Grasificador modular de biomasa para convertir la biomasa introducidas en él en un gas combustible,

formado por un reactor de volatilización (1), otro de craqueo térmico (2) y otro reactor de reducción (3), relacionados entre sí; la biomasa a transformar es introducida adecuadamente en el reactor (1), habiéndose previsto que esté dotado de un agitador (10) para favorecer el secado y volatilización de la materia, permitiendo la entrada de aire, y de una fuente de calor exterior (16), pasando a través de orificios (14), estando los reactores (2) dotados de combustores (18) para inyección de aire al proceso, obteniéndose una corriente de gas transformada en el reactor de reducción (3), disponiendo éste de orificios (25) de salida de materia ya reaccionada, y de salida (26) de los gases obtenidos

Gasificador modular de biomasa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un gasificador de biomasa modular, especialmente concebido para convertir o transformar la biomasa que en él es introducida, en un gas combustible para su uso posterior en distintas aplicaciones, por ejemplo térmicas y/o eléctricas.

El objeto de la invención es proporcionar un nuevo tipo de gasificador modular, que combina las mejores cualidades de los distintos gasificadores existentes, consiguiendo con ello un mayor control en la calidad y cantidad de gas generado, para lo que dicho módulo de gasificación está dividido en distintas etapas o reactores.

Antecedentes de la invención

La gasificación es una tecnología de proceso diseñada para obtener un gas de síntesis, es decir, un producto que puede ser empleado para producir combustibles, productos químicos o energía. Puede definirse como un proceso pirolítico optimizado por el que una sustancia sólida o líquida con alto contenido en carbono es transformada en una mezcla combustible gaseosa mediante oxidación parcial con aplicación de calor.

La diferencia entre la incineración y estos procesos radica en la presencia de oxígeno. En la incineración, el proceso es de combustión completa en presencia de oxígeno, mientras que en la gasificación y pirólisis, la reducción se realiza en ausencia o a baja concentración de oxígeno. A pesar de esta diferencia, la legislación Europea cataloga este tipo de procesos como de incineración.

Simplificando el proceso físico, al someter un combustible de naturaleza compleja a altas temperaturas, en ausencia o con bajas concentraciones de oxígeno, se liberan aquellas sustancias que, ya existiendo o formándose nuevas, son volátiles a estas temperaturas. Finalmente se obtiene un sólido rico en carbono en equilibrio con una mezcla de gases formados por H₂O, CO₂, CO, CH₄, C₂H₆, CH₃OH, etc.

Existe en el mercado una gran variedad de reactores o dispositivos de contacto entre el combustible y el comburente, denominados gasificadores, que emplean distintos tipos de sistemas combustible-comburente que se adaptan a las necesidades del producto a tratar y del gas final obtenido. Las posibilidades son varias: oxígeno, aire, vapor de agua, aire rico en oxígeno, etc.

En el caso de la gasificación de biomasa, si se emplea aire como agente gasificante, se obtiene un gas de bajo poder calorífico aprovechable con fines energéticos. Empleando oxígeno se obtiene un gas de menor poder calorífico pero de mayor calidad que se puede emplear como combustible o en la síntesis de metanol, mientras que aplicando vapor de agua se obtiene un gas rico en H₂ y CO apto para la síntesis de gasolinas, metanol, etc. Por último, en el caso de emplear hidrógeno, se obtiene un gas con alto porcentaje de metano que puede llegar a sustituir al gas natural.

Por otro lado, el sentido del flujo del gas y el sólido a gasificar divide a los gasificadores en dos grupos: en contracorriente o "updraft", y completa en presencia de oxígeno, mientras que en la gasificación y pirólisis, la reducción se realiza en ausencia o a baja concentración de oxígeno. A pesar de esta diferencia, la legislación Europea cataloga este tipo de procesos como de incineración.

