Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de corrientes de fluido producidas durante la gasificación.

Procedimiento para el tratamiento de corrientes de fluido producidas durante la gasificación de combustibles que contienen carbono y ceniza, en el que durante la gasificación se hace reaccionar combustible en un reactor con un gas que contiene oxígeno para formar un gas bruto, el gas bruto producido a través de la gasificación es mezclado con agua en un recipiente de mezcla siguiente y es refrigerado, la porción de evaporación del agua es descargada con el gas bruto desde el recipiente de mezcla y la mezcla de sustancia sólida/agua remanente

(suspensión) es derivada al menos parcialmente, en el que la suspensión derivada desde el recipiente de mezcla es expandida en al menos una fase siguiente durante la evaporación de al menos una parte del agua y la bajada de la temperatura y el vapor resultante es refrigerado a través de contacto directo con agua y se condensa al menos parcialmente, caracterizado porque la suspensión es alimentada desde una fase de expansión a la fase de expansión siguiente, en el que el condensado de la otra fase de expansión es retornado a la fase de expansión precedente.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/001397.

Solicitante: ThyssenKrupp Uhde GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: FRIEDRICH-UHDE-STRASSE 15 44141 DORTMUND ALEMANIA.

Inventor/es: KOWOLL, JOHANNES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > B01D5/00 (Condensación de vapores; Recuperación de disolventes volátiles por condensación (B01D 8/00 tiene prioridad; condensadores F28B))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/14 (por absorción)
  • 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... > C10J3/52 (Dispositivos de eliminación de cenizas)
  • 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... > C10J3/86 (combinado con calderas de recuperación del calor)

PDF original: ES-2458518_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de corrientes de fluido producidas durante la gasificación La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de corrientes de fluido producidas durante la gasificación de combustibles que contienen carbono y ceniza, del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un dispositivo para la realización del procedimiento.

La producción de gas bruto, que contiene hidrógeno y monóxido de carbono, a partir de combustibles que contienen carbono, se realiza, en general, a través de gasificación con un gas que contiene oxígeno a temperatura elevada. El combustible es reaccionado en un reactor adecuado para ello con el gas, obteniendo, además del gas bruto, un producto secundario sólido o licuado, que está constituido, en general, por ceniza volátil y escoria licuada y combustible no gasificado. El gas bruto contiene, además de los componentes principales monóxido de carbono e hidrógeno, otros gases y vapores, como dióxido de carbono, vapor de agua, compuestos de azufre, de nitrógeno y de cloro, que deben eliminarse la mayoría de las veces desde el gas.

El desempolvado y la limpieza del gas bruto se realiza, en general, a temperaturas claramente más bajas que la gasificación. El gas bruto es refrigerado, por lo tanto, en primer lugar a través de intercambio de calor indirecto o a través de mezcla con un medio más frío. Con frecuencia, el gas bruto se mezcla con agua, que se evapora total o parcialmente, con lo que se eleva el contenido de agua del gas. Si se alimenta más agua al gas bruto que se evapora, se separa, en parte, el agua no evaporada junto con las sustancias sólidas que se encuentran en el gas bruto y se realiza separada de la zona de mezcla como suspensión. La suspensión de la sustancia sólida contiene todavía gases disueltos y sustancias solubles en agua, que aparecen durante el proceso de gasificación, por ejemplo, HCl, NH3, o durante la neutralización de los ácidos con una lejía, por ejemplo NaCl.

El gas bruto refrigerado contiene todavía una cantidad menor de polvos, que deben eliminarse, en general, del proceso para las utilizaciones posteriores. Esto se puede realizar a través de procesos de lavado y filtración. De acuerdo con ello, se somete el gas bruto con frecuencia a un lavado de gas ácido, en el que los gases ácidos se eliminan del sistema. Si se necesita el gas bruto para la fabricación de hidrógeno o de un gas libre de hidrógeno, se lleva a cabo, en general, una conversión del monóxido de carbono en dióxido de carbono con separación siguiente del dióxido de carbono.

