WO2014023854A1 - Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos y procedimiento para la obtención de gas en dicho reactor - Google Patents

Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos y procedimiento para la obtención de gas en dicho reactor Download PDF

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Enrique ARÁEZ BRIEGAS
Juan José HERNANDEZ SAMANIEGO
Jesús MARTÍNEZ REIG
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Definitions

  • Reactor for obtaining gas from biomass or organic waste and procedure for obtaining gas in said reactor
  • the present invention aims at a reactor for obtaining a gas, which we can call "synthesis gas” or “Syngas”, by the gasification of biomass or any other type of organic waste, where all the process steps occur in interior sections separated by helical turns, and of the process for obtaining said gas in the reactor, said process comprising the stages of drying, pyrolysis, partial oxidation of the biomass or organic waste as well as the gasification reactions in the last thermal phase of the gasification reactor.
  • synthesis gas or “Syngas”
  • Gasification is a process of transformation, by partial oxidation at elevated temperature, of a raw material in a gas with a moderate calorific value and capable of being used in a boiler, in a gas turbine or in an internal combustion engine. Its advantages are as follows:
  • the gasification process can be adapted by incorporating advanced technologies for the concentration of carbon dioxide with a reduced impact on costs and thermal efficiency. This characteristic will be one of the most important factors for the selection of technology in future power plants;
  • gasification plants can also be configured, if necessary, to reach a zero level of emissions;
  • the ashes can be deposited in a landfill, without added treatment costs, used as building materials or subsequently processed to obtain value-added products, leading to a zero discharge plant, without solid waste production.
  • the biomass is subjected to a high temperature process to obtain a gas composed mainly of carbon monoxide (CO) carbon dioxide (C0 2 ), hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) , Nitrogen (N 2 ) when air is used as a gasifying agent, as well as other substances.
  • the gasification of biomass aims to use the gases produced for use in the production of electrical energy in boilers, gas turbines or internal combustion engines.
  • the gasification process can be configured to produce fuels and / or chemical products that can be used for use as raw materials in other processes of the chemical industry. Normally the process is carried out with a defective oxygen supply, that is, below the stoichiometric necessary for complete oxidation.
  • Drying it is the evaporation phase of the moisture contained in the raw materials
  • Pyrolysis is the phase of thermal decomposition in the absence of oxygen. It occurs at about 300-500 ° C.
  • Combustion partial oxidation of the fixed carbon (char) that has remained after the pyrolysis. It occurs at an average temperature of 1200 ° C.
  • Gasification itself reactions from which the amount of desirable combustible gases produced is increased.
  • the described process is normally endothermic, so that in order for it to take place an energy supply is necessary.
  • Said energy supply can be made either from an external source or by oxidation of a part of the solid to be gasified. In the latter case, where both endothermic and exothermic reactions occur inside the reactor, it is important to control the solid / air ratio to ensure that the heat provided by some is equal to that absorbed by the others. This process is called autothermal.
  • the "shift” reaction is an exothermic reaction of total oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide.
  • reaction 1 The raw material in the presence of oxygen will undergo oxidation (reaction 1).
  • reaction 2 Because the oxygen that is introduced into the reactor is insufficient for complete oxidation, the presence of CO (reaction 2). The excess organic matter reacts with the gases present (mainly C0 2 and H 2 0, reactions 3 and 5). Reactions 5 and 6 are favored by the presence of water vapor, which in turn favors the production of H 2 . The formation of methane (reaction 7) is favored by high pressures.
  • the gasification process a large part of the chemical energy contained in the solid is concentrated in chemical energy contained in a gas.
  • This gas can be used much more flexibly (as a raw material for chemical processes or as a fuel in boilers, internal combustion engines or gas turbines).
  • the waste of the gasification process is the ashes. Depending on the nature of the ashes, they can be used as raw material for building materials, fertilizers, glass manufacturing, or as complementary loads, for example in the manufacture of plastics, among others. In the case of not being usable, the resulting waste is minimal, so the costs of its treatment and / or transportation will also be minimal.
  • Those materials with a high carbon content such as any type of coal, biomass and organic waste, can be gasified.
