Producción y acondicionamiento de gas de síntesis obtenido a partir de una biomasa.

Un método para la producción y el tratamiento de gas de síntesis, que comprende:

(a) gasificar un material rico en biomasa en presencia de (i), al menos, un agente oxidante seleccionado de entre el aire, el aire enriquecido con oxígeno y el oxígeno con o sin (ii) vapor en un gasificador, que contiene un lecho fluidizado y una sección de espacio abierto, a una temperatura que no supera los 750 °C en el lecho fluidizado para producir un gas de síntesis crudo; someter dicho gas de síntesis crudo a un reformado con vapor en la sección de espacio abierto a una temperatura de 750 °C a 1000 °C, en la que el alquitrán y los finos de carbón pirolítico del gas de síntesis crudo se convierten mediante oxidación controlada en intermedios, y los intermedios se convierten en CO y H2 mediante reformado con vapor, en el que, antes de la refrigeración, el gas de síntesis crudo se somete a un reformado térmico a una temperatura de desde 900 °C hasta 1200 °C mediante la adición de un gas oxidante, convirtiendo de este modo los hidrocarburos ligeros presentes en el gas de síntesis crudo en CO y H2;

(b) refrigerar dicho producto de gas de síntesis crudo de la etapa (a);

(c) posteriormente a la refrigeración, lavar dicho gas de síntesis refrigerado de la etapa (b); y

(d) someter dicho gas de síntesis lavado a, al menos, una etapa de adsorción para proporcionar un gas de síntesis limpio.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CA2009/000575.

Solicitante: Enerkem, Inc.

Nacionalidad solicitante: Canadá.

Dirección: 1610-1010 Sherbrooke West Postal Box 61 Montreal, Québec H3A 2R7 CANADA.

Inventor/es: CHORNET, ESTEBAN, VALSECCHI,BORIS, DROLET,GUILLAUME, GAGNON,MARTIN, NGUYEN,BETTY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/06 (combinado con pulverización de agua)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/38 (con catalizadores)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/56 (por contacto con sólidos; Regeneración de los sólidos usados)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/10 (con líquidos acuosos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PRODUCCION DE GASES QUE CONTIENEN MONOXIDO DE CARBONO... > Producción de gases que contienen monóxido de carbono... > C10J3/46 (Gasificación de combustibles granulares o pulverulentos en suspensión)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/52 (por contacto con líquidos; Regeneración de los líquidos usados)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PRODUCCION DE GASES QUE CONTIENEN MONOXIDO DE CARBONO... > Producción de gases que contienen monóxido de carbono... > C10J3/48 (Aparatos; Instalación)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > C10K3/00 (Modificación de la composición química de los gases combustibles que contienen monóxido de carbono para producir un combustible mejorado, p. ej. un combustible de poder calorífico diferente, que puede estar libre de monóxido de carbono)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > C10K1/00 (Purificación de los gases combustibles que contienen monóxido de carbono (aislamiento de hidrógeno de las mezclas que contienen hidrógeno y monóxido de carbono C01B 3/50))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Catalizadores que contienen metales, óxidos o hidróxidos... > B01J23/86 (Cromo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/14 (orgánicos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/08 (por lavado con líquidos; Regeneración de los líquidos de lavado utilizados)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/16 (con líquidos no acuosos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Modificación de la composición química de los... > C10K3/04 (reduciendo el contenido de monóxido de carbono)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/32 (con sólidos de absorción selectiva, p. ej. carbón activo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Purificación de los gases combustibles que contienen... > C10K1/12 (de reacción alcalina)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > PURIFICACION O MODIFICACION DE LA COMPOSICION QUIMICA... > Modificación de la composición química de los... > C10K3/02 (por tratamiento catalítico)

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Fragmento de la descripción:

Producción y acondicionamiento de gas de síntesis obtenido a partir de una biomasa

Esta invención se refiere a la producción de gas de síntesis o sintegas a partir de una biomasa, y al acondicionamiento o limpieza de tal gas de síntesis tal y como se requiere para la síntesis de alcoholes o hidrocarburos a partir de tal gas de síntesis. Más en particular, esta invención se refiere a la producción de sintegas a partir de una biomasa mediante la gasificación de la biomasa en condiciones no muy severas para producir sintegas crudo, seguida del acondicionamiento o limpieza del sintegas crudo sometiendo el sintegas crudo a reformado con vapor, eliminación de partículas, refrigeración, lavado, filtración, y adsorción, antes de emplear el gas de síntesis en la síntesis de alcoholes o hidrocarburos.

El gas de síntesis, o sintegas, incluye monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2), con pequeñas cantidades de dióxido de carbono e hidrocarburos residuales, y tiene una diversidad de usos. El gas de síntesis se puede usar como gas combustible en plantas de gas y calderas de vapor, o el gas de síntesis se puede usar para producir otros materiales deseados, tales como el metanol.

