta para la conversión de residuos sólidos en un gas que comprende hidrógeno que incluye una unidad de desplazamiento de monóxido de carbono; y
La Figura 2 una unidad de desplazamiento de monóxido de carbono.
La Figura 1 muestra esquemáticamente una planta 1 para la conversión de residuos sólidos en un gas que comprende hidrógeno que incluye una unidad de desplazamiento de monóxido de carbono (CO) 500. En una unidad de desplazamiento de CO 500, tiene lugar una reacción de desplazamiento de monóxido de carbono (CO) en la que el carbono monóxido (CO) reacciona con agua (H2O) para formar dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2):
CO H2O ^ CO2 H2
La reacción está en equilibrio químico que puede verse influenciado en la dirección de los eductos o de los productos de la manera habitual, p. ej., mediante el uso de la temperatura respectiva y el uso y concentración de un catalizador específico. Como la reacción es endotérmica, el agua se suele proporcionar como vapor de agua. Para desplazar el equilibrio químico hacia el lado del producto para aumentar la producción de hidrógeno, se ha encontrado que es ventajosa una proporción en moles de vapor a monóxido de carbono de aproximadamente 2,3 a 2,7, en particular aproximadamente 2,5. El vapor se proporciona preferentemente a una presión que está por encima de la presión a la que tiene lugar la reacción de desplazamiento, que es preferentemente de unos 40 bares. Si se utiliza la relación en moles de vapor a monóxido de carbono de 2,5, queda en el reactor un excedente de 1,5 moles de vapor por cada mol de dióxido de carbono. Esto da como resultado grandes cantidades de agua en el gas producto de la reacción de desplazamiento de CO. Cuando este gas producto se enfría, se produce una cantidad considerable de condensación y, por lo tanto, grandes cantidades de calor de bajo nivel en el tren de enfriamiento, mientras que el gas producto se enfría a temperatura ambiente. La mayor parte de esta energía suele desecharse, lo que se traduce en una baja eficiencia energética.
La unidad de desplazamiento de CO 500 es parte de una planta 1 para la conversión de desechos sólidos en un gas que comprende hidrógeno, en particular en gas de síntesis que comprende hidrógeno e hidrógeno. Después de preparar gránulos de combustible sólido recuperado a partir de residuos sólidos como los residuos sólidos urbanos 103, preferiblemente con biomasa añadida adicional, en una instalación de granulación 100, los gránulos de combustible sólido recuperado 117 respectivos se transportan a la planta 1 y se proporcionan a una unidad de torrefacción 200 en la que los gránulos se torrefactan, es decir, se oxidan subestequiométricamente a temperaturas de 250 °C a 300 °C. El término torrefacción se entiende como un tratamiento termoquímico de los gránulos de combustible sólido recuperado a temperaturas de 250 °C a 320 °C. Se lleva a cabo bajo presión atmosférica y sin añadir más oxígeno, p. ej., sin proporcionar aire. Durante el proceso de torrefacción, el agua presente en los gránulos de combustible sólido recuperado, se evapora al igual que los volátiles incluidos en los gránulos de combustible sólido recuperado. Los biopolímeros incluidos en los gránulos de combustible sólido recuperado se descomponen parcialmente bajo la liberación de volátiles. Los productos del proceso de torrefacción son gránulos carbonizados y gas de torrefacción. La torrefacción de los gránulos da como resultado gránulos carbonizados 201, que se gasifican en una unidad de gasificación 300. Otro producto de la torrefacción es el gas de torrefacción 202 que se proporciona a una unidad de procesamiento de gas de torrefacción 400. El producto de la unidad de procesamiento de gas de torrefacción 400 es un gas de síntesis de torrefacción 401, mientras que el producto de la unidad de gasificación 300 es un gas de síntesis 301. Tanto el gas de síntesis 301 como el gas de síntesis de torrefacción 401 comprenden vapor de agua, monóxido de carbono e hidrógeno. Ambos gases de síntesis 301, 401 se introducen en la unidad de desplazamiento de CO 500 que se describe con detalle con respecto a la Figura 2, a continuación. El gas de síntesis desplazado 501 que se genera en la unidad de desplazamiento de CO 500 se transfiere a una unidad de limpieza de gas 600 que separa el hidrógeno 601 de un gas de purga 602. La instalación de granulación 100 está preferiblemente fuera del sitio, es decir, no está situada en el mismo lugar que la planta 1 para la conversión de residuos sólidos en un gas que comprende hidrógeno.