  • one aspect of the present invention lies in the optimization of the gasification process by means of a gasification reactor designed for this. Description of the invention Description of the procedure
  • the present invention consists of a process for obtaining gas from biomass or organic waste, which comprises the following steps:
  • Undesirable acid gases are produced, such as HC1 and H 2 S.
  • Acid gases are extracted so that they do not mix in later phases and cause undesirable imbalances.
  • Oxidation reactions occur, mainly of solid organic matter (char) that has reached this stage after its degradation in the previous thermal stages, with a oxidizer, preferably 0 2 , where a peak temperature of 1200 ° C
  • the oxidizer is introduced directly into this area of the reactor where partial oxidation takes place at a lower proportion than the stoichiometric necessary for total oxidation.
  • the process also includes the control of the various parameters, in particular:
  • Mass flow of organic matter supply Mass flow of oxidizer supply to the gasification reactor, which is preheated by a heat exchanger of the gas produced;
  • the process described here allows greater efficiency in reducing pollutants, such as dioxins and furans, compared to other gasification processes.
  • the reactor object of the present invention has its inner sections separated by helical turns located on the inner cylindrical surface of the cylinder defining a supply and drying section, pyrolysis sections, a partial oxidation section and a gasification section.
  • the gasification reactor comprises a cylinder arranged in a horizontal position, which has at its ends some perimeter rolling tracks that rest on rollers fixed to the support structure of the reactor assembly.
  • the rollers are part of a driving system consisting of two synchronized variable speed gear motors that facilitate controlled angular movement in both directions, being able to conform a rotational movement of controlled speed. This movement facilitates the homogenization of the process and the progress of the product in each of the zones.
  • the perimeter rolling tracks are adequately sized to absorb the different dilations throughout the reactor.
  • blades Inside it has a set of angled blades with a special profile, which act as buckets in both directions of rotation and are attached to the inner body.
  • the blades are arranged in the interior perimeter of the reactor in different positions and angles to facilitate the transport of solid matter and its homogenization and mixing, which improves thermochemical processes.
  • the gasification reactor has at its ends fixed covers in which the ducts that allow the supply of organic matter, the oxidizer and the gasifying agent are placed. Inside the reactor there is a fixed tube centered along its axial axis and fixed in the fixed end caps. In said tube the different temperature probes for each section are placed and ducts that allow the evacuation of non-gases to the outside are placed inside desired from the deoxygenation and desulfurization zone of the pyrolysis stage.
  • the generated water vapor is extracted and transported through a conduit outside the reactor to the gasification section, where it is added, favoring the production of H 2.
  • this injection system is composed of different ducts that transport the oxidizer and that are adjustable to control both the position and the angles of incidence of the injection fluxes of the oxidizer with respect to of the axial axis of the reactor.
  • the reactor contour has a set of perforations as windows.
  • a gas extraction hood is placed on the set of windows to guide them and in the lower part a hopper is placed to collect the ashes.
  • a spiral-shaped conduit is placed that runs through it from one end to the other, forming a continuous helicoid through which the return flow of the gases produced in the reactor circulates to promote heat exchange, Contribute to maintain thermal equilibrium and achieve high thermochemical efficiency of the different processes.
  • a fixed cylinder or sleeve which acts as a conduit for the gases, together with the spiral located outside the cylindrical body of the reactor.
  • Said outer shirt of Gasification reactor is divided into two parts, upper and lower, to facilitate assembly and maintenance.
  • refractory bricks are available to allow the temperature to exceed 1000 ° C, guaranteeing the durability of the reactor and prolonging its useful life.
  • the reactor body and most of its structural elements are made of refractory steel.
  • the designed system contemplates the possibility of incorporating more water in the event that the organic matter is in deficit as well as it can evacuate water vapor in case it is required to regulate the gasification process.
  • the gasification reactor incorporates an industrial gas chromatograph that provides information on the composition of the gas at short intervals of time (between a few seconds and several minutes). Following these data and depending on the concentration of carbon monoxide and hydrogen, the flow rate of the oxidizer, the speed of rotation of the reactor, the speed of the inlet valve of the organic matter and the flow of water vapor are modified. It enters the reactor thus managing to regulate the gasification process in its entirety. With this it is possible to correct in a high percentage the fluctuations in the composition of the gas and its calorific power due to the heterogeneity of the processed organic matter.
