PROCEDIMIENTO DE GASIFICACION DE GLICERINA.

Procedimiento de gasificación de glicerina.

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 micras y se enfría el gas bruscamente a través de un evaporador tipo cesta

Procedimiento de gasificación de glicerina.

La presente invención se enmarca en el sector de la tecnología de la energía renovable, y mas concretamente al sector industrial referido a la tecnología de gasificación, y se refiere a un novedoso sistema de gasificación que utiliza glicerina como biomasa.

Estado de la técnica

El uso de la glicerina como materia prima combustible, tiene interés en la medida en que es previsible un excedente de dicho compuesto en la producción de biodieseles, ya que supone un problema grave su utilización como producto y adquiere la categoría de residuo por la necesidad de desprenderse de ella. A largo plazo pueden encontrarse aplicaciones en transformaciones de tipo químico, pero a corto y medio plazo no es previsible el desarrollo de procesos convencionales de combustión, debido a la muy baja volatilidad de la glicerina que dificulta su ignición.

La presente invención pretende ofrecer una novedosa alternativa de obtención de energía a partir de la glicerina utilizando procesos de gasificación.

La gasificación es un proceso termoquímico conocido, muy utilizado en la Segunda Guerra Mundial, en el que la materia orgánica es transformado en un gas combustible de bajo poder calorífico, mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada y en presencia de un agente gasificante. El objetivo principal de la gasificación es transferir la máxima energía química desde la alimentación a la fracción gaseosa y recibir un alto rendimiento de gas combustible compuesto principalmente de productos gaseosos de bajo peso molecular. Esta tecnología permite obtener energía renovable y menos contaminante. En los sistemas de gasificación convencionales se opera a gran escala en gasificadores de lecho fluido, para tratamiento de sólidos, pero para el tratamiento de líquidos, como es la glicerina, es necesario gasificar por pulverización en corrientes de gases a temperatura elevada, técnica de la que no se tiene conocimiento previo alguno que haya sido específicamente diseñada para su aplicación a la glicerina.

La descomposición de la estructura molecular de la glicerina exige la elevación térmica previa, por encima de los 900ºC, y el mantenimiento de la misma en el sistema de reacción hasta su conversión completa, ya que la presencia de material particulado en el flujo de gases, compromete la viabilidad de las aplicaciones previstas. Así mismo, la temperatura debe mantenerse entre 900ºC y 1000ºC para evitar la formación de NOx y, a la vez, alcanzar una velocidad de reacción suficiente para altas conversiones de glicerina. La patente EP1724326 se refiere a un sistema de gasificación de biomasa sólida, convencional, que emplea oxígeno para eliminar los hollines producidos por la pirólisis de la lignocelulosa, en la que se aplican temperaturas de entre 600ºC y 900ºC en la cámara de gasificación, temperaturas que no son lo suficientemente elevadas como para ser aplicadas a la glicerina.

La Gasificación por plasma emplea temperaturas muy altas en condiciones de ausencia casi total de oxígeno para descomponer los materiales del desecho a una estructura molecular básica. La gasificación de plasma no quema como hacen las calderas. Convierte los desechos orgánicos a un gas compuesto de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H) que todavía contiene toda la energía del desecho. Convierte los desechos inorgánicos a un vidrio inerte. El plasma se considera un estado diferenciado de la materia. La electricidad va a una antorcha, que tiene dos electrodos, ionizando un gas (aire o vapor de agua, normalmente). El gas generado en la gasificación pasa por la antorcha que se genera en la recombinación del gas ionizado, calienta el gas del proceso a temperaturas internas tan altas como 25,000ºF. Con este sistema de gasificación, se consiguen asegurar altas temperaturas pero no asegurar simultáneamente los tiempos de residencia adecuados, es decir, el tiempo de permanencia de la sustancia hasta su desaparición total por reacción o consumo, lo que hace que no sea adecuada su aplicación a la glicerina.

Para resolver los problemas anteriormente mencionados, la presente invención se refiere a un novedoso método de utilización de la glicerina como biomasa, en procesos de gasificación.

Descripción de la invención

El fundamento de la invención está basado en la utilización de la glicerina como biomasa en un proceso de gasificación por pulverización de gases, para la obtención de energía, basado en la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como agentes gasificantes y manteniendo todo el sistema gasificador-ciclón a una temperatura entre 900 y 1000ºC. La mezcla de oxígeno, aire y vapor de agua puede variar en función de las características exigidas para el gas producto. Una mayor proporción de aire-vapor reduce costos de producción pero incorpora más nitrógeno en la salida, mientras que una mayor proporción de oxígeno-vapor reduce la presencia de nitrógeno a coste superior.

El procedimiento consiste en varias fases:

1ª- Cámara de gasificación de alta temperatura (>900ºC) en la que se introducen los agentes gasificantes y la glicerina, esta por pulverización.

