WO2015059328A1 - Procedimiento y reactor para el acondicionamiento de una corriente de gas proveniente de un gasificador, craqueo térmico de alquitranes y reformado con vapor - Google Patents
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Definitions
- the present invention belongs to the field of the treatment of the gas stream from a gasifier of organic solid materials and in particular to the process for the conditioning of an outlet gas stream of a gasifier, the performance of reactions of thermal cracking of tars and steam reforming of the remaining carbon water for the subsequent energy recovery of said gas.
- the invention also refers to a thermal cracking and steam reforming reactor by which the invention is applied.
- the present invention relates to equipment and a method for promoting thermal cracking of the tars present in the gas stream of a gasifier and steam reforming of the remaining or unburned carbon (char).
- Gasification is a thermochemical process by which a carbonaceous material is transformed into combustible gases in the presence of a gasifying agent.
- tars which are easily condensable organic compounds, which can cause operational problems in the equipment where the gas will be used.
- One of the ways to solve the problem of tars is the catalytic reforming with water vapor, by means of which the tars are cracked and transformed into lighter gases.
- said problem is addressed by focusing on the application of thermal cracking of the tars present in the gas stream from the gasification.
- Gases from gasification mainly contain CO, C0 2 , H 2 and light hydrocarbons in different proportions, depending on the origin of the raw material used and the operating conditions of the process.
- Other products are also generated next to gas: a carbonaceous solid residue (char gasification) and a mixture of water vapor and condensable organic compounds, called tars, which are carried by the gas and which, due to their ease of condensation, represent a risk for the equipment in which the gas obtained is used.
- the gasification process performance and the characteristics of the gaseous product depend mainly on the reaction conditions (temperature, pressure, gasifying agent and reaction time), on the type of reactor used (updraft or downdraft fixed bed, fluidized bed, drag of gas, etc.) and of the gas cleaning system applied whether cold cleaning systems such as filters, scrubbers or hot cleaning by cracking tars, either thermal or catalytic.
- the present invention has developed an innovative process of tar cracking and steam reforming carried out in a specific reactor, which is also the subject of the present invention.
- the present invention also relates to an equipment (thermal cracking and reforming reactor) in a certain configuration in relation to a gasifier, which allows the treatment of the gas stream with means that do not affect the normal operation of the gasifier.
- patent n and ES2319026 relates to a method for the use of glycerine as biomass, for the production of energy in a gasification process by spraying gases, based on the use of a mixture of oxygen, steam and atmospheric air as gasifying agents, which are introduced into a gasification chamber at temperatures above 900 ° C, so that the gas obtained passes to a reformer in which, also at temperatures above 900 ° C , the set of partial oxidation / thermal cracking reactions is completed in presence of metal oxides and, subsequently, a hot click is made to retain ashes larger than 5 microns and the gas is cooled abruptly through a basket-type evaporator.
- patent EP0801670 refers to a procedure and a steam cracking installation comprising the injection of erosive dusts to perform a scratch of at least partial incrustation of the temper exchangers, without interrupting the cycle steam cracking.
- the powders preferably injected just before the temper exchangers, are separated from the cracked gases in primary gas / solid separators, provisionally stored in controlled temperature receiving drums, and evacuated to a common storage and / or treatment module. of these powders by pneumatic transfer by means of a relatively small flow of non-condensable gas.
- the process and the installation can be used to collect solid fragments generated by the injection of chemical compounds used as catalysts in the gasification by steam of coke.
- EP0328216 which relates to a process for thermal cracking of residual hydrocarbon oils comprising the following steps:
- step 2 2) separating the cracked products from step 1 into (a) a gaseous fraction containing synthesis gas, (b) one or more hydrocarbon distillate fractions and (c) a cracked residue;
- step 3 separating the cracked residue from step 2 into one or more heavy hydrocarbon oils relatively poor in asphaltenes and in one or more heavy hydrocarbon oils relatively rich in asphaltenes;
- the present invention has the overall advantage that the components that come from a gas stream leaving a gasifier are subjected to consecutive combustion stages of a fraction of the gas stream, thermal cracking and steam reforming, thus reducing considerably the unwanted products of said gas stream from a gasification process, such as tars, considerably increasing the thermal efficiency of the system in terms of the conversion of solid fuel fractions Organic and condensable vapors (tars) to gas refers.
- the objective of the present invention is a process that reduces the content of tars present in the gas stream from a gasifier, significantly simplifying the subsequent treatment of the gas, in which the operations resulting from a condensation of tars, and affects the significant decrease in energy consumption for the treatment of washing waters of said stream with the presence of tars.
- Figure 1 It is a schematic view of the reactor object of the present invention where:
- the present invention pertains to the field of the treatment of a gas stream from a gasifier of organic solid materials and in particular to the process for conditioning the gas stream from the outlet of a gasifier, the performance of thermal cracking reactions of tars and steam reforming of the remaining carbon water for the subsequent energy recovery of said gas.
- the invention also refers to a thermal cracking and steam reforming reactor by which the invention is applied.
- the reactor of the present invention has a single continuous body comprising a distributor (1), a thermal cracking chamber (2), a reforming chamber (3) and a heat exchanger (4).
- distributor (1) is understood as the initial section of the reactor, which receives the gas stream from a gasifier for its conditioning and comprising a device (1 ') located inside said distributor (1), concentrically to the reactor and in an axial direction to the gas stream.
- This device () has an annular section (13) that functions as a continuous evaporation chamber.
- a continuous evaporation chamber is understood as the device or part of the device in which a process is carried out in which water enters through one end of said device or part of the device and exits in the form of steam and continuously at the opposite end of said device or part of said device.
- the amount of water entering the device or part of the device at the end where the inlet is located is equal to the amount of steam produced and leaving the device or the part of the device where the steam outlet is located at the opposite end .
- Continuous evaporation processes are also known as instant vaporization.
- Said device (), as shown in Figure 2, comprises a first part (14a) in an inverted trunk-conical shape, which has a plurality of water inlet tubes (6) that flow into an annular section (13), distributing the water along said annular section (13), until it is converted into steam by a plurality of holes (6 X ) located in the lower part of said device ().
- Said annular section (13) functions as a continuous evaporation chamber.
- the water inlets (6) also allow fixing said device (1 ') to the reactor body.
- the device () has an internal cavity (14) through which it penetrates between 6-10% of the gas stream entering the distributor (1).
- the device () has a second part or oblong cylindrical chamber (14b), which has a plurality of oxidizing agent inlets (7), which penetrate the internal cavity (14) of the device () through the annular section (13) thereof, so that said internal cavity (14) of said device (1 ') communicates with the exterior of the reactor, for supplying the oxidizing agent.
- the oxidizing agent inlets (7) are located at an acute angle with the outer wall of the oblong cylindrical chamber (14b), and in an upward direction with respect to the bottom of the device (), forming an angle of between 5 and - 10 e with the transverse axis of said device (). Said oxidizing agent inputs (7) also act as support for this device () providing great rigidity to the whole assembly.
- the device (1 ') ends with a truncated conical section (14c) which has in the larger part a plurality of holes (6') oriented towards the internal cavity (14) of the device () and by said holes (6 X ) the water vapor that forms in the annular section (13) of said device (1 ') is made.
- the device (1 ') has been specially designed to fulfill the following functions:
- thermal cracking chamber (2) is understood as the section adjacent to the distributor (1), in which the thermal cracking reactions of the tars present in the gas stream of the gasifier occur.
- a reforming chamber (3) is understood as the section adjacent to the thermal cracking chamber (2), wherein said reforming chamber (3) comprises a narrowing in its initial part.
- a plurality of water inlets (8) are located in said reforming chamber (3) .
- heat exchanger (4) is understood as the section of the reactor in which said closed-type heat exchanger (4) is located externally extending longitudinally to the outlet of the product gas stream (eleven ).