La Figura 2 muestra la unidad de desplazamiento de CO 500. La primera corriente de gas de síntesis 301 generada por la unidad de gasificación 300 se introduce en una unidad de lavado de alta presión 502. La unidad de lavado de alta presión 502 es una unidad de lavado húmedo convencional en la que, p. ej., los hidrocarburos superiores se eliminan del gas de síntesis 301. La unidad de lavado a alta presión 502 se alimenta con agua de alimentación 503 que es el agua condensada 508 procedente de una recuperación de calor a baja temperatura que se describirá más adelante. El agua 505 que se recoge en un sumidero 504 de la unidad de lavado a alta presión 502 se transporta mediante medios de transporte 506 a un conducto de agua de purga 507. El exceso de agua condensada 508 que no se necesita como agua de alimentación 503 también se transporta al conducto de agua de purga 507. El gas de síntesis limpio 509 generado en la unidad de lavado de alta presión 502 se proporciona aguas abajo de la unidad de lavado de alta presión 502 a un primer intercambiador de calor 518. La expresión medio de transporte dentro de este documento se entiende como una bomba y/o un compresor. Simultáneamente a la limpieza de la primera corriente de gas de síntesis 301 en la unidad de lavado a alta presión 502, se puede controlar la humedad del gas de síntesis limpio 509.
El gas de síntesis 401 que se genera en la unidad de procesamiento de gas de torrefacción 400 se transporta a una columna de saturación 510 a través de un medio de transporte 511. Mediante el medio de transporte 511, el gas de síntesis 401 se comprime, preferiblemente a una presión de 40 bares. Los medios de transporte 511 pueden comprender varios compresores con enfriadores intermedios que proporcionan una compresión interenfriada de varias etapas del gas de síntesis 401. Asimismo, el gas de purga 602 procedente de la unidad de limpieza de gas 600 también se transporta a través de un medio de transporte 512 a la columna de saturación 510. Mediante los medios de transporte 512 se comprime el gas de purga 602, preferentemente a una presión de 40 bares. Los medios de transporte 512 pueden comprender varios compresores con enfriadores intermedios que proporcionan una compresión interenfriada de varias etapas del gas de purga 602. La columna de saturación 510 es un depurador húmedo convencional que recibe agua de proceso 513 de una unidad de recuperación de calor a baja temperatura 524, que se describe más adelante a través de los medios de transporte 514. El agua 515 recogida en un sumidero 516 de la columna de saturación 510 se utiliza como agua de proceso en una unidad de recuperación de calor a baja temperatura 524, descrita a continuación. Mediante la columna de saturación 510 se mezclan el gas de síntesis 401 y el gas de purga 602 y, simultáneamente, se añade humedad al gas producto de la columna de saturación resultante 517. Dependiendo de los parámetros de funcionamiento de la columna de saturación, es decir, en particular del flujo de agua y la temperatura del agua, la humedad del gas producto de la columna de saturación 517 puede controlarse.
El gas producto de la columna de saturación 517 se proporciona junto con el gas de síntesis limpio 509 a un primer intercambiador de calor 518. En el primer intercambiador de calor 518, la energía se transfiere desde un gas de escape 519 del reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura al gas de síntesis limpio 509 y el gas producto de la columna de saturación 517 que se combinan aguas abajo del primer intercambiador de calor 519 en una corriente de gas de síntesis combinada 520. Mediante el intercambio de calor en el primer intercambiador de calor 518, el respectivo gas de escape de reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura 519 se enfría mientras que el gas de síntesis limpio 509 y la corriente de gas purificado 517 se calientan. Preferiblemente, la columna de saturación 510 se impulsa de manera que la corriente de gas de síntesis combinada 520 tenga una relación en moles de vapor de agua a monóxido de carbono de entre 2,0 y 3,0, preferiblemente entre 2,4 y 2,6, en particular de aproximadamente 2,5.