2º- Reformador en el que, también a temperaturas superiores a 900ºC se completa el conjunto de reacciones de oxidación parcial/craqueo térmico en presencia de óxidos metálicos

3º- Ciclonado en caliente que retiene cenizas de tamaño superior a 5 micras.

4º-. Evaporador tipo cesta en el que se enfría el gas bruscamente. Este evaporador impone condiciones en el lado de la carcasa, por mezcla turbulenta (Tª= 450ºC) y genera vapor en el lado de los tubos a 275ºC (60 bar) que puede ser incorporado al ciclo de expansión de una turbina de vapor de un ciclo combinado o utilizado en proceso. El gas a 450ºC se enfría, a contracorriente,. con aire comprimido a 20 bar o por intercambio con corrientes de proceso (si cabe la integración energética), hasta menos de 100ºC para su compresión a 20 bar en operación isotérmica, aproximadamente, para su posterior tratamiento húmedo con ácido para retención de amonio y, seguidamente, con suspensión de caliza reactiva para retención de componentes acídicos obteniéndose un gas "limpio", comprimido a 20 bar que puede ser empleado en producción de energía, modificado en un nuevo reformador para obtener gas de síntesis o, mediante absorción de CO2, para producir hidrógeno de calidad.

Para complementar la descripción que antecede y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se va a realizar una descripción detallada de una realización preferida

La glicerina obtenida como residuo en procesos de producción de biodiéseles es introducida en una cámara de gasificación por pulverización a temperaturas mayores de 900ºC junto con una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como agentes gasificantes En el caso de gasificación con oxígeno puro, la cantidad de oxígeno requerida está entre 0,05 y 0,1 Kg 02/Kg glicerina y en caso de utilizar aire enriquecido en oxígeno o aire atmosférico, habría que contemplar las mayores pérdidas por dilución y enfriamiento de un caudal superior y los mayores costes de compresión y manipulación. Hay que tener en cuenta que la glicerina utilizada no es un producto químico puro, sino que son los restos de producción de biodiesel que, acompañados con diversas impurezas, requiere un ajuste de la composición de la mezcla comburente o gasificante para asegurar las condiciones de composición y térmicas dentro del gasificador.

Posteriormente el producto obtenido pasa a un reformador en el que se completa el conjunto de reacciones de oxidación parcial/craqueo térmico en presencia de óxidos metálicos manteniéndose la temperatura superior a 900ºC, para ser posteriormente ciclonado para retener las cenizas producidas y finalmente el gas es enfriado. Puesto que la glicerina tiene un calor estándar de combustión de 3,855 Kcal/Kg pero las impurezas orgánicas que le acompañan son de mayor poder calorífico, se obtienen 2,335 moles de gas por peso fórmula de glicerina (fórmula elemental CH2, 67O) cuya composición aproximada es de 0,1 a 0,4 moles de CO2, 0,3 a 0,36 moles de CO y 0,52 a 0,56 moles de H2, con un poder calorífico que puede variar desde 10 MJ/Nm³ a 14 MJ/Nm³.

En cualquier caso la optimización del procedimiento se hará en función de la disponibilidad y precio del oxígeno, de la comparación con aire enriquecido o atmosférico y de la posible integración energética de la aplicación del gas limpio al obtener vapor a temperatura ambiente, por lo que su combustión exige elevadas temperaturas a fin de que exista la fase vapor.

1. Procedimiento de gasificación de glicerina caracterizado por utilizar glicerina como biomasa basado en la utilización de una mezcla de oxígeno, vapor y aire atmosférico como agentes gasificantes y que comprende

i)        Una cámara de gasificación

ii)        Un Reformador

iii)        Un equipo de cliclonado

iv)        Un evaporador tipo cesta

manteniendo todo el sistema gasificador-ciclón a una temperatura superior a 900ºC e inferior a 1000ºC.

2. Procedimiento de gasificación de glicerina según reivindicación 1 caracterizado por realizarse, en el gas enfriado obtenido, un posterior tratamiento húmedo con ácido y seguidamente con suspensión de caliza reactiva.

3. Procedimiento de gasificación de glicerina según reivindicación 1 y 2 caracterizado por utilizarse como agente gasificante oxígeno puro en una proporción entre 0,05 y 0,1 Kg 02/Kg glicerina.

4. Procedimiento de gasificación de glicerina según reivindicación 3 caracterizado por obtenerse mas de 2,2 moles de gas, compuesto por CO2, CO y H2, por peso molecular de glicerina.

5. Procedimiento de gasificación de glicerina según reivindicación 4 caracterizado por obtenerse un poder calorífico que varía desde 10 MJ/Nm³ a 14 MJ/Nm³.