  • Figure 1 Two perspectives of the reactor assembly are shown.
  • Figure 2 two perspectives of the reactor assembly without the insulation panels are shown
  • the reactor and most of its structural elements are made of refractory steel.

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Abstract

Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos y procedimiento para la obtención de gas en dicho reactor en el cual el proceso se produce en un único reactor horizontal rotatorio, donde las etapas ocurren en secciones interiores separadas por espiras helicoidales y que mediante el análisis de los gases de síntesis mediante un cromatógrafo de gases colocado a la salida del reactor se puede variar los parámetros del procedimiento.

Description

Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos y procedimiento para la obtención de gas en dicho reactor
Sector técnico de la invención
La presente invención tiene por objeto un reactor para la obtención de un gas, que podemos denominar "gas de síntesis" o "Syngas", por la gasificación de la biomasa o cualquier otro tipo de residuos orgánicos, donde todas las etapas del procedimiento ocurren en secciones interiores separadas por espiras helicoidales, y del procedimiento para la obtención de dicho gas en el reactor, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de secado, pirólisis, oxidación parcial de la biomasa o residuo orgánico así como las reacciones propias de gasificación en la última fase térmica del reactor de gasificación .
Estado de la técnica
La gasificación es un proceso de transformación, mediante oxidación parcial a temperatura elevada, de una materia prima en un gas con un moderado poder calorífico y susceptible de ser utilizado en una caldera, en una turbina de gas o en un motor de combustión interna. Sus ventajas son las siguientes:
• Flexibilidad en la alimentación: Todas las materias primas que contienen carbono, como residuos peligrosos, residuos sólidos urbanos, residuos industriales, fangos de depuradora, biomasa, etc., pueden ser gasificadas;
• Alimentación de bajo coste (incluso coste negativo) . Es la tecnología más adecuada para muchas aplicaciones industriales;
• Mayor eficiencia y menor impacto medioambiental comparado con los sistemas de combustión cuando se trata de producir electricidad con bajo coste a partir de materiales sólidos;
El proceso de gasificación puede ser adaptado incorporando tecnologías avanzadas para la concentración de dióxido de carbono con un reducido impacto en los costes y la eficiencia térmica. Esta característica será uno de los factores más importantes para la selección de tecnología en las futuras plantas de energía;
Es más fácil eliminar las emisiones de azufre y óxidos de nitrógeno en los productos de la gasificación. En general, el volumen de gas combustible procesado en una planta de gasificación para su limpieza es la tercera parte que el que correspondería a una central eléctrica convencional. Esto repercute en una reducción de costes en los equipos de prevención de la contaminación. Las plantas de gasificación también pueden configurarse, si es necesario, para alcanzar un nivel cero de emisiones;
Las cenizas pueden depositarse en un vertedero, sin costes añadidos de tratamiento, usarse como materiales de construcción o ser procesados posteriormente para obtener productos de valor añadido, llevando a una planta de descarga cero, sin producción de residuos sólidos.
Según los procesos de gasificación, la biomasa se somete a un proceso a elevada temperatura para la obtención de un gas compuesto fundamentalmente por monóxido de carbono (CO) dióxido de carbono (C02) , hidrógeno (H2) y metano (CH4) , Nitrógeno (N2) cuando se utiliza el aire como agente gasificante, así como otras sustancias. La gasificación de la biomasa tiene como objetivo utilizar los gases producidos para utilizarlos en la producción de energía eléctrica en calderas, turbinas de gas o motores de combustión interna. Según otra aplicación, el proceso de gasificación puede ser configurado para producir combustibles y/o productos químicos valorizables por su empleo como materias primas en otros procesos de la industria química. Normalmente el proceso se realiza con un aporte de oxígeno en defecto, es decir por debajo del estequiométrico necesario para la oxidación completa. Ésta característica distingue a la gasificación de otros procesos termoquímicos como la combustión (oxidación completa, generalmente con exceso de oxígeno) y la pirólisis (descomposición térmica en ausencia de oxígeno) . Tanto el CO y el H2 mayoritariamente como el CH4 y el C2H4 minoritariamente, son los responsables de conferirle al gas de síntesis su potencia calorífica, ya que pueden reaccionar con oxígeno . La gasificación de residuos orgánicos tiene lugar en cuatro etapas :
1. Secado: es la fase de evaporación de la humedad contenida en la materias prima;
2. Pirólisis: es la fase de descomposición térmica en ausencia de oxígeno. Ocurre a unos 300 - 500° C.
En ella se desprenden los componentes más volátiles. Debido a que la cantidad de oxígeno en el interior del reactor es insuficiente, algunos de estos volátiles no se podrán eliminar, dando lugar a alquitranes contaminantes;
3. Combustión: oxidación parcial del carbono fijo (char) que ha quedado tras la pirólisis. Ocurre a una temperatura media de 1200 °C.