La corriente de gas de síntesis combinada 520 se proporciona corriente abajo del primer intercambiador de calor 518 a un reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura 521, en el que tiene lugar la reacción de desplazamiento descrita anteriormente. El gas de escape de reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura 519 tiene un contenido reducido de agua/vapor y monóxido de carbono y un mayor contenido de hidrógeno (H2) en comparación con la corriente de gas de síntesis combinada 520. El gas de escape de reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura 519 se hace pasar, como se describirá a continuación, a través de varios intercambiadores de calor para reducir su temperatura, incluido el primer intercambiador de calor 518 a un reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 522, en el que tiene lugar la reacción de desplazamiento de CO descrita anteriormente. El gas de escape 523 de un reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura aumenta su contenido de hidrógeno (H2) en comparación con el gas de escape 519 del reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura que está entrando en el reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 522.
El gas de escape del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 523 se guía aguas abajo del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 522 a través de una unidad de recuperación de calor de baja temperatura 524. En esta unidad de recuperación de calor de baja temperatura 524 se utiliza el contenido de calor del gas de escape del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 523 para aumentar la temperatura de varias corrientes de agua. Después de ingresar a la unidad de recuperación de calor a baja temperatura 524, el gas de escape del reactor de desplazamiento de CO a baja temperatura 523 se guía posteriormente a través de un segundo intercambiador de calor 525, un tercer intercambiador de calor 526, un cuarto intercambiador de calor 527, un quinto intercambiador de calor 528 y un sexto intercambiador de calor 529. Mientras pasa por estos intercambiadores de calor 524, 525, 526, 527, 528, 529, la temperatura del gas de escape del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 523 se reduce constantemente antes de salir de la unidad de recuperación de calor de baja temperatura 524 como una corriente de gas de síntesis 530 y pasa, opcionalmente y si es necesario, a través de un enfriador de aire 531. Posteriormente, la corriente de gas de síntesis 530 se proporciona a la unidad de limpieza de gas 600 como se explicó anteriormente.
Primero, en el segundo intercambiador de calor 525, el contenido de calor de la corriente de gas de síntesis 530 se usa para calentar el agua de alimentación 508 que se usará en la unidad de gasificación 300. Por ejemplo, así es posible calentar esta agua 508 de 158°C a 205°C. En segundo lugar, en el tercer intercambiador de calor 526 se calienta agua que puede utilizarse p. ej., para generar vapor a alta presión. El agua se calienta p. ej., típicamente de 155 a 200°C. En tercer lugar, en el cuarto intercambiador de calor 527 se calienta el agua de proceso 513, típicamente de 135 a 158 °C, que se usa en la columna de saturación 510. Es posible un uso posterior de esta agua como agua de alimentación 508, en particular después de pasar el segundo intercambiador calor 525. En el cuarto intercambiador de calor 527, el gas de escape del reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura 523 se enfría por debajo de su punto de rocío, por lo que se liberan grandes cantidades de calor de condensación y se utilizan para la transferencia de calor respectiva. En cuarto lugar, en el quinto intercambiador de calor 528 se calienta el agua de alimentación de caldera 536, normalmente de 35°C a 155°C, que se usa preferentemente para preparar vapor a alta presión. En quinto lugar, en el sexto intercambiador de calor 529, el agua se calienta típicamente de 25 °C a 135 °C para su uso en la gasificación de los gránulos carbonizados 201 en la unidad de gasificación 300.
El agua de alimentación 508 para la unidad de gasificación 300 es al menos una parte del agua 515 recogida en el sumidero 519 de la columna de saturación 510, como se ha descrito anteriormente. El agua 515 recogida en el sumidero 516 de la columna de saturación 510 está entrando en el cuarto intercambiador de calor 527. El agua 521 procedente de una unidad de tratamiento de aguas residuales (no mostrada) se puede mezclar con el agua 515 después de haber pasado por el sexto intercambiador de calor 529. Aguas abajo del segundo intercambiador de calor 527, la corriente de escape de agua del cuarto intercambiador de calor calentada 533 se usa en parte como agua de proceso procedente de la recuperación de calor a baja temperatura 513 en la columna de saturación 510 y en parte se guía a través del segundo intercambiador de calor 525 para usarse aguas abajo del segundo intercambiador de calor 525, en parte como agua condensada 508, para utilizarse en parte como agua de alimentación 503 en la unidad de lavado a alta presión 502 y en parte como agua de proceso en la unidad de torrefacción 200. Se utiliza otra parte del agua aguas abajo del sexto intercambiador de calor 529 como condensado 534 que se proporciona p. ej., a un separador de agua. Otras aguas como, p. ej., el agua de alimentación de caldera externa de alta presión 535 generada para aplicaciones fuera de la planta 1, se hace pasar a través del quinto intercambiador de calor 528 para utilizarse parcialmente como agua de alimentación de caldera 536, p. ej., en la unidad de gasificación 300 y/o para la generación de vapor a baja presión y/o en la unidad de torrefacción 200. Otra parte del agua de alimentación de caldera 535 se conduce aguas abajo del quinto intercambiador de calor 528 a través del segundo intercambiador de calor 526. A continuación, se pasa a través de un séptimo intercambiador de calor 537.