El gas de síntesis se puede producir mediante gasificación de materiales de biomasa residuales, tales como residuos forestales, residuos agrícolas, materiales estructurales de madera usados, y biomasa urbana, tal como los residuos sólidos urbanos. La gasificación de la biomasa proporciona un gas de síntesis crudo que incluye impurezas tales como amoníaco (NH3), azufre (en forma de sulfuro de hidrógeno (H2S) y sulfuro de carbonilo (COS)), cloro (en forma de HCI), metales volátiles, alquitranes, finos (en forma de partículas submicrométricas que contienen metales y sales metálicas), y carbonizado (particulados sólidos típicamente de más de 0,001 mm y que contienen metales y sales metálicas). Tales impurezas, sin embargo, limitan la capacidad del gas de síntesis para ser usado como combustible o para ser empleado en la síntesis de otros materiales útiles.

Por ejemplo, cuando se usa el gas de síntesis para producir metanol, el gas de síntesis se hace reaccionar a presión en presencia de un catalizador. Las impurezas en un gas de síntesis crudo producido como resultado de la gasificación de la biomasa pueden envenenar o desactivar el catalizador.

Se han elaborado diversos métodos para la producción de gas de síntesis crudo a partir de una biomasa, y posterior limpieza o acondicionamiento del gas de síntesis crudo. La patente alemana N° 4317319 divulga la gasificación de la biomasa en forma de materias primas granulares trituradas en dos unidades de gasificación de lecho fijo de alta presión a temperaturas de hasta 1200 °C. Se introdujeron también oxígeno, vapor de agua, y gas dióxido de carbono bruto (C02) en las unidades de gasificación de lecho fijo. El gas de síntesis crudo producido en las unidades de gasificación de lecho fijo se lava y se enfría con agua y después se enfría adicionalmente con el uso de intercambiadores de calor indirectos. A partir de estas etapas, diversos componentes orgánicos se eliminan de la corriente de gas, tales como el fenol y los alquitranes. Estos se pueden reciclar y devolver al gasificador de lecho fijo o alimentar al gasificador de flujo arrastrado descrito más adelante. La corriente de gas, sin fenol y sin alquitranes, se envía a continuación a una etapa combinada del proceso de lavado y enfriamiento en dos fases, en la que se usan mezclas de agua y metanol para reducir la temperatura del gas hasta -25 °C y para eliminar el amoníaco, el cianuro de hidrógeno, y compuestos fenólicos residuales. Los hidrocarburos, algunos de los cuales pueden estar halogenados, también se eliminan. Los compuestos ricos en hidrocarburos recuperados de la mezcla de metanol se pueden enviar entonces a la unidad de gasificación de flujo arrastrado, mientras la corriente de gas que sale de la unidad de lavado de baja temperatura se seca antes de seguir hasta una unidad de hidrólisis del sulfuro de carbonilo (COS). En esa parte del proceso, el COS en el gas de síntesis se hace reaccionar con vapor para formar sulfuro de hidrógeno (H2S) y C02. El H2S se elimina entonces de la corriente de gas en una etapa del proceso de lavado selectivo del H2S. El gas de síntesis acondicionado se usa como combustible en una planta eléctrica de gas y vapor. La corriente rica en H2S que sale del proceso de lavado selectivo del H2S se envía a un proceso de recuperación de azufre que producirá azufre puro y una corriente de C02 bruto. El C02 bruto se somete después a etapas de purificación adicionales antes de comprimirlo y/o licuarlo para fabricar gas C02 de alta pureza.

Se usan fracciones de la biomasa, tales como los alquitranes y los fenoles, con los finos presentes en la carga de alimentación como materia prima para una unidad de gasificación de flujo arrastrado de alta presión a temperaturas que alcanzan 1400 °C. El gas de síntesis crudo procedente de las unidades de gasificación de lecho fijo también se pueden introducir y convertir en el gasificador de flujo arrastrado. La corriente de gas de síntesis crudo que sale del gasificador de flujo arrastrado se somete al lavado del hollín. La comente de gas se divide entonces en dos corrientes paralelas, una de las cuales se alimenta a una unidad de hidrólisis del COS y la otra se alimenta a una unidad de conversión de monóxido de carbono (CO). La distribución de la corriente de gas de síntesis entre estas dos unidades de proceso se efectúa para conseguir una relación deseada del hidrógeno con respecto al monóxido de carbono (H2/CO) del gas, que se va a usar para una planta de síntesis de metanol. Ambas corrientes de gas se mezclan a continuación y se envían a una fase de enfriamiento antes de alimentar el gas a un proceso de lavado de gas de muy baja temperatura, que usa metanol para reducir de forma significativa las concentraciones de H2S y C02 en el gas de síntesis. Mediante etapas de regeneración del disolvente, el H2S y el C02 se eliminan del metanol y se envían después a las mismas etapas de purificación y/o recuperación del azufre tal y como se describe para el proceso de acondicionamiento del gas de síntesis de gasificación en lecho fijo. El gas de síntesis lavado se alimenta

a una planta de síntesis de metanol.