- the heat exchanger (4) is understood as the section adjacent to the reforming chamber (3) and in said heat exchanger (4) a thermal oil is recirculated with an inlet temperature of 250 e C and an outlet temperature of 350 e C. Said thermal oil enters the heat exchanger (4) through the inlet (9) and exits through the outlet (10).
- the output of the product gas stream (1 1) is located. Said output of the product gas stream (1 1) is located laterally to the reactor.
- the solid waste outlet and the access for cleaning the reactor (12) is an inverted truncated conical section located at the bottom and bottom of the reactor. In said section, mechanical means for solid waste disposal are coupled.
- the present invention relates to a reactor in which a process is carried out for the conditioning of the outlet gas stream of a gasifier, the performance of thermal cracking reactions of tars and the steam reforming of the remaining or unburned carbon (char).
- the reactor object of the present invention works by passing the gas stream from a gasification process, which is between 750 and 800 e C through the distributor (1) in which the device (1 ') is located. , whereby the entry of between 6-10% of the total gas stream entering the distributor (1) occurs. Said fraction of the gas stream circulates through the internal cavity (14) of the device (), mixing with the oxidizing agent that penetrates said internal cavity (14) into the oblong cylindrical chamber (14b).
- the oxidizing agent used in the present invention can be selected from oxygen, air or mixture of the foregoing.
- the oxidizing agent inlets (7) can be twelve inlets arranged 30 e to each other and the water inlets (6) in the device () can be three inlets, arranged 120 s to each other.
- the device () directly treats with the oxidizing agent only a fraction (6-10%) of the total gas stream entering the reactor, where said fraction of the gas stream comes into contact with the oxidizing agent, producing combustion reactions that increase the temperature of said fraction of the gas stream to 1200 e C at the end or end of the device (), forming an oxidation zone.
- the preheating, mixing and reaction device () has been designed only to combuste a fraction of the gas stream, from 6-10% of the total gas stream that comes from a gasifier, said stream being mixed of gas with the oxidizing agent and water vapor. In this way the gas stream entering the distributor (1) of the reactor of the present invention is conditioned.
- a turbulent regime is created in the gas stream that favors the mixing in the thermal cracking chamber (2) of the fraction of said gas stream that has been in contact with the oxidizing agent in the internal cavity (14) of the device () with the rest of the gas stream.
- the mixture comprising the gas stream, together with the oxidizing agent and the water vapor, reaches a temperature of 900 e C, the thermal cracking reactions of the tars present in said gas stream.
- the gas stream continues and passes to a reforming chamber (3), a turbulent regime occurring in said gas stream due to the narrowing present in the initial part of said reforming chamber (3).
- This turbulent regime favors the mixing of said gas stream with the water that enters said reforming chamber (3) through the water inlets (8).
- the water inlets (8) can be six inlets and be arranged at 60 e to each other and at an angle of inclination with respect to the axial axis of the reactor of 60 e .
- water vapor reforming reactions of the gas stream are carried out, in a temperature range between 900 e C inlet to 650 e C at the exit of this chamber reforming (3), all without condensation of steam inside said reforming chamber (3).
- the water that is incorporated into the gas stream through the water inlets (8) regulates the temperature in this reforming chamber (3).
- both chambers (2) and (3) are communicated with each other, since the reactor is a single continuous body.
- the gas stream then passes through the reactor section where the heat exchanger (4) is located outside, in which a thermal oil is used as a fluid, which enters through the inlet (9) at a temperature of 250 e C and it exits through the outlet (10) at approximately 350 e C.
- This section of the reactor is the zone of thermal exploitation, and the average temperature of the exchange surface is in no case less than 270 e C, to avoid condensation on the walls of this section of the reactor of the tars that could remain in the gas stream, a frequent situation in many known systems that cause the installation to collapse in short periods of operation. This is one of the reasons why the fluid used in the heat exchanger (4) is a thermal oil and not water, avoiding the temperature decrease below 250 e C.
- said gas At the outlet of the current of product gas (1 1), said gas has a temperature between 340-400 e C.
- the major advantage of the present invention is that the content of tars decreases markedly in the product gas stream, above 90%, more specifically about 93% of the total content.
- the gas stream undergoes a loss of calorific power, due to the combustion of a fraction of said gas stream, which is partially compensated when produced, due to the steam reforming reactions of water, combustible gaseous species such as H 2 and CO, these gaseous species contributing a remarkable energy content to the product gas stream.
- the loss of calorific value is less than 5%.
- the subsequent operations to which the product gas stream has to be subjected are facilitated, since the condensation of tars in the post-treatment means will not take place, for example, filter media , since when washing said product gas stream, the effluent obtained will only contain inorganic compounds.
- the reactor object of the present invention is located just after the outlet of a gasifier in the same line of the gas stream. Preferably, it can be found before or after the means for separating solids that are used, commonly cyclones, varying depending on the inert (ash) content of the carbonaceous solid used in the gasifier.
- the reactor is provided with support means, arranged on the outer surface of the envelope, adapted to support the weight thereof, so that the reactor is suspended from said support means, allowing the dilations of the reactor in vertical direction, and / or lateral damping means that prevent its horizontal displacement.
- the reactor is provided with envelopes that are constituted by an outer sheet of steel, one or more layers of thermal insulating material and an inner layer of refractory material.
- Table 1 contains the parameters that demonstrate the effectiveness of the reactor object of the present invention.
- the efficiency of the thermal cracking stage being greater than 93% and with it the reduction in the content of tars.
- the reduction in the calorific value of the gas was less than 5%, as well as the increase in the concentration of H 2 and CO in the product gas stream with respect to the concentration of these gases in the stream of initial gas.
- An object of the present invention is a process for the conditioning of the gas stream, the thermal cracking of tars and the steam reforming of said gas stream, in a reactor comprising the following steps: a) .- making passing a gas stream from a gasifier through a distributor (1) in which the gas stream from the gasifier is conditioned, b) .- passing the conditioned gas stream in the distributor (1) to the chamber of thermal cracking (2) of the reactor where the thermal cracking reactions of tars present in said gas stream are carried out, c) .- passing the gas stream from the thermal cracking chamber (2) to the chamber of reforming (3) to obtain a mixture of the gas stream with water vapor giving rise to the reforming reactions of the tar and the carbonaceous solid residue, d) .- to pass the gas stream of step c) through the section of reactor where the heat exchanger (4) is located externally, in which the fluid used in said heat exchanger (4) is a thermal oil to ensure a temperature of at least 270 e C, and e) .-
- the process object of the present invention is characterized in that step a) of conditioning the gas stream is obtained by passing a fraction of between 6-10% of the total gas stream entering the distributor ( 1), through a device (1 ') located inside said distributor (1), which has a plurality of water inlets (6) that flow into an annular section (13), distributing the water along of said annular section (13), until it is converted into steam by a plurality of holes (6 X ) located in the lower part of said device () and a plurality of oxidizing agent inlets (7), the oxidizing agent being selected from between oxygen, air or mixture of the above; producing a combustion reaction, thereby increasing the temperature and speed of the gas stream and causing turbulence that improves the conditions of mixing the gas stream with the oxidizing agent and with the water vapor.
- the oxidizing agent inlets (7) in the oblong cylindrical chamber (14b) of the device () generate a vortex that favors the mixing of said oxidizing agent with the fraction of the gas stream that circulates through the internal cavity (14) of the device (), as well as the incorporation into said mixture of the water vapor that penetrates through the holes (6 X ) of said device ().
- stage a) a flameless combustion of a fraction of the gas stream entering the distributor (1) is carried out, at a temperature between 900 e C and 1200 e C.
- step b) of the above-mentioned process is carried out at a temperature of approximately 900 e C, the thermal cracking reactions of the tars present in the gas stream being carried out.
- step c) of the above-mentioned process is carried out at a temperature of approximately 650 e C, the steam reforming reactions of the remaining carbon present in the gas stream being carried out, in a temperature range of between 900 e C at the entrance and 650 e C at the exit of this reforming chamber (3).