La unidad de desplazamiento de CO 500 como parte de la planta 1 para la conversión de desechos sólidos en una corriente de gas de producto que comprende hidrógeno, permite un uso eficiente de la energía térmica a baja temperatura en la unidad de recuperación de calor a baja temperatura 524, para calentar corrientes de agua de proceso utilizadas en la planta 1.
Números de referencia
1 planta para la conversión de residuos sólidos
100 instalación de granulación
103 residuos sólidos urbanos
117 gránulos
200 unidad de torrefacción
201 gránulos carbonizados
202 gas de torrefacción
300 unidad de gasificación
301 gas de síntesis
400 unidad de procesamiento de gas de torrefacción
401 gas de síntesis de torrefacción
500 unidad de desplazamiento de CO
501 gas de síntesis desplazado
502 unidad de lavado de alta presión
503 agua de alimentación
504 sumidero
505 agua
506 medios de transporte
507 conducto de agua de purga
508 agua condensada
509 gas de síntesis limpio
510 columna de saturación
511 medios de transporte
512 medios de transporte
513 agua de proceso procedente de la recuperación de calor a baja temperatura
514 medios de transporte
515 agua
sumidero
gas producto de columna de saturación
primer intercambiador de calor
gas de escape de reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura corriente combinada de gas de síntesis de alta temperatura
reactor de desplazamiento de CO de alta temperatura
reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura
gas de escape de reactor de desplazamiento de CO de baja temperatura unidad de recuperación de calor de baja temperatura
segundo intercambiador de calor
tercer intercambiador de calor
cuarto intercambiador de calor
quinto intercambiador de calor
sexto intercambiador de calor
corriente de gas de síntesis
aire acondicionado
agua
corriente de escape de agua del cuarto intercambiador de calor condensado
agua de alimentación de caldera de alta presión
agua de alimentación de caldera
séptimo intercambiador de calor
gas producto de columna de saturación
unidad de limpieza de gas
gas producto rico en hidrógeno
gas de purga

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Método para aumentar el contenido de hidrógeno en la corriente de gas producto de la torrefacción de gránulos de combustible sólido recuperado (117),
en el que los gránulos de combustible sólido recuperado (117) se torrefactan para formar gránulos carbonizados (201) mientras se genera gas de torrefacción (202) que se convierte en un gas de síntesis de torrefacción (401) que comprende hidrógeno y monóxido de carbono,
en el que se proporciona una corriente de gas de síntesis que comprende el gas de síntesis de torrefacción (401) a una unidad de desplazamiento de CO (500) para hacer reaccionar al menos una parte del monóxido de carbono con vapor de agua para formar dióxido de carbono e hidrógeno generando gas de síntesis desplazado (501),
en el que el gas de síntesis desplazado (501,523) se proporciona aguas abajo de la unidad de desplazamiento de CO (500) a una unidad de recuperación de calor a baja temperatura (524) en la que el gas de síntesis desplazado (501, 523) se guía a través de al menos dos intercambiadores de calor (525,526, 527, 528, 529) en donde el gas de síntesis desplazado (523, 501) está en intercambio térmico con al menos dos corrientes de agua que se utilizan aguas abajo de los respectivos intercambiadores de calor (525, 526, 527, 528, 529) como agua de proceso durante la producción de la corriente de gas producto para calentar dichas al menos dos corrientes de agua.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el gas de síntesis desplazado (530, 501) se proporciona a una unidad de limpieza de gas (600) para generar una corriente de gas de producto (601) rica en hidrógeno, preferiblemente con un contenido de hidrógeno del 99,5% en volumen y más, mientras se genera un gas de purga (602),
en donde tanto el gas de purga (602) como el gas de síntesis de torrefacción (401) se comprimen y comúnmente se introducen en una columna de saturación (510) para aumentar el contenido de agua en la corriente de gas de síntesis (520) aguas arriba de la unidad de desplazamiento de CO (500).