4. Gasificación propiamente dicha: reacciones a partir de las cuales se incrementa la cantidad producida de gases combustibles deseables. El proceso descrito es normalmente endotérmico, por lo que para que tenga lugar es necesario un aporte de energía. Dicho aporte de energía puede realizarse bien desde una fuente externa o bien mediante la oxidación de una parte del sólido a gasificar. En este último caso, en el que en el interior del reactor se dan reacciones tanto endotérmicas como exotérmicas, es importante controlar la relación sólido/aire para conseguir que el calor aportado por unas sea igual al absorbido por las otras. Este proceso recibe el nombre de autotérmico.
En un proceso completo de gasificación, tienen lugar básicamente las siguientes reacciones:
Oxidación (reacciones exotérmicas)
Completa: C + 02 ^ C02 (reacción 1)
Incompleta: ► C + ½ 02 CO (reacción
2)
Gasificación
C + C02 2CO (reacción 3) C + 2H2 CH4 (reacción 4) C + H20 CO + H2 (reacción 5)
Reacción "shift" (exotérmica)
CO + H20 C02 + H2 (reacción 6) Metanización (exotérmica)
CO + 3 H, CH4 + H20 (reacción 7)
La reacción "shift" es una reacción exotérmica de oxidación total del monóxido de carbono a dióxido de carbono.
La materia prima en presencia de oxígeno sufrirá oxidación (reacción 1) .
Debido a que el oxígeno que se introduce en el reactor es insuficiente para una oxidación completa, se favorece la presencia de CO (reacción 2) . El exceso de materia orgánica reacciona con los gases presentes (principalmente C02 y H20, reacciones 3 y 5) . Las reacciones 5 y 6 están favorecidas por la presencia de vapor de agua, lo que favorece a su vez la producción de H2. La formación de metano (reacción 7), está favorecida por altas presiones.
Asi, en el proceso de gasificación, una gran parte de la energía química contenida en el sólido se concentra en energía química contenida en un gas. Este gas se puede utilizar de forma mucho más flexible (como materia prima de procesos químicos o como combustible en calderas, motores de combustión interna o turbinas de gas) . Los residuos del proceso de gasificación son las cenizas. Según la naturaleza de las cenizas, éstas pueden utilizarse como materia prima para materiales de construcción, fertilizantes, fabricación de vidrio, o como cargas complementarias, por ejemplo en la fabricación de plásticos, entre otros. En el caso de no ser aprovechable, el residuo resultante es mínimo, por lo que los costes de su tratamiento y/o transporte serán también mínimos .
Pueden ser gasificados aquellos materiales con un alto contenido en carbono, tales como cualquier tipo de carbón, biomasa y residuos orgánicos.
Así, un aspecto de la presente invención radica en la optimización del proceso de gasificación mediante un reactor de gasificación diseñado para ello. Descripción de la invención Descripción del procedimiento
La presente invención consiste en un procedimiento para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos, que comprende las siguientes etapas:
1. Suministro y Secado
• Se realiza el transporte de la biomasa o el residuo orgánico al interior del reactor.
• Temperaturas entre 25°C y 250°C.
• Ocurre el proceso de deshidratación .
• El vapor obtenido se utilizará en fases posteriores.
2. Pirólisis:
Presenta cuatro subetapas:
2.1 Desoxigenación y desulfuración:
• Temperaturas entre 250°C y 340°C.
• Se producen gases ácidos no deseables, como HC1 y H2S.
• Los gases ácidos se extraen para que no se mezclen en fases posteriores y provoquen desequilibrios indeseables .
2.2 Degradación polimérica 1.
• Temperaturas entre 340°C y 400°C.
