ES2966552T3

ES2966552T3 - Producción de un gas y métodos para ello

Info

Publication number: ES2966552T3
Application number: ES17805423T
Authority: ES
Inventors: Denis Alexander Doucet; Grant James Bollaert; Gregory Martin Parry Perkins
Original assignee: Wildfire Energy Pty Ltd
Current assignee: Wildfire Energy Pty Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2024-04-22
Anticipated expiration: 2037-06-05
Also published as: CN109477009B; US20200326067A1; EP3464519A4; US11473777B2; CN109477009A; AU2017274582A1; EP3464519C0; AU2017274582B2; EP3464519B1; EP3464519A1; WO2017205943A1

Abstract

Se describen métodos y sistemas para producir un gas a partir de un material combustible. En particular, se describen métodos y sistemas para la producción por lotes de un gas a partir de un material combustible. Los métodos y sistemas incluyen encender al menos una porción del material combustible cargado en la estructura de contención sellada para formar una capa afectada térmicamente, en donde la etapa de alimentar el oxidante en la estructura de contención sellada se lleva a cabo de modo que la conversión del material combustible en un gas en un punto de la secuencia se inicia antes de completar la conversión del material combustible en un punto anterior de la secuencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Producción de un gas y métodos para ello

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención, tal como se describe en la presente memoria, se refiere a un método para llevar a cabo la gasificación de biomasa. En particular, se describe un método y, no cubierto por las reivindicaciones, un sistema para la gasificación de biomasa usando un proceso por lotes.

Los métodos relacionados para producir un gas a partir de un material combustible se conocen por los documentos DE 23 17441 A1, que divulga la combustión de material de desecho en un vertedero con una lanza que se puede retraer para prender los desechos en diferentes ubicaciones, US 3869994 A, que divulga el suministro de aire para un incinerador de desechos de tipo pozo en el que el aire suministrado a los conductos se hace pasar hacia arriba a través de puertos por debajo de la parrilla en el suelo a una velocidad tal que mantenga los puertos generalmente sin cenizas durante la mayor parte de un ciclo de trabajo, y GB 1420827 A, que divulga un método en el que se prenden los desechos en un vertedero mediante quemadores y unas unidades de suministro de aire inyectan oxidante, creando diferentes zonas de combustión, en donde unas tuberías a lo largo del fondo succionan los gases de combustión para su uso posterior (después de la combustión), purificación y enfriamiento.

REMISIÓN A SOLICITUD RELACIONADA

Esta patente reivindica el beneficio de la solicitud provisional australiana número 2016902161, solicitada el 3 de junio de 2016.

EXPLICACIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

El siguiente es un resumen amplio de diversas formas de realización ilustrativas de un método para llevar a cabo la gasificación de un material combustible. Como tal, se proporciona únicamente con el propósito de mejorar la claridad de la memoria descriptiva. No pretende limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Se entenderá que la referencia en la presente memoria a "preferido" o "preferiblemente" pretende ser solo a modo de ejemplo.

Según la presente invención, se proporciona un método para producir un gas a partir de un material combustible, tal como se especifica en la reivindicación 1. Otros desarrollos de la invención se especifican en las reivindicaciones dependientes.

El oxidante puede alimentarse a la estructura de contención sellada mediante un elemento de inyección configurado para incluir una pluralidad de salidas de oxidante dispuestas para transportar un flujo de un oxidante.

El elemento de inyección puede colocarse a lo largo de al menos una porción de una base de la estructura de contención.

El elemento de inyección puede configurarse para ser móvil en la estructura de contención de modo que una salida de oxidante en el punto anterior en la secuencia se mueva al punto en la secuencia para el inicio de la conversión de gas, y sea reemplazada en el punto anterior por otra salida de oxidante que continúe, al menos parcialmente, la conversión del material combustible en el punto anterior. La distancia recorrida puede ser sustancialmente igual a una separación entre salidas de oxidante adyacentes.

El elemento de inyección puede ser un conducto configurado para poder retraerse a lo largo de una longitud de la estructura de contención. La pluralidad de salidas de oxidante pueden ser posiciones fijas en el conducto.

La pluralidad de salidas de oxidante puede disponerse en un elemento de inyección configurado para fijarse en la estructura de contención, y donde la salida de oxidante, o cada una de ellas, incluye una válvula para regular operativamente el flujo del oxidante desde la salida de oxidante, o cada una de ellas, de manera que durante la operación, una salida de oxidante en el punto anterior en la secuencia esté sustancialmente cerrada y otra salida de oxidante en ese punto en la secuencia para el inicio de la conversión de gas esté sustancialmente abierta.

El elemento de inyección fijo puede incluir una salida de oxidante interpuesta entre el punto anterior y ese punto que se mantiene sustancialmente abierta para mantener de este modo la conversión en ese punto.

Las salidas de oxidante, o cada una de ellas, pueden tener generalmente el mismo tamaño.

El método para producir un gas a partir de un material combustible puede incluir además una etapa de secado del material combustible cargado en la estructura de contención sellada mediante la inyección de un medio de secado en la estructura de contención sellada.

El secado del material combustible se puede realizar antes de la etapa (c). El secado del material combustible se puede realizar alimentando un medio de secado a la estructura de contención.

El método para producir un gas a partir de un material combustible puede incluir además suministrar una solución que comprenda alquitrán líquido y agua en la estructura de contención durante la gasificación para gasificar de este modo el alquitrán y convertir el agua en vapor.

En otro aspecto, no cubierto por las reivindicaciones adjuntas, se proporciona un sistema para producir un gas a partir de un material combustible, el sistema comprendiendo una estructura de contención configurada para recibir el material combustible, la estructura de contención estando dispuesta para estar sustancialmente sellada en funcionamiento; y un mecanismo de alimentación para alimentar un oxidante a una estructura de contención sellada para que entre en contacto con el material combustible en varios puntos en una secuencia.

Convenientemente, el mecanismo de alimentación puede configurarse de modo que la alimentación del oxidante a la estructura de contención sellada se lleve a cabo de modo que la conversión del material combustible en un gas en un punto de la secuencia se inicie antes de la conversión completa del material combustible en un punto anterior de la secuencia.

Según cualquier aspecto mencionado en la presente memoria, el material combustible puede comprender un material de biomasa. El material combustible puede comprender sustancialmente un material de biomasa.

La capa afectada térmicamente puede comprender un material de biomasa. La capa afectada térmicamente puede ser, o comprender, una capa de biomasa afectada térmicamente.

El material de biomasa puede obtenerse de una fuente de energía renovable. La fuente de energía renovable puede ser un material vegetal o un material animal. La fuente de energía renovable puede ser una combinación de material vegetal y un material animal.

La presente divulgación puede incluir un método mediante el cual se carga biomasa en un gran pozo rectangular artificial que se excava en la tierra y se equipa con una tubería de inyección a lo largo de la parte inferior del pozo y una tubería de producción al final del pozo. Después de que el pozo esté lleno de biomasa, la parte superior del pozo se sella. La biomasa cerca del extremo de la tubería de inyección puede prenderse y se suministra aire u oxígeno a través de la tubería de inyección para consumir la biomasa por gasificación a una presión cercana a la atmosférica. Se puede producir gas producto caliente desde la tubería de producción para su uso en aplicaciones sucesivas, como la generación de electricidad, la producción de combustibles sintéticos o la producción de productos químicos. Con el fin de proporcionar una calidad de gas de síntesis constante, el punto de inyección se puede retraer gradualmente a lo largo del quemado hasta que se consuma sustancialmente toda la biomasa. Una vez que la biomasa se ha consumido, el pozo puede purgarse y enfriarse y las cubiertas pueden abrirse para permitir la reinstalación de la tubería de inyección y el rellenado con biomasa. El proceso puede llevarse a cabo en lotes y puede requerir al menos dos pozos para mantener la producción continua de gas, donde un pozo está en servicio mientras que el otro pozo se está llenando y preparando. La biomasa que no ha entrado en combustión se puede dejar en su lugar en el pozo después de la gasificación para consumirla en el siguiente quemado. Las cenizas que quedan después del consumo de la biomasa pueden retenerse en el pozo y pueden acumularse después de cada quemado requiriendo una eliminación periódica.

Sin entrar en la definición de las reivindicaciones adjuntas, la presente divulgación incluye un diseño para el pozo de gasificación y el equipo asociado. La presente divulgación puede referirse a un pozo de gasificación, particularmente en forma de pozo de gasificación no natural, sintético o artificial. El pozo se puede construir excavando un canal rectangular largo con lados inclinados para proporcionar estabilidad y evitar métodos caros de retención. Los lados y la base del pozo pueden ser de tierra sin recubrir o pueden estar revestidos con materiales como arcilla, geomembranas, hormigón o acero para evitar la migración de líquidos o gases del pozo. La parte superior del pozo puede estar al menos parcialmente abierta durante la etapa de llenado y puede estar sustancialmente sellada respecto de la atmósfera durante la etapa de gasificación. Para sellar la parte superior del pozo se pueden utilizar placas de cubierta móviles de diseño articulado, deslizante o sueltas y hechas de materiales no combustibles como acero, hormigón o refractario. Es posible que se requiera un sello relativamente estanco al gas para evitar la entrada de aire o la fuga de gas del pozo durante la gasificación. Se puede usar una cimentación de hormigón alrededor de los bordes del pozo para crear un sello efectivo entre las placas de cubierta y la tierra. Las placas de cubierta pueden exponerse a altas temperaturas y pueden requerir materiales apropiados, como cemento o refractario aptos para altas temperaturas.

La tubería de inyección se puede utilizar para transportar el oxidante, que puede ser aire u oxígeno o una mezcla de los mismos. También se puede inyectar agua o vapor junto con el oxidante como reactivos de gasificación o para el enfriamiento. La tubería de inyección puede estar hecha preferiblemente de acero al carbono o aleado. Los diseños adecuados para la tubería de inyección pueden incluir una tubería unida (utilizando bridas, acoplamientos roscados o abrazaderas), tubos en espiral o una tubería que contenga una serie de orificios/boquillas a lo largo de su longitud para crear varios puntos de inyección simultáneos. Los métodos para retraer el punto de inyección pueden incluir acortar la tubería de inyección extrayendo y retirando las secciones unidas, cortando la tubería o las uniones utilizando medios térmicos o mecánicos, o enrollándola en tubos en espiral. Se puede instalar una boquilla en el extremo de la tubería de inyección para aumentar la velocidad del oxidante que sale de la tubería y favorecer un mezclado y una gasificación más eficientes. Se pueden utilizar varias tuberías de inyección para mejorar la distribución del oxidante dependiendo de la anchura del pozo.

La tubería de producción puede estar vertical o inclinada y debe estar diseñada para tratar gas producto a alta temperatura desde el gasificador. Si es necesario, el gas producto puede enfriarse mediante la inyección de agua directamente en el gas o haciendo circular agua de enfriamiento a través de la tubería de producción.

En una forma de realización, la tubería de inyección se ubica dentro de una tubería de revestimiento perforada para evitar el hundimiento de la biomasa en la tubería y para mantener una vía de flujo a la tubería de producción.

En otra forma de realización preferida, la biomasa puede prenderse mediante la introducción de carbones calientes, inyección de combustibles gaseosos o líquidos, uso de sustancias pirofóricas o calentamiento por resistencia eléctrica.

Preferiblemente, el gas producto caliente puede enfriarse y limpiarse de acuerdo con la práctica industrial típica para el gas de síntesis obtenido de biomasa dependiendo de la aplicación sucesiva. Debido al largo tiempo de residencia y las bajas velocidades en el gasificador, la producción de alquitrán pesado y particulados puede ser significativamente menor que la de otros gasificadores de biomasa. Esto reduce el coste y la complejidad de los procesos de limpieza de gas.

En un aspecto, se proporciona un método de gasificación de biomasa mediante el cual se carga un gran volumen de biomasa en un pozo o estructura de contención y se gasificain situen un proceso por lotes, prendiendo la biomasa, inyectando un oxidante a través de una o más tuberías de inyección y recogiendo el gas de síntesis producido a través de una o más tuberías de producción. La biomasa puede prenderse mediante la introducción de carbones calientes, la inyección de combustibles gaseosos o líquidos (como metano, gas de petróleo líquido (GLP) o fuelóleo), el uso de sustancias pirofóricas (como silano o trietilborano) o mediante calentamiento por resistencia eléctrica. La ignición de la biomasa puede llevarse a cabo manualmente antes de sellar el pozo o la estructura de contención o por medios remotos después de sellar el pozo, como inyectar combustibles de ignición a través de la tubería de inyección de oxidante o activar eléctricamente un dispositivo de ignición instalado cerca del punto de inyección. La(s) tubería(s) de inyección de oxidante puede(n) estar ubicada(s) en la base del volumen de biomasa y comprender un único punto de inyección o varios puntos de inyección. El punto de inyección se fija en su lugar mientras dure el quemado o se retrae periódicamente durante el quemado para exponer nueva biomasa para la gasificación. El oxidante inyectado puede incluir aire, aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro con la posible adición de vapor o agua. El gas de síntesis producto y la tubería de producción pueden enfriarse apagando el gas de síntesis con agua o haciendo circular agua de enfriamiento a través de la tubería de producción. La biomasa puede precalentarse y secarse antes de la ignición y gasificación utilizando calor residual poniendo en contacto la biomasa con gases calientes como gas de síntesis, gas de escape de combustión o aire caliente o nitrógeno.