- step d) of the aforementioned process is carried out when the gas stream passes through the section of the reactor where the heat exchanger (4) is located outside, in which the fluid used in said exchanger Heat (4) is a thermal oil with an inlet temperature in said heat exchanger (4) of 250 e C and an outlet of 350 e C, so as to avoid condensation on the walls of the section where said section is located heat exchanger (4), of the tars that can remain in the gas stream.
- the fluid used in said exchanger Heat (4) is a thermal oil with an inlet temperature in said heat exchanger (4) of 250 e C and an outlet of 350 e C, so as to avoid condensation on the walls of the section where said section is located heat exchanger (4), of the tars that can remain in the gas stream.
- the process of the present invention has a yield of decreasing the content of tars present in the gas stream from a gasifier greater than 90%, more specifically greater than 93%.
- the process of the present invention comprises:
- - inlets (7) for adding oxidizing agent arranged at 30 e to each other, in the device (), where the oxidizing agent is selected from oxygen, air or a mixture of the above, - water vapor outlet holes (6 X ), located in the largest diameter part of the trunk-conical section (14c) of the device (),
- the present invention relates to a reactor for conditioning the gas stream from a gasifier, thermal cracking of tars present in said gas stream and steam reforming of the remaining carbon vapor in said gas stream.
- the reactor object of the present invention comprises consecutively a distributor (1) for conditioning the gas stream from a gasification process, a thermal cracking chamber (2), a reforming chamber (3), an exchanger of heat (4) of the closed type and outlet means of both the product gas stream and solid waste.
- the distributor (1) comprises a device (1 ') located inside said distributor (1), concentrically to the reactor and in the axial direction to the gas stream, where said device () has an annular section (13) that functions as a continuous evaporation chamber.
- the device () has an internal cavity (14) through which it penetrates between 6-10% of the total gas flow entering the distributor (1) and comprises a first part (14a ) in an inverted trunk-conical shape, which has a plurality of water inlet tubes (6) that flow into an annular section (13), distributing the water along said annular section (13), until it becomes steam by a plurality of holes (6 X ) located in the lower part of said device (), specifically in the final part of the trunk-conical section (14c), a second part or oblong cylindrical chamber (14b), which has a plurality of oxidizing agent inlets (7), which penetrate into the internal cavity (14) of the device () through the annular section (13) thereof, so that they communicate said internal cavity (14) of said device (1 ') with the outside of the reactor, for supply of the oxidizing agent and a third part with a conical trunk section (14c) which has a plurality of holes (6 ') in the larger diameter part oriented
- the oxidizing agent inlets (7) are located at an acute angle with the outer wall of the oblong cylindrical chamber (14b), and in an upward direction with respect to the bottom of the device () , forming an angle of between 5 and -10 e with the transverse axis of said device (), to introduce the oxidizing agent in the form of a vortex and countercurrent into the internal cavity (14) of the device ().
- the oxidizing agent inlets (7) are twelve inlets arranged at 30 e to each other and the water inlets (6) are three inlets, arranged at 120 s to each other.
- the oxidizing agent inlets (7) in the device () are formed by refractory stainless steel tubes.
- the reforming chamber (3) has six water inlets (8) arranged at 60 e to each other and at an angle of inclination with respect to the axial axis of the reactor of 60 e .
- the chambers (2) and (3) are communicated with each other within the continuous single body reactor.
- the heat exchanger (4) is located externally in the section adjacent to the reforming chamber (3) and in said heat exchanger (4) a thermal oil with an inlet temperature in said heat exchanger (4) of 250 e C and outlet of 350 e C, preventing condensation on the walls of the section where said heat exchanger (4) is located, of the tars that can remain in the gas stream.
- the water inlets (6) and the oxidizing agent inlets (7) act as a support for the device () providing great rigidity to the entire assembly.
- the reactor of the present invention comprises: - an inlet (5) for the gas stream from a gasifier, - a device (1 ') located inside the distributor (1),
- the reactor of the present invention is provided with support means, arranged on the outer surface of the reactor envelope, adapted to withstand the weight thereof, allowing the dilations of the reactor vertically and of means lateral damping that prevents its horizontal displacement.
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Abstract
Procedimiento para el acondicionamiento de una corriente de gas proveniente de un gasificador, craqueo térmico de alquitranes y reformado con vapor de dicha corriente de gas que comprende las etapas de a) hacer pasar una corriente de gas que proviene de un gasificador por un distribuidor (1), b) hacer pasar la corriente de gas acondicionada en el distribuidor (1) a la cámara de craqueo térmico (2) del reactor, c) hacer pasar la corriente de gas proveniente de la cámara de craqueo térmico (2) a la cámara de reformado (3), d) hacer pasar la corriente de gas de la etapa c) por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4) y e) sacar la corriente de gas producto a una temperatura de entre 340º C - 400º C por la salida de la corriente de gas producto (11).
Description
PROCEDIMIENTO Y REACTOR PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE
UNA CORRIENTE DE GAS PROVENIENTE DE UN GASIFICADOR,
CRAQUEO TÉRMICO DE ALQUITRANES Y REFORMADO CON VAPOR
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al ámbito del tratamiento de la corriente de gas proveniente de un gasificador de materiales sólidos orgánicos y de forma particular al procedimiento para el acondicionamiento de una corriente de gas de salida de un gasificador, la realización de reacciones de craqueo térmico de alquitranes y el reformado con vapor de agua del carbono remanente para la posterior valorización energética de dicho gas.
La invención también hace referencia a un reactor de craqueo térmico y reformado con vapor mediante el cual se aplica la invención.
En particular, la presente invención se refiere a un equipo y a un procedimiento para promover el craqueo térmico de los alquitranes presentes en la corriente de gas de salida de un gasificador y el reformado con vapor del carbono remanente o inquemado (char).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La gasificación es un proceso termoquímico mediante el cual un material carbonoso se transforma en gases combustibles en presencia de un agente gasificante.
El mayor inconveniente de la gasificación es la formación de alquitranes, que son compuestos orgánicos fácilmente condensables, que pueden ocasionar problemas operacionales en los equipos en los que vaya a utilizar el gas. Una de las vías para resolver el problema de los alquitranes es el reformado catalítico con vapor de agua, mediante el cual los alquitranes se craquean y se transforman en gases más ligeros.
En la presente invención se aborda dicho problema centrándose en la aplicación del craqueo térmico de los alquitranes presentes en la corriente de gas proveniente de la gasificación.
Los gases procedentes de la gasificación contienen principalmente CO, C02, H2 e hidrocarburos ligeros en diferentes proporciones, según el origen de la materia prima que se utiliza y las condiciones de operación del proceso. Junto al gas también se generan otros productos: un residuo sólido carbonoso (char de gasificación) y una mezcla de vapor de agua y compuestos orgánicos condensables, denominados alquitranes, que son arrastrados por el gas y que, debido a su facilidad para condensar, suponen un riesgo para los equipos en los que se utilice el gas obtenido.
El rendimiento del proceso de gasificación y las características del producto gaseoso dependen, principalmente, de las condiciones de reacción (temperatura, presión, agente gasificante y tiempo de reacción), del tipo de reactor empleado (lecho fijo updraft o downdraft, lecho fluidizado, arrastre de gas, etc.) y del sistema de limpieza del gas aplicado ya sean sistemas de limpieza en frío como filtros, scrubbers o limpieza en caliente por craqueo de los alquitranes, ya sea térmico o catalítico.
Por ello, la presente invención ha desarrollado un proceso innovador de craqueo de alquitranes y reformado con vapor que lleva a cabo en un reactor específico, que también es objeto de la presente invención. Así, la presente invención también se refiere a un equipo (reactor de craqueo térmico y reformado) en determinada configuración con relación a un gasificador, que permite el tratamiento de la corriente de gas con medios que no afectan el funcionamiento en régimen normal del gasificador.
