Reformador activo.

Un aparato de procesamiento por lotes para producir gas de síntesis que tiene una eficiencia térmica aumentada que comprende:

una cámara de pirólisis

(12) configurada para pirolizar materia orgánica calentándola en una atmósfera privada de oxígeno para generar gas de síntesis que comprende CO y H2;

una unidad de reformado (14) configurada para elevar la temperatura del gas de síntesis generado en la cámara de pirólisis con el fin de disociar los alquitranes del mismo en moléculas de carbono más simples, teniendo la unidad de reformado una zona de reacción de desplazamiento de gas de agua;

medios de conducción (22, 24) que forman un bucle de circulación para hacer circular repetidamente gases entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua;

medios para aumentar el porcentaje de H2 presente en el gas de síntesis por medio de una reacción de desplazamiento de gas de agua que comprenden unos medios para, durante el funcionamiento, añadir vapor en dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua;

y un conducto de derivación que comprende un ventilador de recirculación en paralelo con dicha unidad de reformado para hacer circular el gas de síntesis a través de la cámara de pirólisis sin pasarlo a través de la unidad de reformado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2009/000708.

Solicitante: Chalabi, Rifat A.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: C/o Chinook Sciences Limited Cumberland House 35 Park Row Nottingham NG1 6EE REINO UNIDO.

Inventor/es: PERRY, OPHNEIL HENRY, Chalabi,Rifat A.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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... > C10J3/66 (por introducción de los mismos en la zona de gasificación)

PDF original: ES-2511265_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Reformador activo Campo de la invención La presente invención se refiere a un método de producción de gas de síntesis.

Antecedentes de la invención La gasificación es un proceso que convierte materiales carbonosos, tales como la biomasa, en monóxido de carbono e hidrógeno haciendo reaccionar la materia prima a altas temperaturas con una cantidad controlada de oxígeno. La mezcla de gas resultante se denomina gas de síntesis o syngas. El gas de síntesis está fabricado principalmente de CO (monóxido de carbono) , e hidrógeno. Estos dos elementos son los bloques de construcción básicos de los alcoholes (metanol, etanol, propanol, etc.) .

La gasificación es un método eficiente para extraer energía a partir de muchos tipos diferentes de materiales orgánicos y proporciona una eliminación de residuos limpia. La gasificación es más eficiente que la combustión directa del combustible original, especialmente puesto que muchos de los compuestos orgánicos contenidos en el material procesado se convierten en energía (eficiencia térmica más alta) .

El syngas puede quemarse directamente en los motores de combustión interna o usarse para producir alcoholes tales como metanol, etanol y propanol, y también hidrógeno. En la actualidad, la gasificación de combustibles fósiles se usa ampliamente a escala industrial para generar electricidad.

Habitualmente, la generación de gas de síntesis en un gasificador pasa por varios procesos.

Pirólisis El primer proceso es la pirólisis y esta se produce cuando la temperatura en el interior del dispositivo de gasificación se eleva con una atmósfera privada de oxígeno, calentando el material carbonoso. El proceso de pirólisis es la gasificación de los compuestos orgánicos con cero contenido de oxígeno. Para conseguir gas de síntesis a partir de la materia orgánica el proceso podría ser o un proceso de gasificación (oxidación parcial de la materia orgánica) , o pirólisis (oxidación cero de la materia orgánica) . La pirólisis produce más gas de síntesis, ya que no oxida ninguno de los gases de síntesis que produce.

Proceso de reformado Este se efectúa en una cámara de reformado de alta temperatura, que recibe los gases de síntesis de la cámara de pirólisis. En la cámara de reformado, la temperatura del gas de síntesis se eleva a una temperatura alta (> 900 º C) con el fin de disociar los alquitranes en moléculas de carbono más simples. Cuando se añade vapor en la cámara de reformado, se altera la relación de hidrógeno a monóxido de carbono, esto se logra a través del uso de la reacción de desplazamiento del gas de agua (reacción de desplazamiento) .

La reacción de desplazamiento es una reacción química exotérmica en la que el agua y el monóxido de carbono reaccionan para formar dióxido de carbono e hidrógeno:

CO+H2O-CO2+H2 (1)

La reacción de desplazamiento aumenta la cantidad de hidrógeno producido. Sin embargo, la reacción de desplazamiento es una reacción endotérmica y requiere una temperatura alta. La reacción de desplazamiento es sensible a la temperatura con la tendencia a desplazar los productos a medida que aumenta la temperatura. Como resultado, la reacción de desplazamiento absorbe una energía considerable de la cámara de reformado, haciendo el coste prohibitivo. Los intentos para disminuir la temperatura de reacción usando catalizadores no han sido especialmente exitosos.