Simplificando el proceso físico, al someter un combustible de naturaleza compleja a altas temperaturas, en ausencia o con bajas concentraciones de oxígeno, se liberan aquellas sustancias que, ya existiendo o formándose nuevas, son volátiles a estas temperaturas. Finalmente se obtiene un sólido rico en carbono en equilibrio con una mezcla de gases formados por H₂O, CO₂, CO, CH₄, C₂H₆, CH₃OH, etc.

Existe en el mercado una gran variedad de reactores o dispositivos de contacto entre el combustible y el comburente, denominados gasificadores, que emplean distintos tipos de sistemas combustible-comburente que se adaptan a las necesidades del producto a tratar y del gas final obtenido. Las posibilidades son varias: oxígeno, aire, vapor de agua, aire rico en oxígeno, etc.

En el caso de la gasificación de biomasa, si se emplea aire como agente gasificante, se obtiene un gas de bajo poder calorífico aprovechable con fines energéticos. Empleando oxígeno se obtiene un gas de menor poder calorífico pero de mayor calidad que se puede emplear como combustible o en la síntesis de metanol, mientras que aplicando vapor de agua se obtiene un gas rico en H₂ y CO apto para la síntesis de gasolinas, metanol, etc. Por último, en el caso de emplear hidrógeno, se obtiene un gas con alto porcentaje de metano que puede llegar a sustituir al gas natural.

Por otro lado, el sentido del flujo del gas y el sólido a gasificar divide a los gasificadores en dos grupos: en contracorriente o "updraft", y en corriente directa o "downdraft", aunque existen otros tipos como los de lecho fluidizado, horno rotativo, etc. En cualquier caso se produce una serie de reacciones de pirólisis, oxidación y reducción o gasificación. En el primer caso se descompone el sólido original en una mezcla sólido-líquido-gas. En la segunda, reacciona el agente gasificante y libera la energía calorífica que mantiene el sistema y, por último, se produce la reducción del sólido remanente y se convierte en gas.

El gasificador en contracorriente es un gasificador que se caracteriza por su sencillez de construcción, mayor robustez y flexibilidad en operación, no obstante el gas de proceso tiene un alto porcentaje de alquitranes, lo que complica la manipulación del gas en los equipos que están ubicados aguas abajo del gasificador.

Asimismo, aunque el gasificador en corriente directa presenta la ventaja de generar en la corriente de gas un bajo nivel en partículas y alquitranes, la principal desventaja de este reactor es la alta temperatura del gas de salida, la presencia de inquemados en las cenizas y la menor flexibilidad en su operación.

En cualquier caso, estas tecnologías de tratamiento térmico de residuos se encuentran en fase de implantación, aunque se espera en un futuro no muy lejano que sean consideradas como una opción realmente válida y viable frente a los tratamientos convencionales de residuos.

Descripción de la invención

El gasificador modular de biomasa que la invención propone, resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en los distintos aspectos comentados, puesto que en él se combinan las mejores características de los tipos de gasificadores antes mencionados, en contracorriente y en corriente directa, obteniéndose. sistema que trabaja en distintas etapas, y consiguiendo con ello importantes ventajas tanto en la calidad como en la cantidad del gas que es generado.

Para ello y de forma más concreta, el gasificador de biomasa modular que la invención propone, está constituido de tal manera que en el se distinguen tres áreas diferenciadas como son el módulo de volatilización, el de craqueo térmico y el de reducción, que corresponden con las respectivas etapas que en ellos se llevan a cabo y constituyen el proceso objeto del gasificador que se preconiza.

Según lo anteriormente expuesto, el gasificador cuenta con al menos dos válvulas de descarga, de apertura y cierre alternativo, sobre las que se realiza la descarga de la biomasa, y entre ellas se ha dispuesto una cámara de remanso para que se llene en función de los cierres-aperturas de cada válvula. La función principal de estas válvulas es garantizar que no se produzca la entrada de aire al interior del reactor ya que éste hecho afectaría a las reacciones que se producen en el mismo.