En otro aspecto, se proporciona un dispositivo para contener un volumen de biomasa construido excavando un pozo en la tierra idealmente de forma rectangular y equipado con placas de cubierta móviles para permitir el acceso al pozo para cargar la biomasa y sellar el pozo respecto de la atmósfera y minimizar la pérdida de calor del pozo durante la operación. El dispositivo puede incluir además lados y base del pozo de tierra sin recubrir o cubiertos o revestidos con materiales adecuados para evitar la migración de gases o líquidos del pozo. Según este aspecto, las placas de cubierta móviles del dispositivo para contener una biomasa pueden sellarse sustancialmente contra una cimentación de hormigón alrededor del perímetro del pozo.

En otro aspecto, se proporciona un dispositivo para la tubería de inyección de oxidante que comprende, o consiste en tubos en espiral, tubos flexibles, tubería unida o tubería soldada y contiene una boquilla en la salida de la tubería o varias boquillas u orificios distribuidos a lo largo de la longitud de la tubería. La tubería de inyección puede colocarse dentro de una tubería exterior perforada que se extiende hasta cerca de la base de la tubería de producción.

En otro aspecto más, se proporciona un dispositivo para la tubería de producción que comprende, o consiste en, una tubería de acero vertical o inclinada con una sección perforada opcional en su base.

En otro aspecto más, se proporciona un dispositivo para apagar un gas de síntesis, donde el agua de apagado se suministra a través de una tubería de apagado con una boquilla de pulverización en el extremo terminal que inyecta el agua en el gas de síntesis aguas arriba de la entrada a la tubería de producción o inyecta el agua dentro de la tubería de producción.

En aún otro aspecto más, se proporciona un dispositivo para enfriar una tubería de producción, donde el agua de enfriamiento se hace circular a través de la tubería de producción sin entrar en contacto directo con el gas de síntesis. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Con el fin de que la presente divulgación se pueda entender fácilmente y ponerse en práctica, se hará ahora referencia a formas de realización de la presente invención con remisión a los dibujos adjuntos. Los dibujos se proporcionan solo a modo de ejemplo, en los que:

la Figura 1 es una sección lateral de un pozo de gasificación de biomasa según una forma de realización ilustrativa de la presente divulgación y adecuada para llevar a cabo el método como se reivindica en la presente memoria.

La Figura 2 es una vista en sección frontal a través de las líneas A-A del sistema que se muestra en la Figura 1. La Figura 3 es una vista superior de la estructura de contención del sistema de la Figura 1.

La Figura 4 muestra un diagrama de flujo de bloques que ilustra la incorporación de la presente invención como se reivindica en la presente memoria en una instalación de conversión de energía.

La Figura 5 es una vista lateral en sección transversal de un método y un sistema según otra forma de realización ilustrativa de la presente divulgación.

La Figura 6 es una vista de un extremo en sección transversal del sistema que se muestra en la Figura 5.

La Figura 7 es una vista lateral en sección transversal de un método y un sistema según otra forma de realización ilustrativa de la presente divulgación.

La Figura 8 es una vista lateral en sección transversal de un método y un sistema según otra forma de realización ilustrativa más de la presente divulgación.

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método y un sistema que incluye dos (2) sistemas de gasificación según otra forma de realización ilustrativa de la presente divulgación.

La Figura 10 es una vista lateral en sección transversal de un método y un sistema según una forma de realización ilustrativa de la presente divulgación.

La Figura 11 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando un método para producir un gas según el sistema de la Figura 10.

La Figura 12 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando un método para producir un gas según el sistema de la Figura 10.

La Figura 13 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando una forma de realización ilustrativa de un método según la presente divulgación.

La Figura 14 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando una forma de realización ilustrativa de un método según la presente divulgación.

La Figura 15 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando una forma de realización ilustrativa de un método según la presente divulgación.

La Figura 16 es un gráfico que muestra las tendencias de calidad del gas utilizando una forma de realización ilustrativa de un método según la presente divulgación.

Los destinatarios expertos apreciarán que los elementos en los dibujos se ilustran por simplicidad y claridad y no se han dibujado necesariamente a escala. A modo de ejemplo, las dimensiones relativas de algunos de los elementos en los dibujos pueden haberse distorsionado para ayudar a mejorar la comprensión de las formas de realización de la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente invención, como se reivindica en la presente memoria, se refiere en general a la gasificación de un material combustible. Por "material combustible" se entiende cualquier material, o cualquier combinación de una pluralidad de materiales, a partir de los cuales se puede producir un gas. El material combustible puede ser un material carbonoso. En formas de realización adecuadas, el material combustible puede comprender un material de biomasa. El material de biomasa puede obtenerse de una fuente de energía renovable como, entre otros, un material vegetal o un material animal. Los ejemplos no taxativos de material de biomasa vegetal incluyen plantas herbáceas (como caña de azúcar, pasto varilla y miscanthus, aunque sin limitación a las mismas), especies de árboles (como ciprés, palma aceitera, eucalipto, eucalipto saligna, álamo, sauce y pino, aunque sin limitación a los mismos), cáñamo, granos como sorgo, cáscaras de maíz, legumbres como pongamia, pellets de madera, desechos y residuos madereros y desechos de jardín. El material de biomasa vegetal puede obtenerse de fuentes agrícolas. El material combustible puede comprender un combustible fósil como, entre otros, carbón. El material combustible puede comprender, u obtenerse, de residuos municipales, y se contempla que los residuos municipales puedan incluir una combinación de materiales combustibles como, entre otros, un material de biomasa y un material plástico. En formas de realización ilustrativas que contemplan un material combustible que comprende una combinación de una pluralidad de materiales combustibles, cada material combustible puede estar en proporciones generalmente iguales, o alternativamente, una proporción de un material combustible puede exceder una proporción de otro material combustible. A modo de ejemplo solamente, un material combustible puede obtenerse de residuos municipales, que pueden comprender aproximadamente el 70 % en peso de un material de biomasa, siendo una fracción del resto un material plástico. El material combustible puede incluir material no procesado, irregular y/o de gran tamaño.

Los términos "gas", "gas de síntesis", "gas sintético" se usan indistintamente en la presente memoria para referirse a un gas producido según los métodos de la presente divulgación. Por consiguiente, el gas producido es particularmente adecuado para su uso en la generación de energía y electricidad.

La presente invención, como se reivindica en la presente memoria, incluye un método por lotes para gasificar biomasa mediante la inyección de aire u oxígeno en un volumen confinado de biomasa y la recogida del gas producto. Según una forma de realización ilustrativa con referencia a las Figuras 1 a 3, el método incluye cargar, que puede incluir recoger y almacenar, una biomasa (3) en un pozo (110) u otra estructura de contención adecuada. La estructura de contención según cualquiera de los métodos o sistemas de la presente divulgación se configura adecuadamente para recibir un material combustible. La estructura de contención según cualquiera de los métodos o sistemas de la presente divulgación puede tener forma de un receptáculo, una cámara, una celda, un pozo o un depósito. La estructura de contención según cualquiera de los métodos o sistemas de la presente divulgación puede tener forma rectangular vista desde arriba, aunque se contemplan otras formas.

Se hace referencia a las Figuras 1 a 3 para un ejemplo de un sistema 100 que incluye un pozo (110) configurado para producir un gas a partir de material combustible en forma de material de biomasa (3). El material de biomasa (3) puede cargarse en un pozo (110) en una condición tal y como se reciba o procesarse mediante astillado, molienda o compactación para aumentar la densidad aparente y la homogeneidad de la materia prima. El material de biomasa (3) puede incluir material no procesado, irregular y/o de gran tamaño. Se apreciará que el material de biomasa (3) puede incluir otros componentes como agua o pequeñas cantidades de otro material particulado. Los líquidos subproductos separados del gas de síntesis también se pueden hacer recircular y mezclar con la biomasa (3) antes de la gasificación.

El sistema (100) incluye un mecanismo de alimentación, y en particular un mecanismo de alimentación de oxidante, en forma de un elemento de inyección configurado para alimentar o inyectar un oxidante a la celda (110). Convenientemente, el oxidante se alimenta a la estructura de contención sellada, y preferiblemente a la celda (110) para entrar en contacto con el material de biomasa (3) en varios puntos en una secuencia. El elemento de inyección puede ser un conducto, una conducción, una tubería, un tubo, un canal o similar. El elemento de inyección puede tener la forma de un tubo de inyección (1). Preferiblemente, antes de llenar el pozo (110) con materia prima de biomasa (3), se instalan la tubería de inyección (1) y una tubería de producción (2) para transportar un oxidante y recoger el gas producto. El oxidante se alimenta al pozo (110) sellado para entrar en contacto con la biomasa (3) en varios puntos en una secuencia.

También se pueden instalar otros equipos, incluidas tuberías de revestimiento de acero perforadas (10), dispositivos de ignición (14), tuberías de agua de enfriamiento/apagado (13) y dispositivos de monitorización, como termopares. Una vez que el pozo (110) se ha llenado uniformemente con biomasa (3), la parte superior del pozo (110) puede cerrarse y todas las aberturas sellarse respecto de la atmósfera. Se puede llevar a cabo una secuencia de ignición estableciendo primero un flujo de aire desde la tubería de inyección (1) a la tubería de producción (2) y luego prendiendo la biomasa (3) cerca de una salida de la tubería de inyección (1) utilizando cualquier medio adecuado que se describirá más adelante en la presente memoria.

Con referencia a la Figura 4, el gas producto puede dirigirse inicialmente a un respiradero (17) durante la ignición debido al posible oxígeno en el gas y posiblemente mezclas de gases explosivos. Una vez que se confirma la ignición positiva y que el contenido de oxígeno en el gas producto está por debajo del límite de seguridad, el gas puede enviarse a una antorcha (18) y la velocidad de inyección de oxidante puede aumentarse al caudal normal para la gasificación. Una vez que la calidad del gas de síntesis es aceptable, el gas de síntesis puede enviarse a la limpieza de gas (19) y a los usuarios finales (20) sucesivos. La velocidad de inyección adecuada depende del tamaño del pozo (110), la velocidad de producción de gas requerida y las limitaciones cinéticas del proceso de gasificación, incluidas las limitaciones de transferencia de calor y masa y la reactividad de la biomasa.

Por lo general, las temperaturas más altas se producen cerca del punto de inyección debido a la combustión de biomasa y gas de síntesis que rodean el punto de inyección. El calor generado por las reacciones exotérmicas provoca el secado y la pirólisis de la biomasa circundante y aguas abajo de la zona de combustión, que se convierte en carbón y el carbón se convierte en gas de síntesis mediante reacciones de gas-sólido, incluidas las reacciones con H2, CO2 y H2O. Las reacciones en fase gaseosa también ocurren, incluidas las reacciones de metanización y desplazamiento del gas de agua. El gas de síntesis se enfría naturalmente a medida que fluye hacia la tubería de producción, sin embargo, puede ser necesario un enfriamiento adicional del gas debido a las limitaciones materiales en la tubería de producción y el equipo aguas abajo. El gas producto caliente se compone generalmente de una mezcla de N2, H2, CO, CO2, CH4, H2O, alquitranes y otros componentes menores.

Durante el funcionamiento normal, el gas producto se dirige al equipo de limpieza de gas (19) y a los usuarios sucesivos (20). La presión de funcionamiento del gasificador y la presión del gas producto están cerca de la atmosférica para evitar fugas de gas y la entrada de aire al pozo (110). Una vez que se consume el combustible que rodea el punto de inyección, la eficiencia de la gasificación disminuye y la calidad del gas producto se degrada. Con el fin de mantener una alta calidad del gas, el punto de inyección se retrae periódica o continuamente para consumir nueva biomasa. El caudal y la composición del gas producto se controlan variando la velocidad de inyección de oxidante, la composición y la ubicación de la inyección. En el caso de que sea necesario apagar el gasificador, se puede detener la inyección de oxidante y quemar el exceso de gas producto. Los métodos de la presente divulgación pueden incluir detener la inyección de oxidante para extinguir una reacción de gasificación. Si es necesario, se puede inyectar agua para apagar y enfriar el gasificador después de detener la inyección de oxidante. Una vez que se consume la biomasa, el pozo (110) se purga y se enfría con aire o nitrógeno y el gas purgado se quema. La purga con aire puede oxidar cualquier gas y líquido combustible nocivo; sin embargo, hay que tener cuidado para garantizar que no se formen mezclas explosivas. Una vez que la atmósfera del pozo (110) es segura, la parte superior del pozo (110) se abre para permitir la reinstalación del equipo y el relleno con el material combustible en forma de material de biomasa. El proceso se lleva a cabo por lotes y requiere al menos dos pozos para mantener la producción continua de gas, donde un pozo está en servicio mientras que el otro pozo se está llenando con biomasa y preparando. Cualquier biomasa residual que quede en el pozo (110) después de la gasificación se puede dejar en su lugar para consumirla en el siguiente quemado. Las cenizas que quedan después del consumo de la biomasa se retendrán en el pozo (110) y se acumularán después de cada quemado requiriendo una eliminación periódica. Las velocidades de producción de gas de síntesis comerciales normales de un gasificador de biomasa pueden variar de aproximadamente 300 Nm3/h a aproximadamente 5000 Nm3/h y la velocidad normal de consumo de biomasa puede variar de aproximadamente 2 t/d a aproximadamente 100 t/d.