La patente alemana N° 1003150 divulga la gasificación de la biomasa en tres unidades de gasificación, dos de las cuales son del tipo de lecho fijo y la tercera es del tipo de flujo arrastrado. El gas de síntesis, que sale de las unidades de gasificación de lecho fijo, es rico en C02. El gas de síntesis rico en C02 es refrigerado y enfriado. El gas de síntesis de la unidad de gasificación de flujo arrastrado se lava para eliminar el hollín antes de que parte del gas de síntesis rico en C02 se añada para proporcionar la relación H2/CO deseada para la planta de síntesis de metanol. El gas de síntesis recombinado se envía a una fase de conversión del CO y una fase de enfriamiento antes de ser enfriado. Todas las corrientes de gas de síntesis se envían seguidamente a un lavado de muy baja temperatura para purificar el gas de síntesis adicionalmente, el cual se alimenta después a la planta de síntesis de metanol. El resto del gas se envía a una planta eléctrica de gas y vapor, o bien se quema en una caldera después de su mezclado con gas natural y/o gas de síntesis crudo.

Los procesos que se describen en las patentes alemanas anteriormente mencionadas se efectúan en condiciones muy severas, e incurren en altos costes de operación y de capital.

El documento EP 1 207 132 A1 se dirige a un proceso para la producción de hidrógeno mediante gasificación de material combustible.

La presente invención proporciona... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para la producción y el tratamiento de gas de síntesis, que comprende:

(a) gasificar un material rico en biomasa en presencia de (i), al menos, un agente oxidante seleccionado de entre el aire, el aire enriquecido con oxígeno y el oxígeno con o sin (ii) vapor en un gasificador, que contiene un lecho fluidizado y una sección de espacio abierto, a una temperatura que no supera los 750 °C en el lecho fluidizado para producir un gas de síntesis crudo; someter dicho gas de síntesis crudo a un reformado con vapor en la sección de espacio abierto a una temperatura de 750 °C a 1000 °C, en la que el alquitrán y los finos de carbón pirolítico del gas de síntesis crudo se convierten mediante oxidación controlada en intermedios, y los intermedios se convierten en CO y H2 mediante reformado con vapor, en el que, antes de la refrigeración, el gas de síntesis crudo se somete a un reformado térmico a una temperatura de desde 900 °C hasta 1200 °C mediante la adición de un gas oxidante, convirtiendo de este modo los hidrocarburos ligeros presentes en el gas de síntesis crudo en CO y H2;

(b) refrigerar dicho producto de gas de síntesis crudo de la etapa (a);

(c) posteriormente a la refrigeración, lavar dicho gas de síntesis refrigerado de la etapa (b); y

(d) someter dicho gas de síntesis lavado a, al menos, una etapa de adsorción para proporcionar un gas de síntesis limpio.

2. El método de la reivindicación 1 en el que dicho material rico en biomasa se gasifica a una temperatura que no supera los 725 °C.

3. El método de la reivindicación 2 en el que dicho material rico en biomasa se gasifica a una temperatura que no supera los 700 °C.

4. El método de la reivindicación 1 en el que dicho material rico en biomasa se gasifica a una presión que no supera los 1,01 MPa.

5. El método de la reivindicación 4 en el que dicho material rico en biomasa se gasifica a una presión que no supera los 0,3 MPa.

6. El método de la reivindicación 5 en el que dicho material rico en biomasa se gasifica a una presión que no supera los 0,15 MPa.

7. El método de la reivindicación 1 en el que dicha refrigeración de dicho gas de síntesis crudo comprende poner en contacto dicho gas de síntesis crudo con agua alcalina.

8. El método de la reivindicación 1 en el que dicho reformado con vapor se efectúa a una temperatura de desde 750 °C hasta 850 °C.

9. El método de la reivindicación 1 en el que dicho reformado con vapor se efectúa en presencia de un catalizador.

10. El método de la reivindicación 9 en el que dicho catalizador comprende NiCr/Mg0 La203 AI203.

11. El método de la reivindicación 1 en el que dicho lavado de dicho gas de síntesis se efectúa a una temperatura de entrada del gas de desde 150 °C hasta 350 °C, y a una temperatura de salida del gas de desde 30 °C hasta 90 °C.

12. El método de la reivindicación 1 en el que dicha, al menos, una etapa de adsorción comprende hacer pasar dicho gas de síntesis a través de una columna de adsorción empaquetada con, al menos, un material que tiene una porosidad de más del 40 %.

13. El método de la reivindicación 1 en el que dicho lavado de dicho gas de síntesis comprende:

(i) lavar dicho gas de síntesis en condiciones alcalinas; y

(ii) lavar dicho gas de síntesis a un pH de desde 4 hasta 7.

14. El método de la reivindicación 1 en el que dicha, al menos, una etapa de adsorción comprende:

(i) hacer pasar dicho gas de síntesis lavado a través de un lecho de adsorción reactivo que comprende óxido de calcio u óxido de calcio y óxido de magnesio; y

(ii) hacer pasar dicho gas de síntesis lavado a través de un lecho de filtración de óxido de cinc.

15. El método de la reivindicación 1 en el que dicho lecho fluidizado incluye uno o más materiales seleccionados de entre el grupo que consiste en la alúmina, el olivino, la antracita, y el coque de petróleo desulfurado.