La suspensión formada a partir del agua no evaporada y de las sustancias sólidas lavadas desde el gas bruto y separada en el recipiente de mezcla debe derivarse desde el recipiente de mezcla cuando se alcanza una concentración determinada, por ejemplo 5 % de la porción en peso de sustancia sólida, para evitar la sedimentación de las sustancias sólidas.

A partir de la suspensión derivada deben separarse sustancias sólidas. Sin embargo, la suspensión está caliente, por ejemplo a 200ºC, y se encuentra bajo presión alta, por ejemplo 3 MPa. Una eliminación de las sustancias sólidas en tales condiciones es muy difícil, por lo que se expande en prmer lugar la suspensión, en general, y se refrigera y solamente entonces se separan las sustancias sólidas. Para la separación de las porciones finas suspendidas reconduce el agua la mayoría de las veces a piscinas de clarificación o de decantación, siendo favorable una temperatura baja, por ejemplo 50ºC, para una separación eficiente y económica.

Después de la refrigeración de la suspensión, se pierde sin aprovechar una parte predominante de la energía térmica y energía de presión. El agua escasa en sustancia sólida obtenida a través de la separación es retornada normalmente al recipiente de mezcla para la mezcla con gas bruto. Es ventajoso calentar de nuevo el agua retornada antes de la alimentación al recipiente de mezcla y en este caso utilizar el calor de la refrigeración de la suspensión. El calentamiento del agua en un intercambiador de calor conduce, sin embargo, a una formación intensiva de deposiciones sobre las superficies de intercambio de calor, porque la suspensión y el agua retornada contienen numerosas sustancias lavadas a partir del gas bruto y la ceniza volátil.

A partir del documento EP 0 648 828 B (= DE 694 05 841-T2) se puede deducir un modo de procedimiento del tipo indicado al principio, en el que allí el gas de síntesis o bien gas bruto es alimentado a un depósito de lavar, para ejecutar entonces otras etapas de tratamiento, mientras que la suspensión es alimentada a un tambor-Flash. A partir del documento US 4 074 981 o del documento US 5 345 756 se deducen procedimientos e instalaciones para la gasificación de combustibles que contienen carbono, pero contienen pocas instrucciones sobre cómo debe tratarse en adelante la suspensión resultante a partir del recipiente de mezcla.

Se conoce a partir del documento DE 41 09 231 C un procedimiento para la utilización de sustancias sólidas que contienen carbono cargadas con halógeno, que son transportadas en estado fluido a un reactor. El gas generado es enfriado con agua alcalina, para refrigerar el gas y eliminar por lavado negro de carbón y álcalis. Un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento de aguas residuales de un dispositivo de lavado de gas de síntesis por medio de Flash de vacío y para la obtención de vapor se conocen a partir del documento DE 698 31 867 T. Apenas es `posible una expansión y una recuperación de calor en este procedimiento debido a bajas temperaturas, de manera que no

se precalienta el condensado retornado al enfriamiento.

El cometido de la invención es indicar un procedimiento y un dispositivo, con los que se pueden aprovechar de una manera óptima los contenidos de calor que se encuentran en el sistema lo mismo que las cantidades de agua necesarias para la refrigeración y condensación, debiendo recircularse estas últimas.

Con un procedimiento del tipo designado al principio, este cometido se soluciona de acuerdo con la invención porque la suspensión es alimentada desde una fase de expansión a la fase de expansión siguiente, en la que el condensado de la otra fase de expansión es retornado a la fase de expansión precedente, estando previsto de acuerdo con la invención el empleo de varias fases de expansión, de manera que la suspensión es retornada desde una fase de expansión a la fase de expansión siguiente, en el que el condensado de la otra fase de expansión es retornado a la fase de expansión precedente.

A través del tratamiento de acuerdo con la invención de la suspensión de polvo y negro de carbón a partir de la gasificación y agua, por ejemplo, a partir de un enfriamiento de agua se puede emplear el tipo de procedimiento de acuerdo con la invención para la gasificación de carbón seco, macerado de carbón, combustibles líquidos, por ejemplo residuos de refinería y similares.

A través del contacto directo con agua se puede refrigerar y condensar directamente el vapor que se forma durante la expansión, de manera que este condensado se puede emplear en cada caso posteriormente.