La presente divulgación incluye un diseño para la estructura de contención del gasificador que incluye su equipo asociado. Se propone un pozo excavado en la tierra como una estructura de contención térmica rentable para la biomasa; sin embargo, son posibles otros diseños, como estructuras ubicadas en la superficie fabricadas con materiales de ingeniería comunes, como acero, hormigón y refractario. Las ventajas de usar un pozo incluyen un medio de bajo coste para crear un gran volumen de almacenamiento, el punto de carga está ubicado a nivel y las propiedades aislantes de la tierra circundante. Con referencia a las Figuras 1, 2 y 3, el pozo (110) se construye idealmente excavando un canal rectangular largo con lados inclinados para proporcionar estabilidad y evitar la necesidad de caros métodos de retención que pueden no ser adecuados para la exposición a altas temperaturas. El uso de lados inclinados también facilita la construcción y durante la operación la biomasa caerá hacia el punto de inyección por gravedad. Sin embargo, los lados verticales pueden ser preferibles para ciertos tipos de suelo para minimizar la amplitud de las placas de cubierta. Se puede requerir un fácil acceso al pozo (110) para realizar el mantenimiento después de cada quemado y se puede proporcionar mediante una rampa en el lado de inyección (4) que conduzca a la base del pozo (110). Las dimensiones del pozo (110) dependerán de las propiedades geotécnicas del suelo y del volumen de combustible requerido. Un pozo más grande proporcionará un tiempo de quemado más largo; sin embargo, el coste de capital será mayor que un pozo más pequeño. Se pueden conseguir mayores volúmenes de almacenamiento principalmente aumentando la longitud del pozo (110). Los volúmenes de almacenamiento normales para el pozo (110) pueden variar de aproximadamente 100 m3 a aproximadamente 10.000 m3. Los tiempos de quemado normales pueden variar de aproximadamente 1 semana a aproximadamente 10 semanas, aunque sin limitación a los mismos. Las dimensiones normales de los pozos de tamaño comercial pueden variar desde una anchura de aproximadamente 2 metros a aproximadamente 10 metros, una profundidad de aproximadamente 2 metros a aproximadamente 10 metros y una longitud de 20 metros a varios cientos de metros.

Los lados (5) y la base (6) del pozo (110) pueden ser simplemente de tierra sin recubrir o pueden estar revestidos con materiales como arcilla, geomembranas, hormigón, refractario o acero para evitar la migración de líquidos o gases del pozo (110) y evitar la erosión y hundimiento de los lados del pozo (110). Al emplear la construcción con tierra sin recubrir, generalmente se deben evitar los lugares con suelos permeables o altos niveles de agua subterránea para evitar la entrada de agua y la pérdida de gases o líquidos en el suelo.

Los subproductos líquidos pueden producirse a partir de la gasificación de biomasa que, aunque generalmente son menos tóxicos que los producidos a partir de la gasificación de combustibles fósiles, aún pueden ser dañinos para el medio ambiente. El pozo (110) puede configurarse para evitar que los líquidos de subproductos se escapen del pozo (110). Las altas temperaturas desarrolladas en el pozo (110) normalmente aseguran que los líquidos de subproductos estén en la fase de vapor y se eliminen con el gas producto. Es probable que el biocarbón no convertido, que puede absorber líquidos de subproductos, también esté presente en el pozo (110). Con la selección, el diseño y la operación adecuados del sitio, cabe esperar que el suelo no absorba cantidades significativas de líquidos de subproductos y esperar que no causen daños al medio ambiente o requieran descontaminación. Si es necesario, se pueden instalar geomembranas de plástico debajo de la base del pozo (110) para proporcionar una barrera para los líquidos que pueden drenar por gravedad desde el pozo (110), similares a los utilizados para aplicaciones en vertederos. También se pueden usar productos naturales como la arcilla; sin embargo, se debe considerar su contracción y agrietamiento debido a las altas temperaturas. Del mismo modo, las capas y losas de hormigón deben ser adecuadas para la exposición a altas temperaturas.

Al menos una porción de la parte superior del pozo (110) debe estar abierta durante la etapa de llenado y debe estar sustancialmente sellada respecto de la atmósfera durante la etapa de gasificación. Para sellar la parte superior del pozo (110) se puede utilizar una cubierta superior en forma de placas de cubierta móviles (7) de diseño articulado, deslizante o sueltas y hechas de materiales no combustibles como acero, hormigón o refractario. Las placas de cubierta articuladas tienen la ventaja de minimizar la huella y se pueden subir o bajar utilizando cabrestantes (14) en lugar de grúas móviles. Además de sellar el pozo (110) respecto de la atmósfera, las cubiertas también se utilizan para reducir la pérdida de calor del pozo (110) y, por lo tanto, deben tener propiedades aislantes. Las placas de cubierta se exponen normalmente a gas de síntesis a altas temperaturas y requieren materiales apropiados, como cemento o refractario aptos para altas temperaturas. Con el fin de crear un sello entre las placas de cubierta, los bordes se pueden perfilar (8) para incorporar superficies de sellado que se sellen utilizando un material de relleno adecuado.

Se requiere un sello relativamente estanco al gas para evitar la entrada de aire o la fuga de gas del pozo (110) durante la gasificación. Se puede usar una cimentación de hormigón (9) alrededor del perímetro del pozo (110) para crear una superficie de sellado efectivo entre las placas de cubierta y la tierra. Se puede aplicar una tira de sellado de material adecuado entre las placas de cubierta y la cimentación perimetral de hormigón. Alternativamente, puede ser posible sellar directamente sobre la tierra o usando un canal lleno de agua para crear un sello de inmersión.

Una tubería de inyección (1) se instala preferiblemente a lo largo de al menos una porción de la base del pozo (110) y se alinea a lo largo del eje del pozo (110). La tubería de inyección se usa para alimentar o transportar el oxidante, que puede ser aire u oxígeno o una mezcla de los mismos. El aire o el oxígeno pueden suministrarse por cualquier medio adecuado, como sopladores de aire o compresores de aire y producción o enriquecimiento de oxígeno por membranas, adsorción por oscilación de vacío/presión o separación criogénica de aire. El oxidante puede precalentarse para mejorar la eficiencia de la gasificación utilizando calor residual del gas de síntesis crudo o de fuentes aguas abajo. También se puede inyectar agua o vapor junto con el oxidante como reactivos de gasificación o para el enfriamiento. La tubería de inyección está hecha preferiblemente de acero al carbono o aleado. Los diseños adecuados para la tubería de inyección incluyen tubos en espiral (como se usa en aplicaciones de petróleo y gas), tubos flexibles o una tubería unida (usando bridas, acoplamientos roscados o abrazaderas) para proporcionar un medio para retraer o acortar la tubería de inyección y, por lo tanto, reposicionar el punto de inyección dentro del gasificador. Los métodos para retraer el punto de inyección pueden incluir el acortamiento de la tubería de inyección mediante la eliminación de secciones unidas, la destrucción intencional de las uniones por calor o medios mecánicos, el quemado a través de la tubería de inyección utilizando un quemador insertado en la tubería de inyección o enrollándola en tubos en espiral o tubos flexibles. Debido a la baja presión operativa, el tamaño de la tubería de inyección puede ser demasiado grande para los tubos en espiral; por lo tanto, el diseño preferido utiliza una tubería unida o tubos flexibles. La reutilización de la tubería de inyección reducirá los costes de operación; por lo tanto, se prefiere retraer la tubería por medios mecánicos y retirar secciones unidas para acortar la tubería. Se puede instalar una boquilla en el extremo de la tubería de inyección para aumentar la velocidad o dispersar el oxidante que sale de la tubería y favorecer un mezclado y una gasificación más eficientes. Dependiendo de la anchura del pozo (110), se pueden utilizar varias tuberías de inyección para mejorar la distribución del oxidante. Las velocidades de inyección de aire normales para aplicaciones comerciales pueden variar de aproximadamente 100 a aproximadamente 3000 Nm3/h dependiendo de las dimensiones del pozo (110), la reactividad de la biomasa y la velocidad de producción de gas deseada.

Un diseño alternativo de tubería de inyección implica una tubería fija o retráctil que contiene una serie de orificios o boquillas a lo largo de su longitud que crean varios puntos de inyección simultáneos. Si las boquillas están ubicadas a lo largo de toda la longitud de la tubería de inyección, entonces el proceso de gasificación puede proceder de manera uniforme a lo largo de la longitud del gasificador y no se requiere la retracción del punto de inyección. Una tubería de inyección fija no requiere uniones y puede estar completamente soldada. Este diseño también tiene la ventaja de crear una zona de alta temperatura extendida a lo largo de la longitud del gasificador, lo que da como resultado una mayor destrucción de los alquitranes. El gas de síntesis producido en los puntos de inyección cerca de la entrada del gasificador fluye hacia la tubería de producción y se recalienta a medida que pasa por otros puntos de inyección ubicados aguas abajo. Este diseño también se puede utilizar para crear un punto de inyección cerca de la salida del gasificador para aumentar la temperatura del gas de síntesis y favorecer la destrucción térmica de los alquitranes.

En una forma de realización, la tubería de inyección está ubicada dentro de una tubería de revestimiento perforada (10) para evitar la fricción de la tubería de inyección durante las retracciones debido al peso de la biomasa en la tubería y para mantener una vía de flujo a la tubería de producción. El revestimiento perforado (10) puede estar hecho de acero al carbono o aleado y puede tener perforaciones en diversos patrones y diversas formas y tamaños de orificios. Normalmente las perforaciones están escalonadas y proporcionan un área abierta equivalente en el intervalo del 30 % al 80 %. El revestimiento perforado (10) puede extenderse hasta el extremo de la tubería de inyección o puede extenderse completamente hasta la base de la tubería de producción y puede estar conectado a la base de la tubería de producción. El revestimiento perforado (10) puede incluir secciones sólidas para sellar la biomasa suprayacente de la tubería de inyección en las ubicaciones deseadas y para crear un sello en el punto (15) donde el revestimiento perforado (10) sale del pozo (110). También se requiere un sello dinámico (11) entre la tubería de inyección y el revestimiento cerca de la entrada al pozo (110) para evitar la entrada de aire y la fuga de gas de síntesis a través del espacio anular durante las retracciones.

Al menos se instala una tubería de producción (2) en el extremo del gasificador opuesto al extremo de inyección. La tubería de producción puede estar vertical o inclinada y se diseñará para tratar gas producto a alta temperatura desde el gasificador a temperaturas que varían normalmente de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 700 °C. La tubería de producción puede hacerse de acero al carbono o aleado con uniones soldadas o roscadas. La base de la tubería de producción puede estar perforada para evitar obstrucciones (12). Si es necesario, el gas producto puede enfriarse mediante la inyección de agua directamente en el gas o haciendo circular agua de enfriamiento a través de una tubería de producción de doble pared. La inyección directa de agua es más simple y menos cara que el enfriamiento indirecto; sin embargo, esto aumenta el contenido de humedad del gas, lo que genera condensado adicional producido al enfriar el gas. Las aguas residuales producidas a partir del enfriamiento y la limpieza del gas pueden ser sustituidas por agua fresca dependiendo de las propiedades de las aguas residuales. Dependiendo de las dimensiones del pozo (110), es posible que se requieran varias tuberías de producción.

La inyección directa de agua en el gas se puede lograr mediante una tubería de apagado (13) que transporta agua a la base del pozo de producción e inyecta agua a través de una boquilla de pulverización (16), ya sea aguas arriba de la tubería de producción o dentro de la entrada de la tubería de producción. La boquilla de pulverización está dimensionada para producir una pulverización de agua lo suficientemente fina como para provocar una evaporación y enfriamiento rápidos del gas a la temperatura deseada dentro de una cierta distancia.