• Se producen gases como el metano e hidrocarburos alifáticos ligeros.
2.3 Pirólisis propiamente dicha:
• Temperaturas entre 400°C y 500°C.
• Se producen compuestos volátiles y gases.
2.4 Degradación polimérica 2:
• Temperaturas entre 500°C y 600°C.
• Se producen gases como C02, H2 y CO. • Facilita un mejor control de la fase posterior de oxidación .
3. Oxidación parcial :
• Se producen reacciones de oxidación (exotérmicas), fundamentalmente de la materia orgánica sólida (char) que ha llegado hasta esta etapa después de su degradación en las etapas térmicas anteriores, con un comburente, preferiblemente 02, donde se alcanza una temperatura punta de 1200°C.
• El comburente se introduce directamente en esta zona del reactor donde tiene lugar la oxidación parcial en una proporción inferior a la estequiométrica necesaria para la oxidación total.
• La alta temperatura garantiza el craqueo térmico de componentes volátiles, que darían lugar a hidrocarburos condensables (alquitranes) , lo que reduce la cantidad de condensados existentes en el gas, facilitando el proceso posterior de acondicionamiento del gas y garantizando el uso de este como combustible en motores de combustión.
4. Gasificación propiamente dicha
• Temperatura de 850 °C.
• Se producen reacciones heterogéneas (solido-gas) entre el carbono que ha quedado sin trasformar (char) y gases como el C02, H2 o el H20 (vapor) donde se genera H2, CO y CH4
• Se introduce vapor de agua proveniente de la etapa 1, lo que incrementa el poder calorífico del gas producido ya que aumenta la concentración de H2.
El proceso comprende también el control de los diversos parámetros, en particular:
• Caudal másico de suministro de materia orgánica; Caudal másico de suministro de comburente al reactor de gasificación, el cual es precalentado mediante un intercambiador de calor del gas producido;
Caudal másico de vapor de agua suministrado en la etapa de gasificación;
Temperaturas en cada zona térmica del reactor;
Análisis de los gases obtenidos en el proceso de gasificación; en función del gas obtenido se variará el caudal o la proporción de los suministros de comburente y vapor de agua al reactor. En función de estos valores podrá variarse la alimentación de materia orgánica y la velocidad de rotación del reactor.
El proceso aquí descrito, permite una mayor eficiencia en la reducción de contaminantes, como dioxinas y furanos, con respecto a otros procesos de gasificación.
Descripción del reactor
El reactor objeto de la presente invención tiene sus secciones interiores separadas por espiras helicoidales situadas en la superficie cilindrica interior del cilindro que definen una sección de suministro y secado, unas secciones de pirólisis, una sección de oxidación parcial y una sección de gasificación.
El reactor de gasificación comprende un cilindro dispuesto en posición horizontal, que presenta en sus extremos unas vías de rodaduras perimetrales que se apoyan sobre unos rodillos fijados a la estructura de soporte del conjunto del reactor. Los rodillos, forman parte de un sistema motriz constituido por dos motores reductores sincronizados de velocidad variable que facilitan el movimiento angular controlado en ambos sentidos, pudiendo conformar un movimiento rotatorio de velocidad controlada. Este movimiento facilita la homogenización del proceso y del avance del producto en cada una de las zonas. Las vías de rodaduras perimetrales se encuentran dimensionadas adecuadamente para absorber las diferentes dilataciones a lo largo del reactor.
Presenta interiormente un conjunto de palas anguladas de perfil especial, que actúan como cangilones en ambos sentidos de rotación y que están unidas al cuerpo interior. Las palas se disponen en el perímetro interior del reactor en diferentes posiciones y ángulos para facilitar el transporte de la materia sólida y su homogenización y mezcla, lo que mejora los procesos termoquímicos .
Adicionalmente presenta unas espiras helicoidales unidas al cuerpo interior situados de forma que obliga al avance del producto y separa las secciones interiores del reactor en zonas térmicas donde se producen los diferentes procesos termoquímicos. Las espiras presentan una configuración determinada en el dimensionamiento y en la longitud del paso, para adecuar los tiempos de retención de la materia en cada zona . El reactor de gasificación presenta en sus extremos unas tapas fijas en las que se colocan los conductos que permiten suministrar la materia orgánica, el comburente y el agente gasificante . En el interior del reactor se dispone un tubo fijo centrado a lo largo de su eje axial y fijado en las tapas fijas de los extremos. En dicho tubo se colocan las diferentes sondas de temperatura para cada sección y por su interior se colocan conductos que permiten la evacuación al exterior de gases no deseados desde la zona de desoxigenación y desulfuración de la etapa de pirólisis.