Antes de profundizar en la descripción de la invención, los inventores de la misma han realizado un estudio de antecedentes encontrando los documentos del estado del arte que se citan a continuación.
En relación con los antecedentes del estado de la técnica, la patente ne ES2319026 se refiere a un procedimiento para el aprovechamiento de la glicerina como biomasa, para la obtención de energía en un proceso de gasificación por pulverización de gases, basado en la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como agentes gasificantes, que se introducen en una cámara de gasificación a temperaturas superiores a 900 °C, para que el gas obtenido pase a un reformador en el que, también a temperaturas superiores a 900 °C, se completa el conjunto de reacciones de oxidación parcial/craqueo térmico en
presencia de óxidos metálicos y, posteriormente, se realiza un cliclonado en caliente para retener las cenizas de tamaño superior a 5 mieras y se enfría el gas bruscamente a través de un evaporador tipo cesta.
Otro sistema patentado, es el protegido en la patente EP0801670 que se refiere a un procedimiento y a una instalación de craqueo por vapor que comprende la inyección de polvos erosivos para realizar un rascado de incrustaciones al menos parcial de los intercambiadores de temple, sin interrumpir el ciclo de craqueo por vapor. Los polvos, inyectados preferentemente justo antes de los intercambiadores de temple, se separan de los gases craqueados en separadores de gases/sólidos primarios, almacenados provisionalmente en bidones de recepción a temperatura controlada, y evacuados hacia un módulo común de almacenamiento y/o de tratamiento de estos polvos por transferencia neumática mediante un caudal relativamente pequeño de gas incondensable. El procedimiento y la instalación se pueden utilizar para recoger fragmentos sólidos generados por la inyección de compuestos químicos utilizados como catalizadores en la gasificación por vapor de agua del coque.
Un tercer documento de patente del estado de la técnica es la invención EP0328216 que se refiere a un proceso para el craqueo térmico de aceites de hidrocarburos residuales que comprende las etapas siguientes:
1 ) alimentar el aceite hidrocarbonado residual y un gas de síntesis a una zona de craqueo térmico, teniendo el gas de síntesis una temperatura suficientemente alta para mantener la temperatura en la zona de craqueo térmico, por medio de intercambio de calor directo, en un valor comprendido en el intervalo de 420eC a 850eC;
2) separar los productos craqueados de la etapa 1 en (a) una fracción gaseosa que contiene gas de síntesis, (b) una o más fracciones de destilado hidrocarbonado y (c) un residuo craqueado;
3) separar el residuo craqueado de la etapa 2 en uno o más aceites hidrocarbonados pesados relativamente pobres en asfáltenos y en uno o más aceites hidrocarbonados pesados relativamente ricos en asfáltenos;
4) gasificar uno o más aceites hidrocarbonados pesados relativamente ricos en asfáltenos de la etapa 3 en presencia de oxígeno y vapor de agua con producción de gas de síntesis; y
5) aplicar gas de síntesis de la etapa 4 como gas de síntesis en la etapa 1 .
Teniendo en cuenta los antecedentes citados hay que incidir en que la presente invención tiene la ventaja global de que los componentes que provienen de una corriente de gas de salida de un gasificador se someten a etapas consecutivas de combustión de una fracción de la corriente de gas, craqueo térmico y reformado con vapor, logrando así disminuir considerablemente los productos no deseados de dicha corriente de gas proveniente de un proceso de gasificación, tal como los alquitranes, aumentando considerablemente la eficiencia térmica del sistema en cuanto a la conversión de las fracciones de combustibles sólido orgánico y vapores condensables (alquitranes) a gas se refiere.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es un procedimiento que reduce el contenido de alquitranes presentes en la corriente de gas proveniente de un gasificador, simplificando significativamente el tratamiento posterior del gas, en el que se eliminan las operaciones de las que resulta una condensación de alquitranes, y repercute en la disminución significativa del consumo energético para el tratamiento de aguas de lavado de dicha corriente con presencia de alquitranes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, la siguiente figura en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 .- Es una vista esquemática del reactor objeto de la presente invención en donde:
(1 ) Representa esquemáticamente el distribuidor (1 ).
(1 ') Representa esquemáticamente el dispositivo (1 ') situado en el interior del distribuidor (1 ), el cual posee una pluralidad de entradas de agua (6) y de entradas de agente comburente (7).
(2) Representa esquemáticamente la cámara de craqueo térmico (2).
(3) Representa esquemáticamente la cámara de reformado (3).
(4) Representa esquemáticamente el intercambiador de calor (4).
(5) Representa esquemáticamente la entrada de la corriente de gas proveniente de un gasificador.
(6) Representa esquemáticamente las entradas de agua del dispositivo ( ).
(6') Representa esquemáticamente los orificios de salida de vapor de agua del dispositivo
(7) Representa esquemáticamente las entradas de agente comburente del dispositivo ( ).
(8) Representa esquemáticamente las entradas de agua de la cámara de reformado (3). (9) Representa esquemáticamente la entrada de aceite térmico del intercambiador de calor (4).
(10) Representa esquemáticamente la salida de aceite térmico del intercambiador de calor (4).
(1 1 ) Representa esquemáticamente la salida de la corriente de gas producto.
(12) Representa esquemáticamente la salida de residuos sólidos y el acceso para la limpieza del reactor.
(13) Representa esquemáticamente la sección anular del dispositivo (1 x).
(14) Representa esquemáticamente la oquedad interior del dispositivo ( ).
(14a) Representa esquemáticamente la primera parte del dispositivo ( ).
(14b) Representa esquemáticamente la cámara cilindrica oblonga del dispositivo ( ).
(14c) Representa esquemáticamente la sección tronco-cónica del dispositivo ( ).
Figura 2.- Es una vista en detalle y en sección del dispositivo ( ). DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al ámbito del tratamiento de una corriente de gas proveniente de un gasificador de materiales sólidos orgánicos y de forma particular al procedimiento para el acondicionamiento de la corriente de gas de salida de un gasificador, la realización de reacciones de craqueo térmico de alquitranes y el reformado con vapor de agua del carbono remanente para la posterior valorización energética de dicho gas. La invención también hace referencia a un reactor de craqueo térmico y reformado con vapor mediante el cual se aplica la invención.
El reactor de la presente invención, según la figura 1 , posee un cuerpo único continuo que comprende un distribuidor (1 ), una cámara de craqueo térmico (2), una cámara de reformado (3) y un intercambiador de calor (4).
Para el objeto de la presente invención se entiende por distribuidor (1 ) la sección inicial del reactor, que recibe la corriente de gas proveniente de un gasificador para su
acondicionamiento y que comprende un dispositivo (1 ') situado en el interior de dicho distribuidor (1 ), de forma concéntrica al reactor y en dirección axial a la corriente de gas. Este dispositivo ( ) posee una sección anular (13) que funciona a modo de cámara de evaporación continua. Para el objeto de la presente invención se entiende por cámara de evaporación continua el dispositivo o parte de dispositivo en el que se efectúa un proceso en el que el agua entra por un extremo de dicho dispositivo o parte de dispositivo y sale en forma de vapor y de forma continua por el extremo opuesto de dicho dispositivo o parte de dicho dispositivo. La cantidad de agua que entra al dispositivo o parte del dispositivo por el extremo donde se ubica la entrada es igual a la cantidad de vapor producido y que sale del dispositivo o de la parte del dispositivo donde se ubica en el extremo opuesto la salida del vapor. Los procesos de evaporación continua también son conocidos como vaporización instantánea.