La ignición inicial de la biomasa se puede lograr mediante diversos medios que incluyen la introducción de carbones calientes, la inyección de combustibles gaseosos o líquidos (como metano, GLP o fuelóleo, pero sin limitación a los mismos), el uso de sustancias pirofóricas (como un gas silano o trietilenborano, pero sin limitación a los mismos), o calentamiento por resistencia eléctrica. Las fuentes de ignición se pueden insertar a través de las tuberías de inyección o producción o a través de una tubería de ignición separada. La biomasa también se puede prender introduciendo carbones calientes o usando un quemador con un mango extendido antes de cerrar la placa de cubierta final. Una vez prendida, el proceso es autosostenible y no requiere fuentes de energía de ignición adicionales. Sin embargo, si la zona de combustión se extingue, puede ser necesario volver a prenderla utilizando métodos similares a la ignición inicial.

En otra forma de realización, el gas producto caliente puede enfriarse y limpiarse de acuerdo con la práctica industrial típica para el gas de síntesis obtenido de biomasa. Debido al largo tiempo de residencia y las bajas velocidades en el gasificador, la producción de alquitrán pesado y particulados puede ser significativamente menor que la de otros gasificadores de biomasa. Esto reduce el coste y la complejidad de los procesos de limpieza de gas.

En algunas formas de realización preferidas, con el fin de mejorar la eficiencia térmica, la biomasa puede precalentarse y secarse antes de la gasificación utilizando calor residual del gas producto o procesos sucesivos, como la generación de energía. Esto se puede lograr poniendo en contacto la carga de biomasa con gas de síntesis caliente, gases de escape de combustión o aire precalentado para evaporar el exceso de humedad. El medio de calentamiento/secado se puede introducir en la biomasa a través de la tubería de inyección de oxidante u otras tuberías de distribución instaladas específicamente para este propósito.

A continuación se hace referencia a las Figuras 5 y 6, que representan otro sistema (200) adecuado para llevar a cabo la invención como se reivindica en la presente memoria. El sistema (200) incluye una estructura de contención. La estructura de contención está configurada adecuadamente para recibir un material combustible. La estructura de contención puede tener forma de un receptáculo, una cámara, una celda, un pozo o un depósito. La estructura de contención es preferiblemente rectangular vista desde arriba, aunque se contemplan otras formas para la estructura de contención. El sistema (200) incluye una estructura de contención en forma de celda (210) y una rampa (290) para proporcionar acceso a la celda (210), que sirve para el mantenimiento. Con referencia en particular a la Figura 6, los lados (211) y la base (212) de la celda (210) pueden ser de tierra sin recubrir o alternativamente pueden tener un revestimiento (213) formado por materiales como arcilla, geomembranas, hormigón, refractario o acero para evitar la migración de líquidos o gases de la celda (210) y evitar la erosión y hundimiento de los lados de la celda. El revestimiento (213) puede estar formado por geomembranas.

Según esta realización, la celda (210) se forma excavando en la tierra (280). El tipo de formación es una estructura de contención térmica rentable para la biomasa; sin embargo, se contemplan otros diseños como, entre otros, estructuras ubicadas en la superficie fabricadas con materiales de ingeniería comunes, como acero, hormigón y refractario. Las ventajas no limitantes de usar una estructura de contención formada mediante excavación incluyen un medio de bajo coste para crear un gran volumen de almacenamiento, un punto de carga está ubicado a nivel y las propiedades aislantes de la tierra circundante. Preferiblemente, la celda (210) es un canal rectangular con lados inclinados. Convenientemente, los lados inclinados proporcionan estabilidad y evitan la necesidad de métodos de retención caros que pueden no ser adecuados para la exposición a altas temperaturas. El uso de lados inclinados puede facilitar la construcción y, durante la operación, la biomasa caerá hacia el conducto de inyección por gravedad. Sin embargo, los lados verticales pueden ser preferibles para ciertos tipos de suelo para minimizar la amplitud de la(s) cubierta(s) superior(es). Una o más dimensiones de la estructura de contención pueden depender de la relación anchura:altura deseada para la gasificación, las propiedades geotécnicas del suelo y el volumen de combustible requerido, aunque de modo no taxativo. A modo de ejemplo solamente, una celda más grande proporcionará un tiempo de proceso más largo; sin embargo, el coste de capital será mayor que una celda más pequeña. En algunas formas de realización, la profundidad de la estructura de contención generalmente puede estar limitada por les costos de excavación, los niveles freáticos y la anchura de la amplitud en la parte superior de la celda. La anchura de la celda generalmente puede estar limitada por los métodos requeridos para llenar la estructura de contención de manera sustancialmente uniforme con un material de biomasa. Por ejemplo, el vertido directo de un material de biomasa desde un lado puede limitar la anchura de la celda a entre aproximadamente 3 metros y aproximadamente 6 metros. Por lo tanto, se pueden conseguir mayores volúmenes de almacenamiento aumentando la longitud de la estructura de contención. Los volúmenes de almacenamiento ilustrativos para la estructura de contención pueden variar de aproximadamente 100 m3 a aproximadamente 10.000 m3. Los tiempos del proceso de gasificación normales pueden variar desde unos pocos días hasta unas pocas semanas, aunque de modo no taxativo. Las dimensiones normales de las estructuras de contención de tamaño comercial pueden variar desde una anchura de aproximadamente 2 metros a aproximadamente 10 metros, una profundidad de aproximadamente 2 metros a aproximadamente 10 metros y una longitud de 20 metros a varios cientos de metros.

Un material combustible que puede estar en forma de material combustible que comprende un material de biomasa (220) puede cargarse en la celda (210) en una condición tal y como se reciba o, alternativamente, procesarse mediante astillado, molienda o compactación para aumentar la densidad aparente y la homogeneidad como se ha descrito anteriormente en la presente memoria. El material de biomasa (220) puede incluir material no procesado, irregular y/o de gran tamaño. Se apreciará que el material de biomasa (220) puede incluir otros componentes como agua o pequeñas cantidades de otro material particulado. Antes de cargar o llenar la celda (210) con materia de biomasa (220), se puede instalar un conducto de inyección (230) y una tubería de producción (240) para transportar un oxidante y recoger un gas producto, respectivamente. Una vez que la celda (210) está cargada con el material de biomasa (220), la celda (210) se sella sustancialmente. En particular, se cierra una cubierta superior (250) y todas las aberturas se sellan, o sustancialmente se sellan respecto de la atmósfera. Se realiza una secuencia de ignición en el punto de ignición (260) estableciendo primero un flujo de aire desde el conducto de inyección (230) a la tubería de producción (240), y posteriormente prendiendo el material de biomasa (220) usando cualquier mecanismo adecuado como se ha descrito en la presente memoria. Preferiblemente, el material de biomasa (220) se prende cerca o en un extremo de la celda (210). La presente divulgación contempla que el sistema (200) pueda incluir otros componentes como dispositivos de ignición, tuberías de agua de enfriamiento/apagado (270) y dispositivos de monitorización como termopares, aunque sin limitación a los mismos.

La parte superior de la celda (210) está al menos parcialmente abierta durante la carga del material de biomasa (220) en el interior de la celda (210) y la celda (210) está sustancialmente sellada, y preferiblemente completamente sellada, respecto de la atmósfera durante la etapa de gasificación. La cubierta superior (250) puede cubrir la celda (210) y puede cubrir la parte superior de la celda (210). La cubierta superior (250) es preferiblemente móvil. La cubierta superior (250) puede tener un diseño articulado, deslizante o suelto. La cubierta superior (250) está formada preferiblemente por un material resistente al calor no combustible como acero, hormigón o refractario, aunque sin limitación a los mismos. La cubierta superior (250) se puede subir o bajar utilizando un mecanismo de apertura (255), como un cabrestante motorizado o un brazo hidráulico. Además de sellar la celda (210) respecto de la atmósfera, la cubierta superior (250) también puede reducir la pérdida de calor de la celda (210) y, por consiguiente, la cubierta superior (250) deben tener propiedades aislantes. La cubierta superior (250) puede estar formada por materiales capaces de soportar la exposición al gas de síntesis a alta temperatura, como acero o refractario aptos para altas temperaturas, aunque sin limitación a los mismos.

Un sello estanco al gas evita o minimiza substancialmente la entrada de aire o la fuga de gas de la celda (210) durante la gasificación. Como se muestra en particular en la Figura 6, una cimentación de hormigón (214) alrededor del perímetro de la celda (210) soporta la cubierta superior (250) e incorpora un canal (215). El canal (215) puede llenarse con agua en la que se inserta una placa de sellado por inmersión (216) instalada en la cubierta superior (250) para crear un sello de agua. Un sello de agua es un método de sellado fiable para aplicaciones de baja presión y evita materiales de sellado que pueden degradarse con el tiempo y el uso repetido. Alternativamente, se puede aplicar una tira de sellado de material adecuado entre la cubierta superior (250) y la cimentación de hormigón (214).

Haciendo referencia en particular a la Figura 5, el método de la presente invención tal como se reivindica en la presente memoria y el sistema (200) adecuado para llevar a cabo el método reivindicado incluyen un mecanismo de alimentación, y en particular un mecanismo de alimentación de oxidante, en forma de un elemento de inyección configurado para alimentar o inyectar un oxidante a la celda (210). Convenientemente, el oxidante se alimenta a la estructura de contención sellada, y preferiblemente a la celda (210) para entrar en contacto con el material de biomasa (220) en varios puntos en una secuencia. El elemento de inyección puede ser un conducto, una conducción, una tubería, un tubo, un canal o similar. El elemento de inyección puede tener la forma de un conducto de inyección (230). En la forma de realización representada, el conducto de inyección (230) se coloca a lo largo de una porción de la base (212) de la celda (210), y puede alinearse a lo largo de un eje de la celda (210). El conducto de inyección (230) alimenta un oxidante a la celda (210) sellada. El oxidante puede ser aire, oxígeno o una mezcla de estos. El aire o el oxígeno pueden suministrarse por cualquier medio adecuado, como sopladores de aire o compresores de aire, producción de oxígeno, enriquecimiento por membranas, adsorción por oscilación de vacío/presión o separación criogénica de aire. El oxidante puede precalentarse para mejorar la eficiencia de la gasificación utilizando calor residual del gas de síntesis crudo o de fuentes aguas abajo. También se puede inyectar agua, vapor o una mezcla de alquitrán y agua junto con el oxidante como reactivos de gasificación o para el enfriamiento. El conducto de inyección (230) está hecho preferiblemente de acero al carbono o aleado. El conducto de inyección (230) puede ser móvil o desplazable, o puede fijarse en su lugar con boquillas que puedan abrirse y cerrarse para permitir que la ubicación del punto de inyección de oxidante se mueva durante la operación, como se describirá en la presente memoria. Los diseños adecuados para un conducto de inyección móvil incluyen tubos en espiral (como se usa en aplicaciones de petróleo y gas), tubos flexibles o una tubería unida (usando bridas, acoplamientos roscados o abrazaderas) para proporcionar un mecanismo para retraer o acortar el conducto de inyección (230) y, por lo tanto, reposicionar el punto de inyección de oxidante dentro del gasificador.

En general, un material de biomasa utilizado como materia prima puede tener un alto contenido de humedad que puede variar de aproximadamente el 10 % en peso a más de aproximadamente el 50 % en peso. Por consiguiente, después de que el material de biomasa (220) se haya cargado en la celda (210), puede requerir secado para reducir el contenido de humedad a un nivel deseado (generalmente, aunque no exclusivamente, por debajo del 20 % en peso) para evitar la generación de exceso de humedad y condensado en el gas producto. Se puede introducir un medio de calentamiento/secado en el material de biomasa (220) a través del conducto de inyección (230) o a través de un conducto de secado dedicado (no mostrado) para facilitar el secado.

La ignición inicial del material de biomasa (220) se puede lograr mediante diversos mecanismos que incluyen la introducción de carbones calientes, la inyección y combustión de combustibles gaseosos o líquidos (como metano, gas de petróleo líquido (GLP) o fuelóleo, aunque sin limitación a los mismos), el uso de sustancias pirofóricas (como un gas silano o trietilenborano, pero sin limitación a los mismos), o calentamiento por resistencia eléctrica, aunque sin limitación a los mismos. Las fuentes de ignición se pueden introducir a través del conducto de inyección (230), la tubería de producción (240) o a través de una tubería de ignición separada (no mostrada). Una vez prendida, el proceso puede ser sustancialmente autosostenible y generalmente no requiere fuentes de energía de ignición adicionales. Sin embargo, si la zona de combustión se extingue, puede ser necesario volver a prenderla utilizando métodos similares a la ignición inicial.

Se entenderá que las temperaturas más altas pueden darse cerca del punto de inyección debido a la combustión de biomasa y gas de síntesis que rodean el punto de inyección. El calor generado por las reacciones exotérmicas provoca el secado y la pirólisis de la biomasa en y alrededor de la zona de combustión, lo que hace que se convierta en carbón. El carbón se convierte posteriormente en gas de síntesis mediante reacciones gas-sólido que incluyen reacciones con H2, CO2 y H2O. Las reacciones en fase gaseosa también ocurren, incluidas las reacciones de metanización y desplazamiento del gas de agua. El gas de síntesis se enfría naturalmente a medida que fluye hacia la tubería de producción (240), sin embargo, puede ser necesario un enfriamiento adicional del gas debido a las limitaciones materiales en la tubería de producción y el equipo aguas abajo. El gas producto caliente comprende normalmente una mezcla de N2, H2, CO, CO2, CH4, H2O, alquitranes y otros componentes menores.