En la sección inicial de secado del residuo, el vapor de agua generado es extraído y transportado mediante un conducto por el exterior del reactor a la sección de gasificación, donde se adiciona, favoreciendo la producción de H2.
En la sección de oxidación parcial se inyecta comburente en la zona térmica determinada, este sistema de inyección se compone de diferentes conductos que transportan el comburente y que son ajustables para controlar tanto la posición como los ángulos de incidencia de los flujos de inyección del comburente respecto del eje axial del reactor.
En el extremo de salida, el contorno del reactor presenta un conjunto de perforaciones a modo de ventanas. Una campana de extracción de gases se sitúa sobre el conjunto de ventanas para el guiado de los mismos y en la parte inferior se coloca una tolva para la recogida de las cenizas.
En la superficie cilindrica exterior del reactor se coloca un conducto en forma de espira que lo recorre desde un extremo al otro, formando una helicoide continua por la que circula el flujo de retorno de los gases producidos en el reactor para favorecer el intercambio de calor, contribuir a mantener el equilibrio térmico y conseguir una elevada eficiencia termoquímica de los diferentes procesos. Exteriormente al cuerpo cilindrico del reactor se dispone un cilindro fijo o camisa, que actúa como canal de conducción de los gases, conjuntamente con la espiral situada en el exterior del cuerpo cilindrico del reactor. Dicha camisa exterior del reactor de gasificación se divide en dos partes, superior e inferior, para facilitar su montaje y mantenimiento.
Debido a que las temperaturas a lo largo del cilindro del reactor y la camisa varían, también lo hace la dilatación propia de ambos elementos y para ello se ha dispuesto en el extremo final, en que las temperaturas son iguales, un sistema de roldanas que fijan la posición del reactor y al camisa, en la zona en que hay salidas comunes, con lo que las dilataciones de ambos viene en el sentido longitudinal hacia el principio del reactor. En dicho punto se han dispuesto unos elementos de cierre, que garantizan la NO fuga de gases y que permiten la libertad de dilatación. También las dilataciones trasversales o perimetrales y por tanto diametrales, son diferentes, por lo que se ha dispuesto que la camisa exterior, va colgada de unas varillas con regulación y deslizantes, que permiten ajustar inicialmente las distancias y permitir la libertad de dilataciones durante el funcionamiento.
Todas estas medidas, permiten un funcionamiento correcto de todos los elementos, con lo que se garantiza una mayor duración . Todas las partes mencionadas, permiten un fácil acceso para posibilitar un control y mantenimiento eficaz.
En el área del reactor donde se produce la fase de oxidación parcial, se dispone de unos ladrillos refractarios para permitir sobrepasar la temperatura de 1000°C garantizando la durabilidad del reactor y la prolongación de su vida útil.
El cuerpo del reactor y la mayor parte de sus elementos estructurales están fabricados en acero refractario. Así, se obtienen las siguientes ventajas en:
• Separación de las diferentes fases termoquímicas del proceso de gasificación en un único reactor.
• Se aprovecha de la humedad propia del residuo, en forma de vapor, para favorecer el proceso de gasificación, incrementando así el poder calorífico del gas obtenido y mejorando por tanto el rendimiento global del proceso reduciendo así el consumo de agua en un balance total.
• Control del equilibrio térmico a lo largo de todo el reactor mediante la recirculación a través de su camisa exterior de los gases producidos y a elevada temperatura.
• Alta eficacia en la destrucción térmica de alquitranes gracias a que la zona de oxidación parcial, donde existe un punto máximo de temperatura superior a 1000 °C, se encuentra situada entre las etapas de pirólisis y la de gasificación final, a diferencia de los hornos rotatorios. No obstante, la porción de alquitranes que se produzca será separada y condensada en la fase posterior de depuración de los gases y recirculada directamente hasta esta zona de máxima temperatura.