Más importante aún, la reacción de desplazamiento también consume monóxido de carbono del gas de síntesis. El monóxido de carbono se requiere para producir la relación de hidrógeno a CO requerida para la producción de alcoholes tales como metanol, etanol y propanol.

Por lo tanto, hay un intervalo óptimo para la operación de desplazamiento, en el que el uso de más desplazamiento se hace menos beneficioso ya que tanto el consumo de CO como el consumo de energía serían demasiado grandes.

La solicitud de patente WO 03/066517 desvela un aparato para producir syngas que incluye un reactor hidrogasificador, un reformador pirolítico de vapor, una tubería que conecta el reformador pirolítico de vapor al

reactor hidrogasificador y una tubería adecuada para alimentar vapor en el reformador pirolítico de vapor. La solicitud de patente WO 2004/0702207 desvela un método de procesamiento de materias primas de biomasa para producir syngas que incluye pirolizar las materias primas de biomasa en un pirolizador, calentándolas en una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno para producir gas de pirólisis, añadiendo vapor al gas de pirólisis a medida que pasa a través de un gasificador, y haciendo recircular el gas a través del pirolizador.

Sumario de la invención La presente invención pretende proporcionar un método mejorado para generar gas de síntesis.

En consecuencia, la presente invención proporciona un aparato de procesamiento por lotes para producir gas de síntesis, que tiene una mayor eficiencia térmica, que comprende: una cámara de pirólisis configurada para pirolizar materia orgánica calentándola en una atmósfera privada de oxígeno para generar gas de síntesis que comprende CO y H2; una unidad de reformado configurada para elevar la temperatura del gas de síntesis generado en la cámara de pirólisis con el fin de disociar los alquitranes del mismo en moléculas de carbono más simples, teniendo la unidad de reformado una zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; medios de conducción que forman un bucle de circulación para hacer circular repetidamente los gases entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; y medios para aumentar el porcentaje de hidrógeno presente en dicho gas de síntesis por medio de una reacción de desplazamiento de gas de agua que comprende unos medios para, durante el funcionamiento, añadir vapor en dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; y un conducto de derivación en paralelo con dicha unidad de reformado para hacer circular el gas de síntesis a través de la cámara de pirólisis sin pasarlo a través de la unidad de reformado. En una realización preferida, dicha unidad de reformado tiene una zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; y dicho aparato comprende, además, un sistema de control para monitorizar el contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha unidad de reformado y controlar la circulación de gas entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en función del mismo.

Ventajosamente, dicho sistema de control tiene un medio para monitorizar la composición del gas de síntesis en dicha unidad de reformado, y dicho sistema de control puede funcionar para controlar el suministro de dicho gas a al menos uno de entre un sintetizador de gas y un medio de generación de vapor en función de la misma.

Preferentemente, el aparato comprende un medio para controlar el movimiento de los gases a dicho sintetizador de gas y dicho medio de generación de vapor, y en el que dicho sistema de control puede funcionar para controlar dichos medios, para controlar de este modo el suministro de dicho gas a al menos uno de entre dicho sintetizador de gas y dicho medio de generación de vapor en función del mismo.

Preferentemente, el aparato comprende además unos medios de soplado en dichos medios de conducción para hacer circular dichos gases y dicho sistema de control puede funcionar para controlar dichos medios de soplado en función del contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha unidad de reformado.

Ventajosamente, dicha unidad de reformado tiene una cámara de mezcla aguas abajo de dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en dicho bucle de circulación y dicho sistema... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato de procesamiento por lotes para producir gas de síntesis que tiene una eficiencia térmica aumentada que comprende:

una cámara de pirólisis (12) configurada para pirolizar materia orgánica calentándola en una atmósfera privada de oxígeno para generar gas de síntesis que comprende CO y H2; una unidad de reformado (14) configurada para elevar la temperatura del gas de síntesis generado en la cámara de pirólisis con el fin de disociar los alquitranes del mismo en moléculas de carbono más simples, teniendo la unidad de reformado una zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; medios de conducción (22, 24) que forman un bucle de circulación para hacer circular repetidamente gases entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; medios para aumentar el porcentaje de H2 presente en el gas de síntesis por medio de una reacción de desplazamiento de gas de agua que comprenden unos medios para, durante el funcionamiento, añadir vapor en dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua; y un conducto de derivación que comprende un ventilador de recirculación en paralelo con dicha unidad de reformado para hacer circular el gas de síntesis a través de la cámara de pirólisis sin pasarlo a través de la unidad de reformado.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho aparato comprende además un sistema de control (38, 44, 30) , monitorizando dicho sistema de control el contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha unidad de reformado y controlando la circulación de gas entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en función del mismo y/o dicho sistema de control (38) puede funcionar para controlar la inyección de vapor en dicho gas en función del contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha unidad de reformado.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho sistema de control tiene un medio para monitorizar la composición del gas de síntesis (30) en dicha unidad de reformado (14) , y dicho sistema de control puede funcionar para controlar el suministro de dicho gas a al menos uno de entre un sintetizador de gas y un medio de generación de vapor (32) en función de la misma.