Como se ha mencionado en la presente memoria, la presente divulgación contempla sistemas y métodos que incluyan un elemento de inyección móvil. Particularmente, el elemento de inyección móvil puede mover el punto de inyección de oxidante. El elemento de inyección móvil puede ser un conducto móvil. Los métodos para mover el punto de inyección de oxidante del conducto móvil pueden incluir el acortamiento del conducto de inyección (230) mediante la eliminación de secciones unidas, la destrucción intencional de las uniones por calor o un mecanismo mecánico, el quemado a través del conducto de inyección (230) utilizando un quemador insertado en el conducto de inyección (230) o enrollándolo en tubos en espiral o tubos flexibles. Debido a la baja presión operativa, el tamaño del conducto de inyección (230) puede ser demasiado grande para los tubos en espiral; por lo tanto, se contempla que se pueda usar una tubería unida o tubos flexibles. La reutilización del conducto de inyección (230) reducirá normalmente los costes de operación; por lo tanto, se prefiere retraerlo por medios mecánicos y retirar secciones unidas para acortar la tubería. Se pueden instalar o perforar boquillas y orificios en el conducto de inyección (230) para dirigir el oxidante en diferentes direcciones, aumentar la velocidad o dispersar el oxidante que sale de la tubería y favorecer un mezclado y una gasificación más eficientes. Dependiendo de la anchura de la celda (210), se puede utilizar una pluralidad de conductos de inyección (230) para mejorar la distribución del oxidante. Las velocidades de inyección de aire normales para aplicaciones comerciales pueden variar de aproximadamente 100 Nm3/h a aproximadamente 3000 Nm3/h dependiendo de las dimensiones de la celda (210), la reactividad de la biomasa y la velocidad de producción de gas deseada.

En una forma de realización ilustrativa, puede colocarse un conducto de inyección dentro de un revestimiento perforado para evitar la fricción del conducto de inyección móvil durante las retracciones debido al peso del material de biomasa (220) en la tubería y para mantener una vía de flujo a la tubería de producción (240). En la Figura 1 se muestra un revestimiento perforado ilustrativo designado con el número de referencia (10). El revestimiento perforado puede estar hecho de acero al carbono o aleado y puede tener perforaciones en diversos patrones y diversas formas y tamaños de orificios. Normalmente, las perforaciones están escalonadas y proporcionan un área abierta equivalente en el intervalo de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 80 %. El revestimiento perforado puede extenderse hasta el extremo del conducto de inyección móvil o puede extenderse completamente hasta la base de la tubería de producción (240) y puede conectarse a la base de la tubería de producción (240). El revestimiento perforado puede incluir secciones sólidas para sellar la biomasa suprayacente del conducto de inyección en ubicaciones deseadas y para crear un sello en el punto donde el revestimiento perforado sale de la celda. También se requiere un sello dinámico entre el conducto de inyección móvil y el revestimiento cerca de la entrada a la celda para evitar la entrada de aire y la fuga de gas de síntesis a través del espacio anular durante las retracciones.

Alternativamente, el conducto de inyección (230) puede tener la forma de una tubería o conducto fijo que contenga una serie de salidas de oxidante que pueden tener la forma de orificios o boquillas a lo largo de su longitud, que se puedan abrir y cerrar de forma independiente a través de mecanismos de válvula. Las válvulas pueden instalarse cerca de las boquillas dentro del conducto de inyección (230) o fuera de la celda (210) en tuberías de suministro de oxidante individuales que van a cada boquilla. La ventaja de instalar las válvulas fuera de la celda (210) son las temperaturas operativas nominales más bajas y un acceso más fácil para su mantenimiento y sustitución. Al abrir algunas válvulas y cerrar otras en secuencia, el punto de inyección de oxidante se puede mover a través de la celda (210) de una manera similar a la lograda por un conducto de inyección móvil.

En otras formas de realización alternativas, el conducto de inyección (230) puede ser una tubería fija o retráctil que incluya una serie de orificios o boquillas a lo largo de su longitud que creen varios puntos de inyección simultáneos. Si las boquillas están ubicadas a lo largo de toda la longitud del conducto de inyección, entonces el proceso de gasificación puede proceder de manera uniforme a lo largo de la longitud del gasificador y no se requiere normalmente la retracción del punto de inyección. Un conducto de inyección fijo puede no requerir uniones y puede estar completamente soldado. Este diseño también tiene la ventaja de crear una zona de alta temperatura extendida a lo largo de la longitud del gasificador, lo que da como resultado una mayor destrucción de los alquitranes. El gas de síntesis producido en los puntos de inyección cerca de la entrada del gasificador fluye hacia la tubería de producción (240) y se recalienta a medida que pasa por otros puntos de inyección ubicados aguas abajo. Este diseño también se puede utilizar para crear un punto de inyección cerca de la salida del gasificador para aumentar la temperatura del gas de síntesis y favorecer la destrucción térmica de los alquitranes.

La celda (210) incluye al menos una tubería de producción (240) para el transporte de gas desde la celda (210). La presente divulgación contempla formas de realización donde la celda (210) incluye una pluralidad de tuberías de producción (240). La necesidad de una pluralidad de tuberías de producción (240) puede depender de las dimensiones de la celda (210), aunque sin limitación a las mismas. La tubería de producción (240) puede estar vertical o inclinada y se diseñará para tratar gas producto a alta temperatura desde el gasificador a temperaturas que varían normalmente de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 700 °C. La tubería de producción (240) puede estar hecha de acero al carbono o aleado con uniones soldadas o roscadas. La base de la tubería de producción (240) puede tener una sección perforada (217) para evitar obstrucciones. Si es necesario, el gas producto puede enfriarse mediante la inyección de agua directamente en el gas o, alternativamente, haciendo circular agua de enfriamiento a través de una tubería de producción de doble pared. Las aguas residuales producidas a partir del enfriamiento y la limpieza del gas pueden ser sustituidas por agua fresca dependiendo de las propiedades de las aguas residuales. Con referencia a la Figura 5, la inyección directa de agua en el gas se puede lograr mediante una tubería de apagado (270) que transporte agua a la base del pozo de producción e inyecte agua a través de una boquilla de pulverización (271), ya sea aguas arriba de la tubería de producción (240) o dentro de la entrada de la tubería de producción (240). La boquilla de pulverización (271) está dimensionada y configurada para producir una pulverización de agua lo suficientemente fina como para provocar una evaporación y enfriamiento rápidos del gas a la temperatura deseada dentro de una cierta distancia.

Con referencia a la Figura 7, se muestra un sistema (300) para realizar un método de la presente invención según una forma de realización ilustrativa. El sistema incluye una estructura de contención. La estructura de contención está configurada adecuadamente para recibir un material combustible. La estructura de contención según cualquiera de los métodos o sistemas de la presente divulgación puede tener forma de un receptáculo, una cámara, una celda, un pozo o un depósito. El sistema (300) incluye una estructura de contención en forma de una celda (310), una cubierta superior (350) para sellar sustancialmente la celda (310) y un material combustible en forma de material combustible que comprende un material de biomasa (320) como se ha descrito en la presente memoria. La celda (310) tiene forma rectangular vista desde arriba, aunque la presente divulgación contempla otras formas. El material de biomasa (320) puede incluir material no procesado, irregular y/o de gran tamaño. Se apreciará que el material de biomasa (320) puede incluir otros componentes como agua o pequeñas cantidades de otro material particulado. El sistema (300) incluye un conducto de secado (301) que se coloca preferiblemente a lo largo de al menos una porción de la base de la celda (310). El conducto de secado (301) incluye orificios y boquillas (302) espaciados a lo largo de toda su longitud. Se contempla que al menos una porción del conducto de secado (301) pueda incluir orificios y boquillas (302). Un medio de secado, que es preferiblemente aire caliente o vapor, puede introducirse uniformemente sobre el material de biomasa (320) a través del conducto de secado (301). Preferiblemente, el medio de secado se introduce uniformemente sobre el material de biomasa (320). El medio de secado se puede utilizar para evaporar la humedad del material de biomasa (320) y eliminarla de la celda (310) como vapor de agua, donde se puede liberar de forma segura a la atmósfera. El sistema (300) incluye un mecanismo de alimentación, y en particular un mecanismo de alimentación de oxidante, en forma de un elemento de inyección configurado para alimentar o inyectar un oxidante a la celda (310). Convenientemente, el oxidante se alimenta a la estructura de contención sellada, y preferiblemente a la celda (310) para entrar en contacto con el material de biomasa (320) en varios puntos en una secuencia. El elemento de inyección puede ser un conducto, una conducción, una tubería, un tubo, un canal o similar. El elemento de inyección puede tener la forma de un conducto de inyección y, preferiblemente, un conducto de inyección (330) móvil.

Se puede disponer una pluralidad de salidas de oxidante en ubicaciones fijas en el conducto de inyección (330) móvil. La salida de oxidante, o cada una de ellas se disponen para transportar un flujo de un oxidante. La salida de oxidante, o cada una de ellas pueden ser boquillas de inyección de oxidante (331, 332) que pueden disponerse en ubicaciones fijas en el conducto de inyección (330) móvil para alimentar o inyectar el oxidante a un lecho del material de biomasa (320). El conducto de inyección (330) puede colocarse a lo largo de una porción de la base de la celda (310), y puede alinearse a lo largo de un eje de la celda (310). Convenientemente, el oxidante se alimenta a la celda (310) sellada para entrar en contacto con el material de biomasa (320) en varios puntos en una secuencia.

En la operación, cuando el material de biomasa (320) en el área, la zona, las inmediaciones de una primera zona de combustión (323) está casi agotado, la calidad del gas de síntesis muestra signos tempranos de deterioro y/o después de una duración especificada, el conducto de inyección (330) móvil se retrae una distancia sustancialmente igual a un espacio entre las boquillas de inyección de oxidante (331,332) adyacentes, como se muestra en la Figura 7. Después de la retracción, una primera boquilla (331) se mueve a una zona de inyección/combustión (324) existente y una segunda boquilla (332) se mueve a una ubicación con biomasa no convertida y sin una zona de combustión existente. En vista de la selección de la separación entre las boquillas de inyección de oxidante (331, 332), el oxidante de la segunda boquilla (332) interactúa con la zona de combustión (324) establecida, estableciendo una nueva zona de combustión (325).

En formas de realización alternativas, puede ser ventajoso establecer una o más zonas de combustión (323, 324, 325) usando varias boquillas de inyección de oxidante (331, 332) de un tamaño específico y separadas una distancia específica en el conducto de inyección (330) móvil. Se prefiere que la(s) zona(s) de combustión (323, 324, 325), o cada una de ellas, formada(s) de boquillas de inyección de oxidante (331, 332) adyacentes pueda(n) interactuar, e incluso pueda(n) superponerse. Convenientemente, si la distancia entre las boquillas de inyección de oxidante (331, 332) adyacentes es demasiado grande, entonces el oxidante de la segunda boquilla (332) no podrá establecer una nueva zona de combustión (325) y el oxidante podría evitar la zona de reacción, lo que conduciría a una baja eficiencia de gasificación y altos niveles de oxígeno en el gas producto. A modo de ejemplo, usando un conducto de inyección de aire de 25 mm y flujos de aire totales de aproximadamente 100 litros por minuto a 400 litros por minuto a presión atmosférica, se encontró que la separación preferida entre las boquillas de inyección de oxidante (331, 332) estaba entre aproximadamente 25 mm y aproximadamente 100 mm, y más específicamente a aproximadamente 50 mm. En formas de realización alternativas, las boquillas de inyección de oxidante (331, 332) se colocan en el conducto de inyección (330) móvil de modo que el oxidante se dirija horizontalmente hacia el lecho, perpendicular al eje del conducto de inyección (330). La presente divulgación contempla que, para mantener una eficiencia de gasificación alta o mejorada, es preferible que el material de biomasa (320) en las inmediaciones de las boquillas de inyección de oxidante (331,332) se consuma parcialmente o no completamente, estableciendo así un perfil (302), que se mueve a través del lecho con cada retracción (303). Por consiguiente, el sistema (300) y un método del mismo incluye prender al menos una porción del material de biomasa (320) cargado en la estructura de contención sellada con la forma de la celda (310) sellada para formar una capa afectada térmicamente, y preferiblemente una capa de biomasa afectada térmicamente, en donde la etapa de alimentar el oxidante a la celda (310) sellada se lleva a cabo de modo que la conversión del material de biomasa en un gas en un punto en la secuencia se inicie antes de completar la conversión del material de biomasa en un punto anterior en la secuencia. Preferiblemente, el material de biomasa (320) puede prenderse cerca o en un extremo de la celda (310).