Dicho dispositivo ( ), según se muestra en la figura 2, comprende una primera parte (14a) en forma tronco-cónica invertida, que posee una pluralidad de tubos de entrada de agua (6) que desembocan en una sección anular (13), distribuyendo el agua a lo largo de dicha sección anular (13), hasta salir convertida en vapor por una pluralidad de orificios (6X) ubicados en la parte inferior de dicho dispositivo ( ). Dicha sección anular (13) funciona a modo de cámara de evaporación continua. Las entradas de agua (6) permiten además la fijación de dicho dispositivo (1 ') al cuerpo del reactor. El dispositivo ( ) presenta una oquedad interior (14) por donde penetra entre el 6 - 10 % de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ). El dispositivo ( ) tiene una segunda parte o cámara cilindrica oblonga (14b), que posee una pluralidad de entradas de agente comburente (7), las cuales penetran a la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) atravesando la sección anular (13) del mismo, de manera que comunican dicha oquedad interior (14) de dicho dispositivo (1 ') con el exterior del reactor, para el suministro del agente comburente. Las entradas de agente comburente (7) se ubican formando un ángulo agudo con la pared exterior de la cámara cilindrica oblonga (14b), y en dirección ascendente con respecto a la parte inferior del dispositivo ( ), formando un ángulo de entre 5e-10e con el eje transversal de dicho dispositivo ( ). Dichas entradas de agente comburente (7) actúan también de soporte de este dispositivo ( ) aportando gran rigidez a todo el conjunto. El dispositivo (1 ') termina con una sección tronco- cónica (14c) que posee en la parte de mayor diámetro una pluralidad de orificios (6') orientados hacia la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) y por dichos orificios (6X) se realiza la salida del vapor de agua que se forma en la sección anular (13) de dicho dispositivo (1 ').
El dispositivo (1 ') ha sido diseñado especialmente para cumplir las siguientes funciones:
- realizar la evaporación continua del agua que entra al dispositivo ( ), concretamente a la sección anular (13).
- provocar en el distribuidor (1 ) un régimen turbulento que mejora las condiciones de mezcla de la corriente de gas que entra al reactor con el agua y el agente comburente.
- introducir en la cámara cilindrica oblonga (14b) el agente comburente, para tratar con el agente comburente de forma directa solamente una fracción del total de la corriente de gas que entra al reactor.
- distribuir dicho agente comburente en forma de vórtice y a contracorriente al flujo de la corriente de gas, para lograr una zona de mezcla a alta temperatura a la salida de la sección tronco-cónica (14c), por donde sale el vapor de agua hacia la oquedad interior (14) del reactor.
Para el objeto de la presente invención se entiende por cámara de craqueo térmico (2) a la sección contigua al distribuidor (1 ), en la que se producen las reacciones de craqueo térmico de los alquitranes presentes en la corriente de gas del gasificador.
Para el objeto de la presente invención se entiende por cámara de reformado (3) a la sección contigua a la cámara de craqueo térmico (2), donde dicha cámara de reformado (3) comprende un estrechamiento en su parte inicial. En dicha cámara de reformado (3) se ubican una pluralidad de entradas de agua (8). Para el objeto de la presente invención se entiende por intercambiador de calor (4) a la sección del reactor en la que se ubica exteriormente dicho intercambiador de calor (4) de tipo cerrado que se extiende longitudinalmente hasta la salida de la corriente de gas producto (1 1 ). El intercambiador de calor (4) se entiende como la sección contigua a la cámara de reformado (3) y en dicho intercambiador de calor (4) se recircula un aceite térmico con una temperatura de entrada de 250e C y una temperatura de salida de 350e C. Dicho aceite térmico entra al intercambiador de calor (4) por la entrada (9) y sale por la salida (10).
Seguida de la sección de intercambiador de calor (4) se ubica la salida de la corriente de gas producto (1 1 ). Dicha salida de la corriente de gas producto (1 1 ) se ubica de forma lateral al reactor.
Para el objeto de la presente invención se entiende que la salida de residuos sólidos y el acceso para la limpieza del reactor (12), es una sección tronco- cónica invertida ubicada en la parte final e inferior del reactor. En dicha sección se acoplan medios mecánicos para la evacuación de residuos sólidos. En particular, la presente invención se refiere a un reactor en el que se lleva a cabo un procedimiento para el acondicionamiento de la corriente de gas de salida de un gasificador, la realización de reacciones de craqueo térmico de alquitranes y el reformado con vapor de agua del carbono remanente o inquemado (char).
El reactor objeto de la presente invención funciona haciendo pasar la corriente de gas de salida de un proceso de gasificación, que se encuentra entre los 750e - 800e C por el distribuidor (1 ) en la cual se ubica el dispositivo (1 '), por el que se produce la entrada de entre el 6-10 % del total de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ). Dicha fracción de la corriente de gas circula por la oquedad interior (14) del dispositivo ( ), mezclándose con el agente comburente que penetra a dicha oquedad interior (14) en la cámara cilindrica oblonga (14b). El agente comburente utilizado en la presente invención puede ser seleccionado de entre oxígeno, aire o mezcla de los anteriores. Debido a la ubicación de las entradas de agente comburente (7) en la cámara cilindrica oblonga (14b) se genera un vórtice que favorece la mezcla de dicho agente comburente con la fracción de la corriente de gas que circula por la oquedad interior (14) del dispositivo ( ), así como la incorporación a dicha mezcla del vapor de agua que penetra por lo orificios (6X). Las entradas de agente comburente (7) pueden ser doce entradas dispuestas 30e entre sí y las entradas de agua (6) en el dispositivo ( ) pueden ser tres entradas, dispuestas 120s entre sí.
El dispositivo ( ) trata de forma directa con el agente comburente solamente una fracción (6-10 %) del total de la corriente de gas que entra al reactor, donde dicha fracción de la corriente de gas entra en contacto con el agente comburente, produciéndose reacciones de combustión que aumentan la temperatura de dicha fracción de la corriente de gas hasta los 1200eC en la salida o parte final del dispositivo ( ), formándose una zona de oxidación.
Por otra parte, el vapor de agua que es vertido a la oquedad interior (14) en la parte final de la sección tronco-cónica (14c), inhibe drásticamente la formación de "soot" (carbonilla), que típicamente se obtiene al someter una corriente de hidrocarburos (alquitrán) a un aumento brusco de la temperatura; es por ello que resulta de gran importancia la adición de agua, concretamente de vapor de agua, en la parte final de la sección tronco-cónica (14c), ya que es en esta parte donde se forma la zona de oxidación con temperatura de 1200eC.
Por tanto, el dispositivo ( ) de precalentamiento, mezcla y reacción se ha concebido solo para combustionar una fracción de la corriente de gas, de entre el 6-10 % del total de la corriente de gas que proviene de un gasificador, mezclándose dicha corriente de gas con el agente comburente y con el vapor de agua. De esta forma queda acondicionada la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ) del reactor de la presente invención.
Debido a la ubicación del dispositivo ( ) se crea en la corriente de gas un régimen turbulento que favorece la mezcla en la cámara de craqueo térmico (2) de la fracción de dicha corriente de gas que ha estado en contacto con el agente comburente en la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) con el resto de la corriente de gas. En dicha cámara de craqueo térmico (2) la mezcla que comprende la corriente de gas, junto con el agente comburente y el vapor de agua, alcanza una temperatura de 900eC, llevándose a cabo las reacciones de craqueo térmico de los alquitranes presentes en dicha corriente de gas.
La corriente de gas continúa y pasa a una cámara de reformado (3), produciéndose en dicha corriente de gas un régimen turbulento debido al estrechamiento presente en la parte inicial de dicha cámara de reformado (3). Este régimen turbulento favorece la mezcla de dicha corriente de gas con el agua que entra a dicha cámara de reformado (3) por las entradas de agua (8). Las entradas de agua (8) pueden ser seis entradas y estar dispuestas a 60e entre sí y con un ángulo de inclinación con respecto al eje axial del reactor de 60e. En esta cámara de reformado (3) se llevan a cabo las reacciones de reformado con vapor de agua de la corriente de gas, en un rango de temperaturas comprendido entre los 900eC de entrada hasta los 650e C a la salida de esta cámara de reformado (3), todo ello sin que llegue a producirse condensación del vapor en el interior de dicha cámara de reformado (3). Además el agua que se incorpora a la corriente de gas por las entradas de agua (8) regula la temperatura en este cámara de reformado (3). Para la mejor comprensión de la invención, ambas cámaras (2) y (3) se encuentran comunicadas entre sí, ya que el reactor es un cuerpo único continuo.