4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un medio para controlar el movimiento de los gases (33) a dicho sintetizador de gas y dicho medio de generación de vapor, y en el que dicho sistema de control puede funcionar para controlar dicho medio (33) , controlando de este modo el suministro de dicho gas a al menos uno de entre dicho sintetizador de gas y dicho medio de generación de vapor en función del mismo.

5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, que comprende además un medio para hacer recircular el gas de síntesis que comprende unos medios de soplado (26, 27) en dichos medios de conducción (22, 24) y dicho sistema de control puede funcionar para controlar dichos medios de soplado en función del contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha unidad de reformado.

6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que dicha unidad de reformado (14) tiene una cámara de mezcla (18) aguas abajo de dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en dicho bucle de circulación y dicho sistema de control (38, 44, 30) puede funcionar para monitorizar el contenido de hidrógeno del gas de síntesis en dicha cámara de mezcla, para controlar de este modo la circulación de gas entre dicha cámara de pirólisis y dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en función del mismo y en el que dicho medio para añadir vapor (42) en dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua está configurado para inyectar vapor en dicha cámara de mezcla (18) .

7. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6 cuando dependen de la reivindicación 3, en el que dicha unidad de reformado (14) tiene una cámara de recogida (20) entre dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua y dicho sintetizador de gas y dicho medio de generación de vapor, y dicho sistema de control puede funcionar para monitorizar la composición del gas de síntesis en dicha cámara de recogida.

8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que dicho sistema de control (38) puede funcionar para hacer circular los gases de síntesis más de 3 veces y hasta 24 veces entre la cámara de pirólisis (12) y la unidad de reformado (14) .

9. Aparato de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además un ventilador de derivación en el conducto de derivación para controlar el paso del gas de síntesis a través del conducto de derivación.

10. Un método de procesamiento por lotes de materia orgánica para producir gas de síntesis en un proceso por lotes, comprendiendo el método:

pirolizar un lote de materia orgánica en una cámara de pirólisis (12) calentándola en una atmósfera privada de oxígeno para producir gas de síntesis que comprende CO y H2;

hacer pasar el gas de síntesis a través de una unidad de reformado, en la que se eleva su temperatura con el fin de disociar los alquitranes del mismo en moléculas de carbono más simples, y devolverlo a la cámara de pirólisis, en donde hacer pasar el gas de síntesis a través de una unidad de reformado incluye la introducción de vapor en el gas de síntesis, de tal manera que el vapor se somete a una reacción de desplazamiento de gas de agua en la que se consume CO y se produce H2, reponiendo el producto de la reacción de desplazamiento de agua el CO consumido durante dicha reacción con un gas de alta eficiencia térmica y aumentando el porcentaje de H2 presente en el gas de síntesis; hacer recircular el gas de síntesis que tiene una capacidad térmica aumentada de nuevo a través de la cámara de pirólisis para gasificar la materia orgánica en la misma; en el que se suministra energía para reemplazar la energía consumida durante dicha reacción; y cuando la temperatura del gas de síntesis que recircula alcanza un nivel deseado, eludir el reformador (14) para evitar que la temperatura del gas llegue a un nivel demasiado alto.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el CO consumido se repone continuamente.

12. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, en el que los gases de síntesis circulan más de 3 veces y hasta 24 veces entre la cámara de pirólisis y el reformador.

13. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la unidad de reformado (14) tiene una cámara de mezcla (18) y una cámara de recogida y (20) la zona de reacción de desplazamiento de gas de agua se proporciona en dicha cámara (18) de mezcla.

14. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la composición del gas de síntesis se monitoriza en dicha unidad de reformado (14) para determinar el contenido de hidrógeno del gas de síntesis, comprendiendo además el método añadir vapor a dicha zona de reacción de desplazamiento de gas de agua en función del contenido de hidrógeno monitorizado para promover la generación de hidrógeno.

15. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, que comprende además controlar el proceso mediante el control de la velocidad de circulación del gas.

16. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que se evalúa cada lote de gas de síntesis para determinar si el gas de síntesis logra uno o más criterios de control de calidad de control predeterminados, liberándose el lote de gas de síntesis en el proceso de síntesis en el caso de que logre los criterios de control de calidad requeridos y, de lo contrario, usándose el lote para producir vapor que se usa para mejorar la producción de gas de síntesis.

17. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el uso del gas de síntesis para producir vapor comprende dirigirlo a lo largo de un conducto hacia una caldera y el vapor producido en la caldera se aplica al reformador para su uso en la reacción de desplazamiento de agua.