En una forma de realización alternativa, se pueden inyectar alquitrán, agua y otros materiales como vapor en las zonas de combustión (323, 324, 325). De esta manera, la inyección de una mezcla líquida de alquitrán y agua en la zona de gasificación activa gasifica el alquitrán y suministra agua a las reacciones de gasificación. Con referencia a la Figura 7, el conducto de inyección (330) móvil incluye una línea de inyección de alquitrán y agua (326). La línea de inyección de alquitrán y agua (326) puede incluir una punta que ayude a atomizar la mezcla de alquitrán y agua cuando entre en la corriente de oxidante en el conducto de inyección (330) móvil. Debido a las posibles temperaturas muy altas (>1100 °C) en la zona de combustión asociada en las inmediaciones de las boquillas de inyección de oxidante (331, 332), el alquitrán combustionará y/o craqueará en moléculas gaseosas más pequeñas y el agua se convertirá en vapor, lo que mejorará la reacción de gasificación de carbón y vapor y aumentará el contenido de hidrógeno del gas de síntesis.

Se hace referencia a la Figura 8, que representa un sistema (400) para realizar un método de la presente invención según una forma de realización ilustrativa. El sistema (400) incluye una estructura de contención configurada adecuadamente para recibir un material combustible. La estructura de contención puede tener forma de un receptáculo, una cámara, una celda, un pozo o un depósito. El sistema (400) incluye una estructura de contención en forma de celda (410) que tiene una cubierta superior (450) para sellar sustancialmente la celda (410). La celda (410) tiene forma rectangular vista desde arriba, aunque la presente divulgación contempla otras formas. El sistema (400) incluye un mecanismo de alimentación, y en particular un mecanismo de alimentación de oxidante, en forma de un elemento de inyección configurado para alimentar o inyectar un oxidante a la celda (410). Convenientemente, el oxidante se alimenta a la estructura de contención sellada y, preferiblemente, a la celda (410) para entrar en contacto con el material combustible en forma de un material combustible que comprende un material de biomasa (420) en varios puntos en una secuencia. El elemento de inyección puede ser un conducto, una conducción, una tubería, un tubo, un canal o similar. El elemento de inyección puede tener la forma de un conducto de inyección y, preferiblemente, un conducto de inyección (430) fijo.

Una pluralidad de salidas de oxidante dispuestas para transportar un flujo de un oxidante en forma de boquillas de inyección de oxidante (427, 428, 429) se colocan en ubicaciones fijas en el conducto de inyección (430) fijo y se operan independientemente usando una o más válvulas (431) para dirigir el oxidante a un material de biomasa (420). El conducto de inyección (430) puede colocarse a lo largo de una porción de la base de la celda (410). El conducto de inyección (430) puede alinearse a lo largo de un eje de la celda (410). El oxidante se alimenta a la estructura de contención sellada en forma de celda (410) sellada para entrar en contacto con el material de biomasa (420) en varios puntos en una secuencia. El conducto de inyección (430) puede configurarse para alimentar el oxidante a la celda (410) sellada para entrar en contacto con el material de biomasa (420) en varios puntos en una secuencia.

El material de biomasa (420) puede incluir material no procesado, irregular y/o de gran tamaño. Se apreciará que el material de biomasa (420) puede incluir otros componentes como agua o pequeñas cantidades de otro material particulado. Al abrir las válvulas de algunas boquillas y cerrar las válvulas de otras, la ubicación de las zonas de combustión (423, 424, 425) se puede controlar y recorrer a través del material de biomasa (420), y en particular un lecho del material de biomasa (420), de una manera similar a la de un conducto de inyección móvil como se ha descrito en la presente memoria. Para mover la ubicación de una zona de combustión (423), se abre la nueva boquilla de inyección (429) y se cierra la boquilla de inyección anterior (427). Durante el procedimiento, la boquilla de inyección (428) en uso se mantiene abierta, de modo que haya continuidad de la zona de combustión (424) existente. Se forma una nueva zona de combustión (425) en el área de la nueva boquilla (429) debido al quemado del frente de llama de la zona de combustión (424) existente y gasifica la biomasa recién expuesta para producir gas de síntesis. La presente divulgación contempla que, para mantener una eficiencia de gasificación alta o mejorada, puede ser preferible que el material de biomasa (420) en las inmediaciones de las boquillas de inyección de oxidante (427, 428, 429) se consuma parcialmente o no completamente, estableciendo así un perfil (402), que se mueve a través del lecho con cada retracción (403). El método incluye prender al menos una porción del material de biomasa (420) cargado en la celda (410) sellada para formar una capa afectada térmicamente, y preferiblemente una capa de biomasa afectada térmicamente, donde la etapa de alimentar el oxidante a la celda (410) sellada se lleva a cabo de modo que la conversión del material de biomasa (420) en un gas en un punto en la secuencia se inicie antes de completar la conversión del material de biomasa en un punto anterior en la secuencia. Preferiblemente, el material de biomasa (420) se prende cerca o en un extremo de la celda (410).

El conducto de inyección (430) fijo puede incluir una línea de inyección de alquitrán y agua (426), que puede conectarse individualmente a las boquillas de inyección de oxidante (427, 428, 429) utilizando válvulas. La línea de inyección de alquitrán y agua (426) puede equiparse con una punta que ayude a atomizar la mezcla de alquitrán y agua cuando entre en la corriente de oxidante que abandona las boquillas. Debido a las temperaturas muy altas (>1100 °C), en la zona de combustión (423, 424, 425) en el área, la zona o las inmediaciones de las boquillas (427, 428, 429), el alquitrán combustionará y/o craqueará en moléculas gaseosas más pequeñas y el agua se convertirá en vapor, lo que mejorará la reacción de gasificación de carbón y vapor y aumentará el contenido de hidrógeno del gas de síntesis. Por consiguiente, la inyección de una mezcla líquida de alquitrán y agua en la zona de gasificación activa gasifica el alquitrán y suministra agua a las reacciones de gasificación.

Según la invención como se reivindica en la presente memoria, para facilitar la gasificación del material de biomasa (320, 420), y en particular para consumir una gran fracción del material de biomasa, la zona de combustión (323, 324, 325 o 423, 424, 425) puede moverse, transferirse, transportarse o recorrerse a través del lecho, mediante la retracción secuencia! del conducto de inyección (330) móvil, o alternativamente la apertura y cierre secuencial de las boquillas de inyección de oxidante (427, 428, 429) en el conducto de inyección (430) fijo.

Puede ser deseable mantener el exceso de material de biomasa (material carbonoso) en el área, la zona o las inmediaciones de la(s) zona(s) de combustión (323, 324, 325 o 423, 424, 425), de modo que sustancialmente todo el oxidante inyectado en el material de biomasa desde las boquillas de inyección de oxidante (331,332 o 427, 428, 429) se utilice para consumir biomasa cerca del conducto de inyección (330, 430). Esto establece una zona muy caliente, por encima de 1100 °C, que es deficiente en oxígeno y tiene una alta área de superficie de material carbonoso. El/los inventor/es también ha/n demostrado que si el material de biomasa (320, 420) se agota en las inmediaciones de las boquillas de inyección de oxidante (331, 332 o 427, 428, 429), si la velocidad de retracción o apertura/cierre de las boquillas de inyección de oxidante (331, 332 o 427, 428, 429) respectivamente es demasiado lenta, entonces el oxidante puede combustionar gas de síntesis y volátiles en el lecho, lo que conduce a un rápido deterioro en la calidad del gas de síntesis. Alternativamente, el/los inventor/es ha/n demostrado que si la velocidad de retracción o apertura/cierre de las boquillas de inyección de oxidante (331, 332 o 427, 428, 429) respectivamente es demasiado rápida, entonces no habrá tiempo suficiente para que se establezca una nueva zona de combustión (325, 425) y, en consecuencia, la zona de combustión no se moverá, transferirá, transportará ni recorrerá a través de la parte delantera del lecho, lo que podría conducir a un rendimiento deficiente o reducido y una baja conversión. Por consiguiente, puede haber una velocidad preferida de retracción o apertura/cierre de las boquillas de inyección de oxidante (331, 332 o 427, 428, 429) que mantenga la producción continua de gas de síntesis y garantice una eficiencia de gasificación alta o mejorada, la composición de gas de síntesis deseada y una conversión alta o mejorada del material de biomasa (320, 420) en gas de síntesis. La presente divulgación contempla que se puede seleccionar una velocidad media de retracción o apertura/cierre de modo que la conversión general de la materia prima de biomasa por ciclo esté entre aproximadamente el 30 % y aproximadamente el 90 %, y preferiblemente entre aproximadamente el 50 y aproximadamente el 80 %. En formas de realización alternativas contempladas, se puede seleccionar una velocidad media de retracción o apertura/cierre de modo que el tiempo entre cada etapa de retracción o apertura/cierre sea mayor que el requerido para establecer una nueva zona de combustión en la ubicación de un nuevo punto de inyección de oxidante. Alternativamente, se puede seleccionar una velocidad media de retracción o apertura/cierre de modo que el tiempo entre cada etapa sea menor que el tiempo requerido para convertir sustancialmente toda la materia prima de biomasa por encima de la zona de combustión.

Según métodos de la presente invención, una porción o una fracción del material de biomasa (3, 220, 320, 420) se convierte en gas de síntesis, y una porción o una fracción se ve afectada térmicamente sin conversión completa. El material no convertido, afectado térmicamente, forma una capa en la parte inferior de la celda (110, 210, 310, 410) cerca del conducto de inyección (1, 230, 330, 430). En comparación con una carga nueva o adicional de material combustible (donde preferiblemente el material combustible es un material de biomasa) que no ha sido tratado de este modo, esta capa tiene características diferentes que incluyen un menor contenido de humedad, un mayor contenido de carbono fijo, una mayor área de superficie, una mayor homogeneidad y un menor tamaño medio de partícula (aunque sin limitación a los mismos). Durante las operaciones posteriores, la celda (110, 210, 310, 410) se rellena con nueva biomasa que forma una capa sobre la capa afectada térmicamente de la operación anterior. Convenientemente, la estructura de contención se abre y se carga con más un material de biomasa adicional. El material de biomasa adicional puede aplastar y densificar la capa afectada térmicamente que se ha vuelto quebradiza debido a la exposición térmica. Durante el proceso de gasificación, la capa afectada térmicamente de la operación anterior se gasifica parcial o totalmente, y la nueva biomasa se calienta y cae por gravedad para formar una nueva capa afectada térmicamente en la parte inferior o base de la celda (110, 210, 310, 410) cerca del conducto de inyección (1, 230, 330, 430). En relación con el material de biomasa adicional, la capa afectada térmicamente tiene preferiblemente una o más características modificadas que incluyen, entre otros, menor contenido de humedad y volátiles, mayor área de superficie, menor tamaño medio de partícula, menor resistencia al aplastamiento y/o mayor homogeneidad. Según algunas formas de realización de la presente divulgación, las zonas de combustión y las zonas de gasificación están conectadas a través de una vía permeable a la tubería de producción (2, 240), de modo que el gas de síntesis se puede extraer fácilmente de la celda.

En una forma de realización, se puede utilizar una pluralidad de agrupaciones de boquillas de inyección de oxidante para establecer una pluralidad de zonas de combustión que están separadas por una distancia sustancial que se puede recorrer a través del material de biomasa. La ventaja de esta configuración es que se puede aumentar la capacidad de producción de gas de síntesis de cada celda, con la consecuencia de que se reduce el tiempo necesario de cada ciclo para convertir la alimentación de biomasa. Preferiblemente, la distancia entre varias agrupaciones de boquillas de inyección de oxidante puede seleccionarse para que sea de uno a dos órdenes de magnitud mayor que la distancia entre boquillas de inyección de oxidante adyacentes.

Según algunas formas de realización ilustrativas, pueden configurarse varios sistemas operativamente juntos para facilitar preferiblemente un suministro continuo y/o estable de gas de síntesis a los usuarios sucesivos. Con referencia a la Figura 9, se muestran dos sistemas. Un oxidante, que puede estar en forma de aire (32), y un material de biomasa (3) pueden suministrarse a una estructura de contención en forma de una celda (33), donde la celda puede ser una celda de reactor, que produce gas de síntesis crudo (34). El gas de síntesis crudo (34) se puede limpiar en la unidad de limpieza de gas (35) para convertirse en gas de síntesis limpio (36) que se convierte en el producto final, como la electricidad en el usuario sucesivo (37) de gas de síntesis. El agua producida y los subproductos de hidrocarburos como el alquitrán (38) se pueden separar del gas de síntesis en la unidad de limpieza y se pueden hacer recircular hacia la celda (33). El calor residual (39) de la unidad de limpieza de gas (35) y/o el usuario (37) sucesivo de gas de síntesis se utiliza para calentar un medio de secado en forma de aire (40). El aire (40) se puede inyectar en una celda (41) a través de un conducto de secado o el conducto de inyección de oxidante, y el agua evaporada (42) del proceso se libera a la atmósfera. El grado de secado de la materia prima se puede seleccionar de modo que la humedad restante en la alimentación se pueda hacer recircular al reactor a través de la línea de alquitrán y agua donde se convierte en hidrógeno, metano y vapor de agua. Al hacer recircular una cantidad adecuada de agua, el proceso puede funcionar con una alta eficiencia y eliminar las aguas residuales. Como se ha descrito en la presente memoria y según los sistemas y métodos de la presente divulgación, el material combustible se puede secarin situdespués de la carga y antes de la gasificación. El grado de secado se puede seleccionar para eliminar suficiente humedad de modo que el exceso de humedad en el gas de síntesis producido se pueda hacer recircular al gasificador, lo que da como resultado un mínimo o nada de agua residual que requiera descarga. Esto evita la necesidad de secar previamente el material de biomasa antes de cargarlo en el aparato de gasificación.