Seguidamente la corriente de gas pasa por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4), en el que se emplea como fluido un aceite térmico, que entra por la entrada (9) a una temperatura de 250e C y sale por la salida (10) aproximadamente a 350e C. Esta sección del reactor es la zona de aprovechamiento térmico, y la temperatura media de la superficie de intercambio en ningún caso es menor de 270e C, para evitar la condensación en las paredes de esta sección del reactor de los alquitranes que pudieran permanecer en la corriente de gas, situación frecuente en muchos
sistemas conocidos y que provocan el colapso de la instalación en cortos períodos de operación. Esta es una de las razones por la que el fluido que se emplea en el intercambiador de calor (4) es un aceite térmico y no agua, evitando la disminución de la temperatura por debajo de los 250eC. A la salida de la corriente de gas producto (1 1 ), dicho gas tiene una temperatura comprendida entre 340-400eC.
La mayor ventaja de la presente invención es que el contenido de alquitranes disminuye notablemente en la corriente de gas producto, por encima del 90%, más específicamente alrededor de un 93% del contenido total. De acuerdo al procedimiento objeto de la presente invención, la corriente de gas sufre una pérdida de poder calorífico, debido a la combustión de una fracción de dicha corriente de gas, lo cual es parcialmente compensado al producirse, debido a las reacciones de reformado con vapor de agua, especies gaseosas combustibles como el H2 y el CO, aportando dichas especies gaseosas un notable contenido energético a la corriente de gas producto. En el procedimiento objeto de la presente invención, la pérdida del poder calorífico es inferior al 5%.
Adicionalmente, con el reactor y el procedimiento objetos de la presente invención se facilitan las operaciones posteriores a las que hay que someter la corriente de gas producto, pues no tendrá lugar la condensación de alquitranes en los medios de tratamiento posterior, por ejemplo, medios filtrantes, ya que al lavar dicha corriente de gas producto, el efluente obtenido solo contendrá compuestos inorgánicos.
El reactor objeto de la presente invención está ubicado justo a continuación de la salida de un gasificador en la misma línea de la corriente de gas. De forma preferida puede encontrarse antes o después de los medios de separación de sólidos que se empleen, comúnmente ciclones, variando en función del contenido en inertes (cenizas) del sólido carbonoso que se emplea en el gasificador.
Según otra característica, el reactor está provisto de unos medios de soporte, dispuestos sobre la superficie exterior de la envolvente, adaptados para soportar el peso del mismo, de modo que el reactor se suspende de dichos medios de soporte, permitiéndose las dilataciones del reactor en sentido vertical, y/o de unos medios de amortiguación lateral que impiden su desplazamiento horizontal.
Según otra característica, el reactor está provisto de envolventes que están constituidas por una chapa exterior de acero, una o más capas de material aislante térmico y una capa interior de material refractario.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
La realización preferente que se indica a continuación, se proporciona con fines ilustrativos no limitativos, con la finalidad de una mejor comprensión de la invención.
Para el objeto de la presente invención se realizó un ejemplo para valorar el rendimiento del proceso del reactor objeto de la presente invención. Así queda demostrado el funcionamiento del procedimiento de la presente invención así como del reactor en el que se lleva a cabo el mismo.
Para mejor comprensión del presente ejemplo de realización, así como para comprobar el correcto funcionamiento de la presente invención, se aporta la tabla 1 que contiene los parámetros que demuestran la efectividad del reactor objeto de la presente invención.
Tabla 1
De los resultados mostrados en la tabla anterior, entre los de mayor relevancia se encuentra la eficiencia de la etapa de craqueo térmico, siendo superior al 93 % y con ello la reducción en el contenido de alquitranes. En cuanto al contenido energético la reducción del poder calorífico del gas fue inferior al 5%, así como también se muestra el aumento en la concentración de H2 y CO en la corriente de gas producto con respecto a la concentración de estos gases en la corriente de gas inicial.
Es un objeto de la presente invención un procedimiento para el acondicionamiento de la corriente de gas, el craqueo térmico de alquitranes y el reformado con vapor de agua de dicha corriente de gas, en un reactor que comprende las siguientes etapas: a) .- hacer pasar una corriente de gas que proviene de un gasificador por un distribuidor (1 ) en el que se acondiciona la corriente de gas de salida del gasificador, b) .- hacer pasar la corriente de gas acondicionada en el distribuidor (1 ) a la cámara de craqueo térmico (2) del reactor donde se llevan a cabo las reacciones de craqueo térmico de alquitranes presentes en dicha corriente de gas, c) .- hacer pasar la corriente de gas proveniente de la cámara de craqueo térmico (2) a la cámara de reformado (3) para obtener una mezcla de la corriente de gas con vapor de agua dando lugar a las reacciones de reformado del alquitrán y del residuo sólido carbonoso, d) .- hacer pasar la corriente de gas de la etapa c) por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4), en el que el fluido que se emplea en dicho intercambiador de calor (4) es un aceite térmico para asegurar una temperatura de al menos 270eC, y e) .- sacar la corriente de gas producto a una temperatura de entre 340eC-400eC por la salida de la corriente de gas producto (1 1 ).
Según otro aspecto, el procedimiento objeto de la presente invención se caracteriza porque la etapa a) de acondicionamiento de la corriente de gas se obtiene haciendo pasar una fracción de entre el 6 - 10% del total de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ), a través de un dispositivo (1 ') situado en el interior de dicho distribuidor (1 ), que posee una pluralidad de entradas de agua (6) que desembocan en una sección anular (13), distribuyendo el agua a lo largo de dicha sección anular (13), hasta salir convertida en vapor por una pluralidad de orificios (6X) ubicados en la parte inferior de dicho dispositivo ( ) y una pluralidad de entradas de agente comburente (7), siendo seleccionado el agente comburente de entre oxígeno, aire o mezcla de los anteriores; produciendo una reacción de combustión, aumentando con ello la temperatura y la velocidad de la corriente de gas y provocando turbulencias que mejoran las condiciones de mezcla de la corriente gas con el agente comburente y con el vapor de agua. Según otro aspecto, en el procedimiento objeto de la presente invención las entradas de agente comburente (7) en la cámara cilindrica oblonga (14b) del dispositivo ( ) generan un
vórtice que favorece la mezcla de dicho agente comburente con la fracción de la corriente de gas que circula por la oquedad interior (14) del dispositivo ( ), así como la incorporación a dicha mezcla del vapor de agua que penetra por lo orificios (6X) de dicho dispositivo ( ).
De acuerdo con un aspecto relevante, en la etapa a) se lleva a cabo una combustión sin llama de una fracción de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ), a una temperatura comprendida entre 900e C y 1200 eC.
Según otro aspecto, la etapa b) del procedimiento citado anteriormente se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 900eC, realizándose las reacciones de craqueo térmico de los alquitranes presentes en la corriente de gas. Según otro aspecto, la etapa c) del procedimiento citado anteriormente se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 650eC, realizándose las reacciones de reformado con vapor de agua del carbono remanente presente en la corriente de gas, en un rango de temperatura de entre 900eC a la entrada y 650eC a la salida de esta cámara de reformado (3). Según otro aspecto, la etapa d) del procedimiento citado anteriormente se lleva a cabo al pasar la corriente de gas por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4), en el que el fluido que se emplea en dicho intercambiador de calor (4) es una aceite térmico con una temperatura de entrada en dicho intercambiador de calor (4) de 250eC y de salida de 350eC, de forma que evita la condensación en las paredes de la sección donde se ubica dicho intercambiador de calor (4), de los alquitranes que puedan permanecer en la corriente de gas.