Para la alimentación directa del reactor de volatilización el sistema dispone de los medios apropiados como pueden ser, por ejemplo, un tornillo sinfín, dotado en su entrada al reactor de medios de aislamiento y refrigeración externos, de manera que tanto el equipo como la biomasa no se vean afectados por las temperaturas y el calor generado en el interior del reactor.

En cuanto al reactor de volatilización propiamente dicho, se trata de un reactor típico, que cuenta en su interior con un sistema de agitación para favorecer las reacciones de secado y volatilización. El proceso de secado consiste en la evaporación de la humedad que lleva internamente la biomasa, que se ve favorecida por el calor generado en el interior del reactor, mientras que las reacciones de volatilización consisten en...

1. Gasificador modular de biomasa, especialmente concebido para convertir la biomasa que es introducida en el mismo en un gas combustible para aplicaciones térmicas y/o eléctricas, caracterizado porque está constituido por un módulo o reactor de volatilización (1), al menos otro de craqueo térmico (2) y otro reactor de reducción (3), relacionados entre sí de tal forma que la biomasa a transformar es introducida adecuadamente en el reactor de volatilización (1) con la colaboración de un sistema de alimentación apropiado, habiéndose previsto que dicho reactor de volatilización (1) esté dotado de un agitador (10) para favorecer las reacciones de secado y volatilización de la materia, que permite la entrada de aire, y de una fuente de calor exterior (16) materializada preferentemente en un quemador que calienta el interior del reactor, pasando a través de unos orificios de salida (13) los gases producidos a los reactores de craqueo térmico (2), mientras que la biomasa desvolatilizada se descarga a través de orificios (14) situados en el fondo del reactor, estando los reactores de craqueo (2) dotados de combustores (18) para inyección de aire al proceso, obteniéndose una corriente de gas que es transformada en el reactor de reducción (3), favoreciendo dicha transformación la inyección de aire/oxígeno y la presencia de un agitador (24), disponiendo dicho reactor (3) de orificios (25) de salida de la materia que ya ha reaccionado, y de salida (26) de los gases obtenidos.

2. Gasificador modular de biomasa, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la descarga de biomasa se realiza sobre unas válvulas de descarga (6), que se corresponden al menos con dos válvulas de descarga alternativas, pasando después a través de un tornillo sinfín (7) refrigerado, estando las válvulas (6) y el tornillo (7) relacionados a través de un tolvín (8).

3. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor de volatilización (1) está dotado en su parte inferior de un sistema de agitación (10), a través del que entra aire al reactor (1), por las diversas planchas metálicas (11) que lo componen.

4. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la descarga de biomasa a través de los orificios inferiores (14) del reactor (1) se regula a través de válvulas de descarga rotativas (15).

5. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema cuenta con una válvula de guillotina (17) para proteger al equipo, de manera que separa físicamente el quemador (16) de los gases que se generan en el reactor (1).

6. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la inyección de aire en el reactor de reducción (3) se realiza por medio de una varilla central (19) dotada de orificios, y de colectores de aire laterales (21).

7. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor de reducción (3) está dotado de un agitador (24) cónico a través del que circula aceite térmico lo que le permite actuar como elemento de refrigeración de la biomasa y los gases.

8. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el citado reactor de reducción (3) cuenta con un intercambiador o refrigerador (23), materializado en un intercambiador de aceite térmico, para refrigeración de la biomasa final y los gases obtenidos.

9. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la descarga de las cenizas del reactor de reducción (3) se realiza a través de orificios de descarga (25) a los que están conectados tornillos sinfín (27), refrigerados con agua para que disminuya la temperatura de dichas cenizas.

10. Gasificador modular de biomasa, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema cuenta con una chimenea de emergencia (29), acoplada al reactor de volatilización (1), y dotada de una válvula de seguridad (30), que permita la salida de gases en caso de que sea necesario.