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que se proporciona una primera corriente de gas de síntesis (301) generada por la gasificación de los gránulos carbonizados (202) a una unidad de lavado a alta presión (502) para aumentar el contenido de agua en una corriente de gas de síntesis limpia (509).
4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de síntesis desplazado (523, 501) se enfría en la unidad de recuperación de calor a baja temperatura (524) poniéndolo en contacto térmico con al menos una de las siguientes corrientes de agua:
a) una corriente de agua de proceso utilizada para la humidificación de la corriente de gas de síntesis (509) que entra en la unidad de desplazamiento de CO;
b) un agua de alimentación para la gasificación de los gránulos carbonizados (202); y
c) agua de caldera para producir vapor a alta presión.
5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en los intercambiadores de calor (525, 526, 527, 528, 529) de la unidad de recuperación de calor a baja temperatura (524) la presión del agua de proceso es mayor que la presión del gas de síntesis desplazado. (523).
6. Planta (1) para la conversión de residuos sólidos proporcionados como gránulos de combustible sólido recuperado (117) en una corriente de gas producto (601) rica en hidrógeno, que comprende
una unidad de torrefacción (200) a la que se pueden alimentar los gránulos de combustible sólido recuperado (117) desde la cual se pueden producir un gas de torrefacción (202) y gránulos carbonizados (201);
una unidad de procesamiento de gas de torrefacción (400) en la que se puede convertir el gas de torrefacción (202) en gas de síntesis de torrefacción (401);
una unidad de desplazamiento de CO (500) aguas abajo de la unidad de torrefacción (200) que se puede proporcionar con una corriente de gas de síntesis combinada (520) que comprende al menos el gas de síntesis de torrefacción (401) y en la que se puede producir un gas de síntesis desplazado (523, 530, 501); y
una unidad de recuperación de calor a baja temperatura (524) aguas abajo de la unidad de desplazamiento de CO (500) que se puede proporcionar con el gas de síntesis desplazado (523, 501), comprendiendo dicha unidad de recuperación de calor a baja temperatura (524) al menos dos intercambiadores de calor (525, 526) , 527, 528, 529) cada uno de los cuales se puede proporcionar con el gas de síntesis desplazado (523, 501) y una corriente de agua de proceso para aumentar la temperatura de las corrientes de agua de proceso.
7. Planta (1) según la reivindicación 6, que comprende además una columna de saturación (510) en la que se puede ajustar el contenido de agua de al menos el gas de síntesis de torrefacción (401).
8. Planta (1) según la reivindicación 6 ó 7, en la que el recuperador de calor a baja temperatura (524) incluye al menos dos de los siguientes intercambiadores de calor (525, 526, 527, 528, 529):
a) un segundo intercambiador de calor (525) en el que el gas de síntesis desplazado (523, 501) puede calentar el agua de alimentación para una unidad de gasificación (300) en la que se pueden gasificar los gránulos carbonizados (202);
b) un tercer intercambiador de calor (526) en el que el gas de síntesis desplazado puede calentar el agua para la generación de vapor a alta presión;
c) un cuarto intercambiador de calor (527) en el que el gas de síntesis desplazado (523, 501) puede calentar el agua que se utiliza en la columna de saturación (510) para ajustar el contenido de agua, al menos, del gas de síntesis de torrefacción aguas arriba de la unidad de desplazamiento de CO (500);
d) un quinto intercambiador de calor (528) en el que el gas de síntesis desplazado (523, 501) puede calentar el agua para la generación de vapor a alta presión; y
e) un sexto intercambiador de calor (529) en el que el gas de síntesis desplazado (501, 523) puede calentar el agua utilizada en la unidad de gasificación (300) en la que se pueden gasificar los gránulos carbonizados (202).
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