• Buena respuesta en el procesamiento de residuos orgánicos heterogéneos, a diferencia de los hornos estáticos.
• Permite trabajar con una amplia variedad de materias orgánicas independientemente de su contenido en volátiles, inertes y sales metálicas, lo cual no es viable en hornos estáticos .
• Permite variar la velocidad de rotación, mediante el grupo motor reductor, alimentado por variador de frecuencia; esto da la posibilidad de variar los tiempos de residencia del material en función de su comportamiento cinético y termodinámico .
• Favorece la reducción de dioxinas y furanos ya que el reactor es capaz de permitir que se supere el tiempo de exposición necesario para su degradación (más de 2 segundos a una temperatura superior a 800°C.)
El sistema diseñado contempla la posibilidad de incorporar más agua en caso de que la materia orgánica se encuentre en déficit asi como también puede evacuar vapor de agua en caso de que se requiera para regular el proceso de gasificación.
El reactor de gasificación lleva incorporado a su salida un cromatógrafo de gases industrial que proporciona información de la composición del gas a cortos intervalos de tiempo (entre unos segundos y varios minutos) . A raíz de estos datos y en función de la concentración de monóxido de carbono e hidrógeno se modifica el caudal del comburente, la velocidad de giro del reactor, la velocidad de la válvula de entrada de la materia orgánica y el caudal de vapor de agua que entra en el reactor consiguiendo asi regular el proceso de gasificación en su totalidad. Con esto se consigue corregir en un alto porcentaje las fluctuaciones en la composición del gas y de su poder calorífico debido a la heterogeneidad de la materia orgánica procesada .
Descripción de las figuras
Figura 1: se muestra dos perspectivas del conjunto del reactor. Figura 2 : se muestra dos perspectivas del conjunto del reactor sin los paneles de aislamiento
Figura 3 sección del cilindro del reactor
Figura 4 vista superior del reactor
Figura 5 alzado del reactor
Figura 6 vistas laterales derecha e izquierda del reactor Figura 7 Sección transversal del reactor Lista de referencias utilizadas
1. alimentación de combustible mediante rosca dosificadora
2. alimentación comburente mediante 5 conductos de soplado
3. tubo central para sondas de temperatura y salida de gases no deseados
4. extracción de vapor de agua
5. inyección de vapor de agua en la zona de reducción
6. cuerpo del reactor
6.1 a 6.7. espiras separación zonas de proceso
7.1 a 7.7. palas anguladas
8.1 tapa cierre entrada de combustible
8.2 tapa cierre final con entrada de comburente y vapor
9. apertura salida de gases y cenizas
10. espira distribuidora de gases calientes
11. camisa exterior canalización de gases
12. campana salida de gases
13. tolva salida de cenizas
14. boca salida gases reactor a separación de partículas
15. boca entrada gases depurados
16. salida gases a recuperación de energía, para calentamiento del comburente
20. estructura soporte reactor
21. grupo motor reductor tracción reactor
22.1, 22.2. rodillos tractores con margen de dilatación
23.1, 23.2. rodillos soporte con roldanas para fijación dilataciones
24. placa soporte colector inyección de comburente
25. soportes camisa exterior
26. paneles de aislamiento
Realización preferente de la invención
Una realización preferente de la invención es la representada en las figuras que acompañan la presente memoria. El procedimiento y el reactor representado en la figura están descritos anteriormente con la suficiente claridad y detalle para que un experto en la materia los pueda realizar.
En esta realización preferente el reactor y la mayor parte de sus elementos estructurales están fabricados en acero refractario .

Claims

Reivindicaciones
1) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos de los que comprenden una estructura de soporte del reactor y un cilindro dispuesto en posición horizontal caracterizado porque todas las etapas del proceso de gasificación ocurren en secciones interiores de dicho reactor separadas por espiras helicoidales situadas en la superficie cilindrica interior del cilindro que definen al menos, una sección de suministro y secado, una sección de pirólisis, una sección de oxidación parcial y una sección de gasificación .
2) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque en la superficie interior del cilindro se dispone una pluralidad de palas, y unas tapas fijas situadas en los extremos del cilindro en las que van situadas los conductos que suministran la materia prima, el comburente y el agente gasificante .
3) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 2 caracterizado porque el cilindro presenta en sus extremos unas vías de rodadura perimetrales , que se apoyan en unos rodamientos fijados en la estructura de soporte del reactor, dimensionadas de tal manera que absorben las dilataciones a lo largo del reactor.
4) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 3 caracterizado porque presenta un sistema motriz que transmite al cilindro un movimiento rotatorio de velocidad controlada en ambos sentidos .
5) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque se dispone un tubo fijo a lo largo del eje axial del cilindro en el cual se sitúan las sondas de temperatura de cada sección del cilindro y conductos que permiten la evacuación al exterior de gases no deseados producidos en la sección de pirólisis.
6) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque un conducto exterior al cilindro transporta el vapor producido en la sección de suministro y secado a la sección de gasificación.
7) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque en la sección de oxidación parcial se dispone un sistema de inyección de comburente que comprende diferentes conductos que son ajustables para controlar tanto la posición como los ángulos de incidencia de los flujos de inyección del comburente respecto del eje axial del reactor.
8) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque en uno de los extremos del cilindro, el contorno del reactor presenta un conjunto de perforaciones a modo de ventanas, una campana de extracción de gases se sitúa sobre el conjunto de ventanas para el guiado de los mismos y en la parte inferior se coloca una tolva para la recogida de las cenizas .
9) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque en la superficie cilindrica exterior del reactor se coloca un conducto en forma de espiral que lo recorre desde un extremo al otro, formando una helicoide continua por la que circula el flujo de retorno de los gases producidos en el reactor para favorecer el intercambio de calor.
10) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque exteriormente al cuerpo cilindrico del reactor se dispone un cilindro fijo o camisa, que actúa como canal de conducción de los gases, conjuntamente con la espiral situada een la superficie cilindrica exterior del reactor, dicha camisa exterior del reactor de gasificación se divide en dos partes, superior e inferior, para facilitar su montaje y mantenimiento.
11) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 10 caracterizado porque se ha dispuesto en el extremo final un sistema de roldanas que fijan la posición del reactor y al camisa, en la zona en que hay salidas comunes, en dicho punto se han dispuesto unos elementos de cierre, que garantizan la no fuga de gases y que permiten la libertad de dilatación.
12) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 10 caracterizado porque se ha dispuesto que la camisa exterior, va colgada de unas varillas con regulación y deslizantes, que permiten ajustar inicialmente las distancias y permitir la libertad de dilataciones durante el funcionamiento.
13) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 1 caracterizado porque en la sección de oxidación parcial, se dispone de unos ladrillos refractarios para permitir sobrepasar la temperatura de 1000°C.
14) Reactor para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos industriales según reivindicación 1 caracterizado porque a la salida de los gases de síntesis se instala un cromatógrafo de gases industrial.
15) Procedimiento para la obtención de gas utilizando el reactor según las reivindicaciones anteriores a partir de biomasa o residuos orgánicos de los que comprenden las siguientes etapas: a) Suministro de la biomasa o el residuo orgánico al interior del reactor.
b) Secado a temperaturas entre 25°C y 250°C.
c) Pirólisis: que comprende desoxigenación y desulfuración, degradación polimérica, pirólisis y degradación polimérica 2.
d) Oxidación parcial .
e) Gasificación.
Caracterizado porque el vapor producido en la etapa de suministro y secado se utiliza en la etapa de gasificación, los gases ácidos generados en la etapa de pirólisis se extraen al exterior y el comburente, precalentado por el gas, se introduce directamente en la etapa de oxidación parcial .
16) Procedimiento para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 14 caracterizado porque se controlan los siguientes parámetros:
a) Caudal másico de suministro de biomasa o residuos orgánicos;
b) Caudal másico de suministro de comburente al reactor de gasificación, ;
c) Caudal másico de vapor de agua suministrado en la etapa de gasificación;
d) Temperaturas en cada zona térmica del reactor;
e) Análisis de los gases obtenidos en el proceso de gasificación .
17) Procedimiento para la obtención de gas a partir de biomasa o residuos orgánicos según reivindicación 15 caracterizado porque en función de los resultados del análisis del gas se varia el caudal de los suministros de comburente, vapor de agua al reactor, biomasa o residuos orgánicos y la velocidad de rotación del reactor.
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