El gas de síntesis se dirige inicialmente a un respiradero (43) durante la ignición debido al posible oxígeno en el gas y posiblemente mezclas de gases explosivos. Una vez que se confirma la ignición positiva y que el contenido de oxígeno en el gas producto está por debajo del límite de seguridad, el gas puede enviarse a una antorcha (44) y la velocidad de inyección de oxidante puede aumentarse al caudal normal para la gasificación. Una vez que la calidad del gas de síntesis es aceptable, el gas de síntesis puede enviarse a la unidad de limpieza de gas (35) y a los usuarios finales (37).

Según los métodos y sistemas de la presente divulgación, preferiblemente la presión operativa y la presión del gas producto están cercanas a la atmosférica para evitar la fuga de gas y la entrada de aire a la celda (110, 210, 310, 410). El caudal y la composición del gas producto pueden controlarse variando la velocidad de inyección de oxidante, la composición y la ubicación de la inyección. Las velocidades de producción de gas de síntesis comerciales normales de un gasificador de biomasa pueden variar de aproximadamente 300 Nm3/h a aproximadamente 5000 Nm3/h y la velocidad normal de consumo de biomasa puede variar de aproximadamente 2 t/d a aproximadamente 100 t/d.

En otras formas de realización, el gas producto caliente puede enfriarse y limpiarse de acuerdo con la práctica industrial típica para el gas de síntesis obtenido de biomasa. Debido al largo tiempo de residencia y las bajas velocidades en la celda (110, 210, 310, 410), la producción de alquitrán pesado y particulados puede ser significativamente menor que la de otros gasificadores de biomasa. Esto puede reducir el coste y la complejidad de los procesos de limpieza de gas.

Después de que la zona de combustión se haya recorrido a través de toda la longitud de la celda (110, 210, 310, 410), la inyección de oxidante puede detenerse. La celda (110, 210, 310, 410) se abre para permitir que los materiales se retiren o añadan a la celda (110, 210, 310, 410), la celda (110, 210, 310, 410) debe purgarse de volátiles y gases nocivos, y enfriarse a una temperatura por debajo de la temperatura de autoignición del carbón/biomasa caliente y el aire. En algunas formas de realización, los métodos de la presente divulgación pueden incluir enfriar la estructura de contención y su contenido, y purgar los gases residuales de la estructura de contención. A temperatura, se puede usar vapor o gases inertes como nitrógeno, argón o helio para purgar la celda (110, 210, 310, 410). Con el fin de limitar la cantidad de vapor y gas inerte requerida para el purgado, en una forma de realización se prefiere aplicar un proceso de varias etapas para purgar y enfriar la celda (110, 210, 310, 410). Como se ha descrito en la presente memoria, los métodos y sistemas de la presente invención dan como resultado que parte del material de biomasa se convierta en gas de síntesis y parte se vea afectada térmicamente sin conversión completa. El material no convertido, afectado térmicamente, forma una capa en la parte inferior del reactor cerca del conducto de inyección. Además, como se ha descrito anteriormente, el oxidante se alimenta, desplaza o mueve, preferiblemente moviendo una o más salidas de oxidante, de modo que el oxidante, o cada uno de ellos, y preferiblemente una salida de oxidante, se mueva o desplace en intervalos discretos que mantengan las zonas de combustión estables mientras se establecen nuevas zonas de combustión. Convenientemente, mover o desplazar el oxidante moviendo la salida de oxidante, o cada una de ellas, antes de que la biomasa suprayacente se consuma por completo puede evitar la penetración/derivación de gases calientes y oxidante a la parte superior de la estructura de contención. Puede ser preferible mover o desplazar la salida de oxidante, o cada una de ellas, a lo largo de un eje de la estructura de un extremo al otro para recorrer la zona de gasificación a través del lecho de material de biomasa.

Inicialmente se puede inyectar agua y/o vapor en el lecho restante de materia prima de biomasa no convertida y utilizarlos para enfriar y purgar el reactor simultáneamente. Debido a la naturaleza del proceso, solo los materiales del lecho en las inmediaciones de la(s) zona(s) de combustión se encuentran a una temperatura muy alta al final de cada ciclo. El perfil de temperatura en el lecho disminuye hacia la tubería de producción, que puede tener una temperatura inferior a 100 °C durante la mayor parte del ciclo.

Para enfriar la(s) zona(s) de combustión, se puede inyectar agua a través de la línea de alquitrán y agua (326, 426) y atomizarla mediante una pequeña cantidad de nitrógeno u otro gas inerte inyectado a través del conducto de inyección (330, 430). A medida que las gotículas de agua entran en contacto con la zona de combustión, se convierten en vapor, enfriando la alimentación de biomasa y purgando el reactor de gases volátiles. La inyección de agua y gas inerte se puede continuar hasta que las temperaturas en el lecho sean demasiado bajas para permitir la generación efectiva de vapor. A presión atmosférica, el lecho se puede enfriar a una temperatura de aproximadamente 150 °C a 175 °C mediante inyección de agua y gas inerte. Una vez que la inyección de agua se ha detenido, el purgado de la celda puede continuar con gas inerte, como el nitrógeno. El purgado se continúa hasta que la temperatura del material de biomasa sea lo suficientemente baja como para que el contacto con el aire no conduzca a la reignición de la biomasa. La temperatura del material de biomasa se monitoriza mediante termopares para garantizar que se haya alcanzado una temperatura suficientemente baja y uniforme.

Para completar el enfriamiento y purgado de la celda, en la etapa final se puede utilizar aire, inyectado a través del conducto de inyección de oxidante y/o el conducto de secado. El purgado del lecho con aire se continúa hasta que la concentración de volátiles, como el CO, en el gas de escape esté por debajo de un nivel seguro. El nivel seguro generalmente se establecerá para limitar la exposición de los operadores humanos a cualquier componente dañino en el gas de síntesis cuando se abra la celda del reactor y se rellene con materia prima de nueva biomasa. En otra forma de realización, el vapor puede generarse externamente e inyectarse a través del conducto de inyección y/o el conducto de secado para enfriar y purgar la celda.

Los gases volátiles producidos durante las etapas de enfriamiento y purgado pueden enviarse para su uso en el proceso aguas abajo, o retirarse, si son de calidad suficiente o pueden eliminarse en una antorcha u oxidante térmico. En una configuración que emplea dos o más celdas, una celda de reactor recién llenada y secada normalmente se prenderá y se pondrá en marcha para producir gas de síntesis antes de que se detenga la celda operativa en ese momento y se comiencen las etapas de enfriamiento y purgado. Así, el gas de síntesis y los gases volátiles producidos durante el enfriamiento y el purgado pueden mezclarse con el gas de síntesis del reactor recién puesto en marcha y ser convertidos en productos por los usuarios sucesivos.

Una vez que el punto de inyección se ha recorrido completamente a través del lecho, la inyección de oxidante se detiene o cesa, y la estructura de contención se enfría y se purga de gases residuales. A continuación, se abre la cubierta superior para permitir el rellenado con biomasa. La biomasa no convertida y el carbón pueden simplemente dejarse en la estructura de contención para ser consumidos en el siguiente ciclo, o pueden eliminarse. Las cenizas caen a la parte inferior de la celda, lo que requiere una extracción y eliminación manual periódicas. El material de biomasa con alto contenido de humedad se puede secar antes de la gasificación inyectando aire caliente (<100 °C) en la base del lecho que se ha calentado utilizando el calor residual del enfriamiento del gas de síntesis crudo o del motor de gas. El proceso se lleva a cabo adecuadamente en lotes y puede incluir un sistema en el que se emplean al menos dos estructuras de contención para mantener la producción continua de gas, donde una estructura de contención está en servicio mientras la otra se carga o llena. La combinación de anchura y altura de la estructura de contención, y las velocidades de inyección y retracción de oxidante se pueden seleccionar para evitar el consumo completo de biomasa en las paredes de la estructura de contención, dejando una capa de biomasa/carbón que proporciona aislamiento térmico para el proceso y evita el sobrecalentamiento de las paredes de la estructura de contención. Convenientemente, los métodos de la presente divulgación pueden incluir controlar el flujo de oxidante y/o controlar la velocidad de movimiento del (de los) punto(s) de inyección para lograr una producción uniforme de gas de síntesis de alto valor calorífico, adecuado para aplicaciones sucesivas, como la generación de electricidad utilizando motores de gas. Para tales aplicaciones, normalmente el valor calorífico del gas de síntesis se puede mantener por encima de un valor límite de entre aproximadamente 4,5 a 5,5 MJ/Nm3 y la velocidad de producción de energía de gas total (MWt) se puede mantener dentro de aproximadamente /-10 % del valor objetivo. Preferiblemente, los métodos de la presente divulgación son capaces de lograr una producción de gas uniforme durante largos tiempos de proceso por lotes seleccionando preferiblemente una longitud de la estructura de contención para lograr el tiempo de proceso deseado, mientras se mantiene una anchura constante de la estructura de contención.

A continuación se hace referencia a las Figuras 10 a 12, que demuestran un ejemplo no taxativo de resultados de una planta piloto de un sistema (500) como se muestra en la Figura 10 según una forma de realización ilustrativa. El sistema (500) comprende una estructura de contención en forma de una celda de reactor (545) rectangular de acero al carbono con la parte superior abierta que tiene dimensiones preferibles de aproximadamente 900 mm de ancho, aproximadamente 900 mm de altura y con una longitud de aproximadamente 4800 mm. Las paredes interiores de la celda de reactor (545) están revestidas con tableros de fibra aislante de altas temperaturas, y una cubierta superior en forma de tapas de acero (546) articuladas permite que el reactor se abra para cargar un material de biomasa (520), que puede estar en forma de materia prima, y se cierre para realizar las operaciones. La celda de reactor (545) se selló utilizando fijadores atornillables y cinta de junta de teflón para altas temperaturas. Se colocó un conducto de inyección (547) de aproximadamente 1 pulgada de diámetro cerca de la parte inferior de la celda de reactor (545) y se suministró aire mediante un soplador eléctrico (548) y se midió el flujo de aire utilizando un medidor de flujo (549).

Se incluyó una tubería de producción (550) con una sección de entrada perforada (551) ubicada adecuadamente en el extremo opuesto del depósito rectangular del reactor (545). La tubería de producción (550) sale de la celda de reactor (545) y la temperatura se midió utilizando un termopar (552) y el flujo de gas de síntesis se mide utilizando un medidor de flujo venturi (553). El gas de síntesis producto entra en un depósito que puede tener forma de un tambor con orificio ciego (554) donde se condensan los líquidos. A continuación, el gas de síntesis se extrae del tambor con orificio ciego (554) utilizando un soplador (555) y fluye hacia arriba por la chimenea donde se combustiona en la salida (556). Una pequeña corriente de gas de síntesis pasa a través de burbujeadores y un lecho de carbón antes de ser enviada a un analizador portátil (557), que proporciona una medición periódica en línea de la concentración de CO, CO2, CH4 y O2 en el gas de síntesis. Las temperaturas, los caudales y la composición del gas de síntesis se registraron utilizando un recopilador de datos en línea y se almacenaron para su análisis. La ubicación del conducto de inyección (547) se registró manualmente. Se usó una bomba (563) para transportar líquidos condensados desde el tambor con orificio ciego (554) hasta el punto de inyección a través de tubos instalados en el conducto de inyección (547).

La celda de reactor (545) se cargó con el material de biomasa (520) y la parte superior de la celda de reactor (545) se selló cerrando las tapas de acero articuladas (546). En el ejemplo presentado en la presente memoria, el material de biomasa (520) incluyó predominantemente astillas de madera de pino ciprés con un tamaño medio de aproximadamente 50 mm.