Según un aspecto importante, el procedimiento de la presente invención tiene un rendimiento de disminución del contenido de alquitranes presentes en la corriente de gas proveniente de un gasificador superior al 90%, más específicamente superior al 93%. Según otro aspecto, el procedimiento de la presente invención, comprende:
- entrada (5) para la alimentación de la corriente de gas proveniente de un proceso previo de gasificación,
- entradas (6) para la adición de agua, dispuestas a 120s entre sí, en el dispositivo ( ),
- entradas (7) para adición de agente comburente, dispuestas a 30e entre sí, en el dispositivo ( ), donde el agente comburente se selecciona de entre oxígeno, aire o una mezcla de los anteriores,
- orificios de salida de vapor de agua (6X), ubicados en la parte de mayor diámetro de la sección tronco-cónica (14c) del dispositivo ( ),
- entradas (8) dispuestas a 60e entre sí para adición de agua, en la cámara de reformado
(3),
- una entrada (9) para aceite térmico
- una salida (10) de aceite térmico
- una salida (1 1 ) lateral al reactor para la corriente de gas producto, y
- una salida (12) para residuos sólidos y acceso al reactor.
De acuerdo con otro aspecto relevante, la presente invención se refiere a un reactor para el acondicionamiento de la corriente de gas proveniente de un gasificador, el craqueo térmico de alquitranes presentes en dicha corriente de gas y el reformado con vapor de agua del carbono remanente en dicha corriente de gas. El reactor objeto de la presente invención comprende de forma consecutiva un distribuidor (1 ) para el acondicionamiento de la corriente de gas proveniente de un proceso de gasificación, una cámara de craqueo térmico (2), una cámara de reformado (3), un intercambiador de calor (4) de tipo cerrado y medios de salida tanto de la corriente de gas producto como de los residuos sólidos.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, el distribuidor (1 ) comprende un dispositivo (1 ') situado en el interior de dicho distribuidor (1 ), de forma concéntrica al reactor y en dirección axial a la corriente de gas, donde dicho dispositivo ( ) posee una sección anular (13) que funciona a modo de cámara de evaporación continua.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, el dispositivo ( ) presenta una oquedad interior (14) por donde penetra entre el 6 - 10 % del total de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ) y comprende una primera parte (14a) en forma tronco-cónica invertida, que posee una pluralidad de tubos de entrada de agua (6) que desembocan en una sección anular (13), distribuyendo el agua a lo largo de dicha sección anular (13), hasta salir convertida en vapor por una pluralidad de orificios (6X) ubicados en la parte inferior de dicho dispositivo ( ), concretamente en la parte final de la sección tronco-cónica (14c), una segunda parte o cámara cilindrica oblonga (14b), que posee una pluralidad de entradas de agente comburente (7), las cuales penetran a la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) atravesando la sección anular (13) del mismo, de manera que comunican dicha oquedad interior (14) de dicho dispositivo (1 ') con el exterior del reactor, para el suministro del agente comburente y una tercera parte con sección tronco-cónica (14c) que posee en la parte de mayor diámetro una pluralidad de orificios (6') orientados hacia la oquedad interior (14) del
dispositivo ( ) y por dichos orificios (6X) se realiza la salida del vapor de agua que se forma en la sección anular (13) de dicho dispositivo (1 ').
Según otro aspecto relevante de la presente invención, las entradas de agente comburente (7) se ubican formando un ángulo agudo con la pared exterior de la cámara cilindrica oblonga (14b), y en dirección ascendente con respecto a la parte inferior del dispositivo ( ), formando un ángulo de entre 5e-10e con el eje transversal de dicho dispositivo ( ), para introducir el agente comburente en forma de vórtice y a contracorriente en la oquedad interior (14) del dispositivo ( ).
Según otro aspecto relevante de la presente invención, las entradas de agente comburente (7) son doce entradas dispuestas a 30e entre sí y las entradas de agua (6) son tres entradas, dispuestas a 120s entre sí. Las entradas del agente comburente (7) en el dispositivo ( ) están formadas por tubos de acero inoxidable refractario.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, la cámara de reformado (3) dispone de seis entradas de agua (8) dispuestas a 60e entre sí y con un ángulo de inclinación con respecto al eje axial del reactor de 60e.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, en el reactor de la presente invención las cámaras (2) y (3) se encuentran comunicadas entre sí dentro del reactor de cuerpo único continuo.
Según otro aspecto importante de la presente invención, en el reactor de la presente invención el intercambiador de calor (4) se ubica exteriormente en la sección contigua a la cámara de reformado (3) y en dicho intercambiador de calor (4) se emplea un aceite térmico con una temperatura de entrada en dicho intercambiador de calor (4) de 250eC y de salida de 350eC, evitando la condensación en las paredes de la sección donde se ubica dicho intercambiador de calor (4), de los alquitranes que puedan permanecer en la corriente de gas.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, las entradas de agua (6) y las entradas de agente comburente (7) actúan de soporte del dispositivo ( ) aportando gran rigidez a todo el conjunto.
De acuerdo con otro aspecto, el reactor de la presente invención comprende: - una entrada (5) para la corriente de gas proveniente de un gasificador,
- un dispositivo (1 ') situado en el interior del distribuidor (1 ),
- tres entradas (6) para la adición de agua, dispuestas a 120s entre sí,
- doce entradas (7) para el agente comburente,
- una pluralidad de orificios de salida de vapor de agua (6X), ubicados en la parte de mayor diámetro de la sección tronco-cónica (14c) del dispositivo ( ),
- seis entradas (8) dispuestas a 60e entre sí para entrada de agua, en la cámara de reformado (3),
- una entrada (9) para aceite térmico
- una salida (10) de aceite térmico
- una salida (1 1 ) lateral al reactor para la corriente de gas producto, y
- una salida (12) para residuos sólidos.
Según otro aspecto relevante de la presente invención, la altura de la cámara cilindrica oblonga (14b) del dispositivo ( ) guarda una relación equivalente a la mitad del diámetro del distribuidor (1 ), H = ½ D, para asegurar el tiempo de mezcla apropiado entre el agente comburente y la fracción de la corriente de gas que circula por la oquedad interior (14) del dispositivo ( ).
De acuerdo con un último aspecto, el reactor de la presente invención está provisto de medios de soporte, dispuestos sobre la superficie exterior de la envolvente del reactor, adaptados para soportar el peso del mismo, permitiendo las dilataciones del reactor en sentido vertical y de medios de amortiguación lateral que impiden su desplazamiento horizontal.
Claims
1 . - Procedimiento para el acondicionamiento de una corriente de gas proveniente de un gasificador, el craqueo térmico de alquitranes presentes en dicha corriente de gas y el reformado con vapor de agua del carbono remanente en dicha corriente de gas que comprende las siguientes etapas: a) .- hacer pasar la corriente de gas que proviene de un gasificador por un distribuidor (1 ) en el que se acondiciona la corriente de gas de salida del gasificador, b) .- hacer pasar la corriente de gas acondicionada en el distribuidor (1 ) a la cámara de craqueo térmico (2) del reactor donde se llevan a cabo las reacciones de craqueo térmico de alquitranes presentes en dicha corriente de gas, c) .- hacer pasar la corriente de gas proveniente de la cámara de craqueo térmico (2) a la cámara de reformado (3) para obtener una mezcla de la corriente de gas con vapor de agua dando lugar a las reacciones de reformado del alquitrán y del residuo sólido carbonoso, d).- hacer pasar la corriente de gas de la etapa c) por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4), en el que el fluido que se emplea en dicho intercambiador de calor (4) es un aceite térmico para asegurar una temperatura de al menos 270eC, y e).- sacar la corriente de gas producto a una temperatura de entre 340eC - 400eC por la salida de la corriente de gas producto (1 1 ).
2. - Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque la etapa a) de acondicionamiento de la corriente de gas se obtiene haciendo pasar una fracción de entre el 6 - 10% del total de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ), a través de un dispositivo (1 ') situado en el interior de dicho distribuidor (1 ), que posee una pluralidad de entradas de agua (6) que desembocan en una sección anular (13), distribuyendo el agua a lo largo de dicha sección anular (13), hasta salir convertida en vapor por una pluralidad de orificios (6X) ubicados en la parte inferior de dicho dispositivo ( ) y una pluralidad de entradas de agente comburente (7), siendo seleccionado el agente comburente de entre oxígeno, aire o mezcla de los anteriores; produciendo una reacción de combustión, aumentando con ello la
temperatura y la velocidad de la corriente de gas y provocando turbulencias que mejoran las condiciones de mezcla de la corriente gas con el agente comburente y con el vapor de agua.
3. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa a) se lleva a cabo una combustión sin llama de una fracción de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ), a una temperatura comprendida entre 900e C y 1200eC.
4. - Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa b) se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 900eC, realizándose las reacciones de craqueo térmico de los alquitranes.
5. - Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 650eC, realizándose las reacciones de reformado con vapor de agua del carbono remanente presente en la corriente de gas.
6. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 , 4 y 5, caracterizado porque ambas cámaras (2) y (3) se encuentran comunicadas entre sí dentro del reactor de cuerpo único continuo.
7.- Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa d) se lleva a cabo al pasar la corriente de gas por la sección del reactor donde se ubica exteriormente el intercambiador de calor (4), en el que el fluido que se emplea en dicho intercambiador de calor (4) es un aceite térmico con una temperatura de entrada en dicho intercambiador de calor (4) de 250eC y de salida de 350eC, de forma que evita la condensación en las paredes de la sección donde se ubica dicho intercambiador de calor (4), de los alquitranes que puedan permanecer en la corriente de gas.
8- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rendimiento de disminución del contenido de alquitranes presentes en la corriente de gas proveniente de un gasificador es superior al 90%.
9.- Un procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende:
- entrada (5) para la alimentación de la corriente de gas proveniente de un proceso previo de gasificación,
- entradas (6) para la adición de agua, dispuestas a 120s entre sí, en el dispositivo ( ),
- entradas (7) para adición de agente comburente, dispuestas a 30e entre sí, en el dispositivo ( ), donde el agente comburente se selecciona de entre oxígeno, aire o una mezcla de los anteriores,
- orificios de salida de vapor de agua (6X), ubicados en la parte de mayor diámetro de la sección tronco-cónica (14c) del dispositivo ( ),
- entradas (8) dispuestas a 60e entre sí para adición de agua, en la cámara de reformado (3),
- una entrada (9) para aceite térmico
- una salida (10) de aceite térmico
- una salida (1 1 ) lateral al reactor para la corriente de gas producto, y
- una salida (12) para residuos sólidos y acceso al reactor.
10.- Reactor para el acondicionamiento de una corriente de gas proveniente de un gasificador, el craqueo térmico de alquitranes presentes en dicha corriente de gas y el reformado con vapor de agua del carbono remanente en dicha corriente de gas para implementar el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque comprende de forma consecutiva un distribuidor (1 ) para el acondicionamiento de la corriente de gas proveniente de un proceso de gasificación, una cámara de craqueo térmico (2), una cámara de reformado (3), un intercambiador de calor (4) de tipo cerrado y medios de salida tanto de la corriente de gas producto como de los residuos sólidos.
1 1 .- Reactor según la reivindicación 10 caracterizado porque comprende:
- una entrada (5) para la corriente de gas proveniente de un gasificador,
- un dispositivo (1 ') situado en el interior del distribuidor (1 ),
- tres entradas (6) para la adición de agua, dispuestas a 120s entre sí,
- doce entradas (7) para el agente comburente,
- una pluralidad de orificios de salida de vapor de agua (6X), ubicados en la parte de mayor diámetro de la sección tronco-cónica (14c) del dispositivo ( ),
- seis entradas (8) dispuestas a 60e entre sí para entrada de agua, en la cámara de reformado (3),
- una entrada (9) para aceite térmico
- una salida (10) de aceite térmico
- una salida (1 1 ) lateral al reactor para la corriente de gas producto, y
- una salida (12) para residuos sólidos.
12.- Reactor según la reivindicación 10 caracterizado porque el distribuidor (1 ) comprende un dispositivo (1 ') situado en el interior de dicho distribuidor (1 ), de forma concéntrica al reactor y en dirección axial a la corriente de gas, donde dicho dispositivo ( ) posee una sección anular (13) que funciona a modo de cámara de evaporación continua.
13.- Reactor según la reivindicación 12 caracterizado porque el dispositivo (1 ') presenta una oquedad interior (14) por donde penetra entre el 6 - 10 % del total de la corriente de gas que entra al distribuidor (1 ) y comprende una primera parte (14a) en forma tronco-cónica invertida, que posee una pluralidad de tubos de entrada de agua (6) que desembocan en una sección anular (13), distribuyendo el agua a lo largo de dicha sección anular (13), hasta salir convertida en vapor por una pluralidad de orificios (6X) ubicados en la parte inferior de dicho dispositivo ( ), concretamente en la parte final de la sección tronco-cónica (17), una segunda parte o cámara cilindrica oblonga (14b), que posee una pluralidad de entradas de agente comburente (7), las cuales penetran a la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) atravesando la sección anular (13) del mismo, de manera que comunican dicha oquedad interior (14) de dicho dispositivo (1 ') con el exterior del reactor, para el suministro del agente comburente y una tercera parte con sección tronco-cónica (14c) que posee en la parte de mayor diámetro una pluralidad de orificios (6') orientados hacia la oquedad interior (14) del dispositivo ( ) y por dichos orificios (6X) se realiza la salida del vapor de agua que se forma en la sección anular (13) de dicho dispositivo (1 ').
14.- Reactor según la reivindicación 13 caracterizado porque las entradas de agente comburente (7) se ubican formando un ángulo agudo con la pared exterior de la cámara cilindrica oblonga (14b), y en dirección ascendente con respecto a la parte inferior del dispositivo ( ), formando un ángulo de entre 5e-10e con el eje transversal de dicho dispositivo ( ), para introducir el agente comburente en forma de vórtice y a contracorriente en la oquedad interior (14) del dispositivo ( ).
15. - Reactor según la reivindicación 13 caracterizado porque las entradas de agente comburente (7) son doce entradas dispuestas a 30e entre sí y las entradas de agua (6) son tres entradas, dispuestas a 120s entre sí.
16. - Reactor según la reivindicación 10 caracterizado porque la cámara de reformado (3) dispone de seis entradas de agua (8) dispuestas a 60e entre sí y con un ángulo de inclinación con respecto al eje axial del reactor de 60e.
17. - Reactor según la reivindicación 13 caracterizado porque la altura de la cámara cilindrica oblonga (14b) del dispositivo ( ) guarda una relación equivalente a la mitad del diámetro del distribuidor (1 ), H = ½ D.
18. - Reactor según la reivindicación 13 caracterizado porque las entradas del agente comburente (7) en el dispositivo ( ) están formadas por tubos de acero inoxidable refractario.
19. - Reactor según la reivindicación 10 caracterizado porque el intercambiador de calor (4) se ubica exteriormente en la sección contigua a la cámara de reformado (3) y en dicho intercambiador de calor (4) se emplea un aceite térmico con una temperatura de entrada en dicho intercambiador de calor (4) de 250eC y de salida de 350eC, evitando la condensación en las paredes de la sección donde se ubica dicho intercambiador de calor (4), de los alquitranes que puedan permanecer en la corriente de gas.
20. - Reactor según la reivindicación 10 caracterizado porque está provisto de medios de soporte, dispuestos sobre la superficie exterior de la envolvente del reactor, adaptados para soportar el peso del mismo, permitiendo las dilataciones del reactor en sentido vertical y de medios de amortiguación lateral que impiden su desplazamiento horizontal.
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