De manera conveniente, en la última fase de expansión se genera vacío (0, 02 MPa) , lo que se puede conseguir, por ejemplo, alimentando agua limpia fría. En este caso, en otra configuración de la invención puede estar previsto también que se aspiren los gases de escapa que de forman en la cúpula de la fase de expansión y se alimenten a otro tratamiento.

En otra configuración del tipo de procedimiento de acuerdo con la invención está previsto que la suspensión sea alimentada desde la última fase... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el tratamiento de corrientes de fluido producidas durante la gasificación de combustibles que contienen carbono y ceniza, en el que durante la gasificación se hace reaccionar combustible en un reactor con un gas que contiene oxígeno para formar un gas bruto, el gas bruto producido a través de la gasificación es mezclado con agua en un recipiente de mezcla siguiente y es refrigerado, la porción de evaporación del agua es descargada con el gas bruto desde el recipiente de mezcla y la mezcla de sustancia sólida/agua remanente (suspensión) es derivada al menos parcialmente, en el que la suspensión derivada desde el recipiente de mezcla es expandida en al menos una fase siguiente durante la evaporación de al menos una parte del agua y la bajada de la temperatura y el vapor resultante es refrigerado a través de contacto directo con agua y se condensa al menos parcialmente, caracterizado porque la suspensión es alimentada desde una fase de expansión a la fase de expansión siguiente, en el que el condensado de la otra fase de expansión es retornado a la fase de expansión precedente.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que para la generación de un vacío en la última fase de expansión se alimenta agua limpia fría.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que los gases de escape que se forman en la cúpula respectiva de la fase de expansión son aspirados y son conducidos a un tratamiento posterior.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la suspensión desde la última fase de expansión es alimentada a una piscina de sedimentación o similar para la separación de sustancia sólida y aguas residuales, siendo retornadas las aguas residuales producidas a una fase de expansión.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una corriente parcial de la suspensión es retornada para la formación de una película de agua en un lugar de transición entre el espacio de reacción y el recipiente de mezcla.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la suspensión y/o el agua a calentar son acidificadas delante o en las fases de expansión, por ejemplo con ácido clorhídrico o ácido acético.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que antes de la introducción en la piscina de decantación y/o antes de la filtración se ajusta a través de la dosificación de bases el valor pH, por ejemplo entre 7-9.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas bruto desde el recipiente de mezcla es alimentado a un lavadero Venturi y/o separador de gotas y/o torre de lavado y/o instalaciones de conversión para monóxido de carbono contenido y/o a una instalación de absorción para oxígeno para la formación del gas puro.

9. Dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores con un reactor de gasificación (1) con un recipiente de mezcla (1b) para la mezcla del gas bruto que resulta durante la gasificación con agua, en el que está previsto un conducto (6) entre la zona inferior del recipiente de mezcla (1b) y un primer recipiente de expansión configurado como torre de riego (7a) , en el que la torre de riego está provista con un fondo colector de condensado (8a) y con un conducto de retorno (10a) hacia el recipiente de mezcla (1b) equipado con cabezales de pulverización para el condensado producido, caracterizado por que están previstas una pluralidad de torres de riego (7a-7d) o dispositivos de expansión comparables en conexión sucesiva, con conductos de conexión de los sumideros (8a-8d) respectivos para la suspensión y conductos de retorno de condensado (10a10d) desde la torre de riesgo conectada a continuación hasta la torre de riego precedente y/o al recipiente de mezcla.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que en la zona de transición entre el espacio de reacción y el recipiente de mezcla están previstas estructuras internas para la formación de una película de agua (1c) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que está previsto un conducto de gas bruto (5) , que conduce desde la zona de la cabeza del recipiente de mezcla, para la impulsión de un lavadero Venturi (19) y/o del separador de gotas (20) y/o de la torre de lavado (21) , con conductos de impulsión y de retorno para condensado de proceso y/o agua de lavar y/o agua limpia.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 o una de las siguientes, caracterizado porque detrás de la última torre de lavar (7d) para la impulsión de la suspensión está prevista una piscina de decantación o de clarificación (12)

o similar con extracción de agua (17) y extracción de sustancia sólida (15) .