La biomasa cerca del extremo del conducto de inyección (547) se prende utilizando una herramienta de ignición retráctil (558). La herramienta de ignición incluye un tubo de suministro de combustible (559) de un diámetro de aproximadamente 6 mm conectado a un tanque de propano (560), una bujía incandescente eléctrica conectada a una fuente de energía (561) y un termopar. La bujía incandescente eléctrica se fija a un extremo de la herramienta de ignición (558), que se coloca dentro del conducto de inyección (547) cerca de un punto de inyección (562). La ignición se logra inyectando un flujo de aire mínimo (de alrededor de <50 l/min) a través del conducto de inyección (547), encendiendo la bujía incandescente y luego alimentando un suministro muy pequeño de propano. Una vez que la lectura de temperatura ha confirmado la ignición, la herramienta de ignición (558) puede retirarse del conducto de inyección (547) y el flujo de aire puede aumentarse constantemente hasta la capacidad nominal deseada.

La gasificación de astillas de madera se realizó utilizando la planta piloto (500). En el reactor se instaló un conducto móvil de inyección de oxidante con cuatro boquillas de inyección de aire. Las boquillas de inyección de oxidante se colocaron en el extremo del conducto de inyección, con dos a cada lado dirigidas horizontalmente hacia el exterior en el lecho. Las boquillas de inyección de oxidante tenían un diámetro de 8 mm y estaban separadas 50 mm. La Figura 11 muestra el menor valor calorífico del gas de síntesis (MJ/Nm3) y la posición de la punta del conducto de inyección de oxidante (547) (mm) en función del tiempo, durante cuatro horas del ciclo ilustrativo. La Figura 12 muestra el menor valor calorífico del gas de síntesis y la composición de los principales componentes combustibles del gas de síntesis (% en moles), a saber, CO, H2 y CH4, para el mismo ciclo.

Con referencia a las Figuras 11 y 12, una vez que se produjo la ignición aproximadamente a los 10 minutos, el flujo de aire se incrementó hasta el caudal deseado de 250 litros/minuto durante el período posterior a los 10 minutos y se mantuvo a ese nivel durante el resto del ciclo. Durante el período en que se incrementó la inyección de aire, los componentes combustibles en el gas de síntesis comenzaron a aumentar debido a las reacciones de pirólisis y gasificación y se registró un aumento en el valor calorífico. Después de que se estableció la ubicación inicial de la zona de combustión, la posición del conducto de inyección de oxidante se retrajo 50 mm por primera vez en aproximadamente 0,5 horas. El conducto de inyección de oxidante se retrajo a continuación periódicamente, aproximadamente 50 mm cada 7 minutos o aproximadamente a una velocidad continua equivalente de 7 mm/min. Como se observa en la Figura 11, en general, cuando se retraía la posición del conducto de inyección de oxidante, el menor valor calorífico del gas de síntesis se mantenía estable o aumentaba ligeramente. Sin embargo, en ocasiones, la retracción del conducto de inyección de oxidante no detuvo un pequeño empeoramiento en el menor valor calorífico del gas de síntesis. En estas ocasiones, se demostró que la retracción adicional del conducto de inyección conduciría a un menor valor calorífico estable del gas de síntesis y que el conducto de inyección podría mantenerse en la nueva ubicación durante el tiempo necesario para lograr la velocidad de retracción media deseada de aproximadamente 7 mm/min.

Se puede ver en la Figura 11 y la Figura 12 que, si bien la posición del conducto de inyección de oxidante (547) se ha movido 1410 mm a través del lecho de alimentación de biomasa, el menor valor calorífico del gas de síntesis y la composición del gas de síntesis se mantuvieron satisfactoriamente en valores uniformes. En general, el menor valor calorífico del gas de síntesis se mantuvo entre 5,5 MJ/Nm3 y 6,5 MJ/Nm3, que es suficiente para su uso en motores de gas alternos. Si bien no se muestra, el caudal del gas de síntesis producido fue generalmente constante a lo largo del ciclo. Después del ciclo, se dejó enfriar el reactor y luego se purgó antes de abrir las tapas. Quedó en el reactor una capa de material carbonizado, afectado térmicamente, que ocupaba un volumen de aproximadamente el 50 % del volumen original de biomasa. Se encontró que la densidad aparente del material afectado térmicamente era significativamente menor que las astillas de madera nuevas, lo que indica pérdida de humedad y volátiles. A continuación, el reactor se llenó con astillas de madera nuevas que formaron una capa sobre el material carbonizado.

Posteriormente, se realizó un nuevo ciclo de prueba utilizando el mismo procedimiento que el ciclo anterior. Se demostró que la calidad uniforme del gas también podría mantenerse gasificando el lecho de materia prima que comprende las distintas capas de material afectado térmicamente en la parte inferior y material nuevo en la parte superior. Las tendencias de calidad del gas de este ciclo se muestran en la Figura 13 y la Figura 14. La inspección posterior del reactor mostró que una capa de material afectado térmicamente permanecía en el reactor de forma similar a la prueba anterior.

El reactor se llenó una vez más con astillas de madera frescas y se hizo funcionar utilizando el mismo procedimiento. Se obtuvieron resultados similares a los del ciclo anterior, lo que indica que el proceso es repetible.

En otra ocasión, el reactor funcionó con residuos de madera triturada y se utilizó un tipo diferente de punta de inyección que permitió mover el punto de inyección a distancias mayores a intervalos más largos. Las tendencias de calidad del gas y otros datos como el caudal de aire y gas producido y la temperatura del gas producido se muestran en la Figura 15 y la Figura 16.

Como se muestra en la presente memoria, este ejemplo demuestra la capacidad de gasificar un material combustible en forma de un material de biomasa, en un proceso por lotes recorriendo una zona de combustión y una zona de gasificación a través de un lecho fijo de material de biomasa convirtiendo parcialmente el material de biomasa y dejando el resto como una capa afectada térmicamente, y generando así una cantidad y calidad estables de gas de síntesis para su uso en un proceso sucesivo. Por consiguiente, la presente divulgación contempla métodos y sistemas para gasificar un material combustible en un proceso por lotes que incluye recorrer una zona de combustión y una zona de gasificación a través de un lecho de material combustible, y en particular un lecho fijo de material combustible, convirtiendo así parcialmente el material combustible y dejando el resto como una capa afectada térmicamente, y generando así una cantidad y calidad estables de gas de síntesis para su uso en un proceso sucesivo.

Una o más ventajas de la presente invención descritas en la presente memoria incluyen, entre otros: (i) la aplicación del concepto de inyección móvil dentro de una estructura de contención estanca al gas artificial para gasificar un material combustible, como un material de biomasa, mediante un método por lotes; (ii) la aplicación de este método a un material de biomasa permite el uso de material de biomasa no procesado, irregular y/o de gran tamaño que no es propicio para su uso en un sistema de gasificación de alimentación continua; (iii) los métodos y sistemas del proceso pueden alojar un gran tamaño de lote sin dejar de producir gas de síntesis estable y mejorado o gas de síntesis de alta calidad durante largos períodos, particularmente en relación con otros gasificadores/incineradores de tipo por lotes; (iv) el movimiento de un punto de inyección antes de que el material combustible superpuesto (preferiblemente material de biomasa) se consuma por completo evita la penetración/derivación de gases calientes y oxidante a la parte superior de la estructura de contención; (v) la reducción del coste de capital debido, al menos en parte, a métodos de construcción simples, eliminación del almacenamiento y procesamiento de la materia prima y flexibilidad muy alta de la materia prima; (vi) un contenido reducido o menor de alquitrán y partículas en el gas de síntesis debido al aumento del tiempo de residencia y bajas velocidades en el gasificador; (vii) un proceso por lotes sin alimentación continua del material combustible; (viii) la descomposición térmica de los alquitranes se favorece debido, al menos en parte, al volumen de material combustible (como biomasa) y una mayor separación de los puntos de inyección y producción; y/o (ix) los ciclos repetidos de los métodos de la presente divulgación pueden tener el efecto de que, durante cada operación posterior, los puntos de inyección de oxidante recorren la capa afectada térmicamente por la operación anterior, obteniendo el beneficio del pretratamiento térmico de la nueva biomasa alimentada y mejorando la uniformidad del proceso, particularmente si la nueva alimentación contiene material de gran tamaño.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para producir un gas a partir de un material combustible (3, 220, 320, 420) mediante la inyección de un oxidante (32), el método comprendiendo las etapas de:

(a) cargar el material combustible (3, 220, 320, 420) en una estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410);

(b) sellar sustancialmente la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410);

(c) alimentar un oxidante (32) a la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada y prender el material combustible (3, 220, 320, 420) para formar una zona de gasificación (323, 324, 325, 423, 424, 425);

(d) mover un punto de inyección de oxidante (4) de un extremo al otro extremo a lo largo de un eje horizontal en la base de la estructura (33, 110, 210, 310, 410) e inyectar el oxidante (32) para que entre en contacto con el material combustible (3, 220, 320, 420) en varios puntos en una secuencia;

(e) controlar el caudal y la composición del gas producto variando un caudal del oxidante (32) y una velocidad de movimiento del punto de inyección (4) del oxidante (32) de modo que el material combustible (3, 220, 320, 420) se convierta parcialmente, dejando así una capa no convertida, térmicamente afectada, de material combustible (3, 220, 320, 420) en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada después de que el punto de inyección (4) haya pasado a través del material, donde la conversión del material combustible (3, 220, 320, 420) en un gas en un punto de la secuencia se inicia antes de completar la conversión del material combustible (3, 220, 320, 420) en un punto anterior de la secuencia;

f) enfriar y purgar la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada y cargar material combustible (3, 220, 320, 420) nuevo en la parte superior de la capa afectada térmicamente que queda después de completar las etapas c) a e); y

g) repetir las etapas b) a f).

2. Método de la reivindicación 1, donde el oxidante (32) se alimenta a la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada mediante un elemento de inyección (1,230, 330, 430) configurado para incluir una pluralidad de salidas de oxidante (331,332, 427, 428, 429) dispuestas en secuencia para transportar un flujo del oxidante (32).

3. Método de la reivindicación 2, donde el elemento de inyección (1,230, 330, 430) se coloca a lo largo de al menos una porción de una base (212) de la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410).

4. Método de la reivindicación 2 o la reivindicación 3, donde el elemento de inyección (1, 230, 330, 430) está configurado para ser móvil en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) de modo que una salida de oxidante (331, 332, 427, 428, 429) en el punto anterior en la secuencia se mueva a un nuevo punto en la secuencia para el inicio de la conversión de gas, y se reemplace en el punto anterior por otra salida de oxidante (331, 332, 427, 428, 429) que continúe, al menos parcialmente, la conversión del material combustible (3, 220, 320, 420) en el punto anterior.

5. Método de la reivindicación 4, donde la distancia recorrida es sustancialmente igual a una separación entre salidas de oxidante (331,332, 427, 428, 429) adyacentes.

6. Método de la reivindicación 4 o la reivindicación 5, donde el elemento de inyección (1,230, 330, 430) es un conducto configurado para ser retráctil a lo largo de una longitud de la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410).

7. Método de la reivindicación 6, donde las pluralidad de salidas de oxidante (331, 332, 427, 428, 429) están en posiciones fijas en el conducto (1,230, 330, 430).

8. Método de la reivindicación 2 o la reivindicación 3, donde la pluralidad de salidas de oxidante (331,332, 427, 428, 429) están dispuestas a lo largo del elemento de inyección (1,230, 330, 430) configuradas para fijarse en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) a lo largo del eje, y donde la, o cada, salida de oxidante (331, 332, 427, 428, 429) incluye una válvula para regular operativamente el flujo del oxidante (32) desde la, o cada, salida de oxidante (331,332, 427, 428, 429) de tal manera que durante la operación una salida de oxidante (331,332, 427, 428, 429) en un punto anterior en la secuencia esté sustancialmente cerrada y otra salida de oxidante (331,332, 427, 428, 429) en un nuevo punto en la secuencia para el inicio de la conversión de gas se abra sustancialmente de tal manera que emule un elemento de inyección (1,230, 330, 430) móvil.

9. Método de la reivindicación 8, donde una salida de oxidante (331, 332, 427, 428, 429) interpuesta entre el punto anterior y el nuevo punto se mantiene sustancialmente abierta para mantener de este modo la conversión en ese punto.

10. Método de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, donde las salidas de oxidante (331, 332, 427, 428, 429), o cada una de ellas, tienen generalmente el mismo tamaño.

11. Método de cualquiera de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, que incluye además secar el material combustible (3, 220, 320, 420) cargado en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada inyectando un medio de secado (40) en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) sellada.

12. Método de la reivindicación 11, donde el secado del material combustible (3, 220, 320, 420) se realiza antes de la etapa (c) de la reivindicación 1.

13. Método de cualquiera de las reivindicaciones mencionadas anteriormente que incluye además suministrar una solución que comprenda alquitrán líquido y agua en la estructura de contención (33, 110, 210, 310, 410) durante la gasificación para gasificar de este modo el alquitrán y convertir el agua en vapor.

14. Método de cualquiera de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, donde el material combustible (3, 220, 320, 420) comprende un material de biomasa.