PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA PIROLISIS Y LA GASIFICACION DE PRODUCTOS ORGANICOS O DE MEZCLAS DE PRODUCTOS ORGANICOS.

Procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos,

según el cual

se disponen los productos orgánicos en un reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3),

teniendo lugar un secado y una pirólisis, convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y por un residuo sólido que contiene carbono;

el residuo sólido, que contiene carbono, o el residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono, de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis (1);

el vapor de agua, producido por el secado, y los gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera, que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia calorífica;

el secado y la pirólisis se llevan a cabo con, al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1);

el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como lecho fluidificado estacionario;

los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un intercambiador de calor (2) indirecto;

los gases de escape del hogar (37) o los gases de escape del hogar y el material del lecho fluidificado correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción (21);

el material del lecho fluidificado (3) está constituido únicamente por las cenizas de los productos orgánicos

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos

o por las cenizas de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado

Procedimiento y dispositivo para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos.

La invención se refiere a un procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos y a un dispositivo para la realización de un procedimiento de este tipo.

Se conoce una serie de procedimientos para llevar a cabo el tratamiento y el aprovechamiento de productos orgánicos y de mezclas de productos orgánicos por ejemplo por medio de una gasificación y de una pirólisis. Los procedimientos se diferencian de conformidad con el gas empleado para la oxidación o bien para la reducción, así como por el tipo del contacto entre los productos sólidos y el gas. Con respecto a la conducción de los productos sólidos y del gas se distingue, entre otras cosas, entre los gasificadores de lecho fluidificado en circulación, los gasificadores de flujo arrastrado, los gasificadores tubulares giratorios y los gasificadores de lecho en circulación con una conducción del gas a contracorriente, en corrientes paralelas o en corriente transversal. La mayor parte de los procedimientos de gasificación conocidos no es adecuada para instalaciones pequeñas, descentralizadas, debido al elevado coste de la instalación. Las instalaciones pequeñas, descentralizadas, son recomendables, de manera especial, cuando se utilizan biomasas como materias primas.

El comportamiento del funcionamiento de los procedimientos de gasificación según el principio del lecho fluidificado en circulación depende, en gran medida, del balance entre el tamaño de los granos del lecho fluidificado, que está constituido por la materia prima, que debe ser gasificada, y por el material inerte, que se encuentra igualmente en circulación. De aquí se desprenden requisitos correspondientes relativos con el tamaño de los trozos del material de partida. Se plantean exigencias aún mayores con respecto a la preparación del combustible en el caso de la gasificación de flujo arrastrado, que únicamente permite el empleo de granos del combustible finamente molidos.

Otros inconvenientes esenciales de los procedimientos conocidos para la gasificación consisten en que las sucesivas etapas del proceso, que están constituidas por el secado, la desgasificación, la gasificación y la combustión de las materias primas, transcurran en zonas situadas directamente de manera adyacente, que pasan de una a otra. De este modo, las zonas individuales no están definidas dentro de un reactor y la desgasificación, la gasificación y la combustión pueden desarrollarse localmente de manera incompleta. En otros procedimientos conocidos se ha intentado resolver estos inconvenientes por medio de la separación de las etapas individuales del proceso, que se desarrollan en el combustible, que consisten en la desgasificación, la gasificación y la combustión.

En la publicación DE 197 20 331 A1 se proponen un procedimiento y un dispositivo para la gasificación o para la combustión de biomasas secas o húmedas, en forma de grano fino o en forma de trozos, así como de basuras, según la cual se desgasifican materias primas biológicas en un horno de desgasificación por medio de las paredes calientes de un horno de combustión y por medio de la afluencia de gases calientes procedentes del horno de combustión en dicho horno de desgasificación, con lo cual se forman coque y gases de pirolisis, llegando el coque sobre el lecho incandescente del reactor de gasificación una vez que ha pasado el desmenuzador, mientras que los gases de pirólisis son quemados en la cámara de combustión del reactor de gasificación por medio del aporte de una cantidad limitada de aire y los gases residuales que se forman fluyen a continuación a través del lecho incandescente del reactor de gasificación, en el que tiene lugar una oxidación del carbono para dar CO con reducción simultánea de los gases de escape (CO₂) y vapor de agua (H₂O) para formar un gas combustible pobre (CO, H₂). Dado que la pirólisis se lleva a cabo por medio del calentamiento debido al contacto con gases residuales calientes de combustión y debido a que, además, se lleva a cabo una combustión parcial de los gases de pirólisis, únicamente puede obtenerse un gas de producto de una baja potencia calorífica con el procedimiento, que ha sido propuesto en la publicación DE 197 20 331 A1. Cuando se utilizan combustibles con un elevado contenido en componentes volátiles y con bajos rendimientos en coque de pirólisis existe el peligro de una formación insuficiente del lecho incandescente del reactor de gasificación, que está constituido por coque de pirólisis, con lo cual se desarrolla de una manera insuficiente la oxidación del carbono para dar CO con reducción simultánea de los gases de escape y de vapor de agua para formar un gas combustible pobre, a costa de la potencia calorífica del gas de producto.

Por otra parte, se conoce por la publicación US 4,568,362 un procedimiento para la gasificación de productos orgánicos y de mezclas de productos orgánicos, en el cual los productos orgánicos son conducidos hasta un reactor de pirólisis, en el que los productos orgánicos entran en contacto con un medio caloportador, con lo cual tiene lugar una pirólisis rápida, que convierte a los productos orgánicos en productos de pirólisis, que están constituidos por gases de pirólisis con productos condensables y por un residuo sólido, que contiene carbono, y la energía térmica necesaria para la pirólisis se genera por medio de la combustión de residuos sólidos, que contienen carbono, en un reactor de combustión y los gases de pirólisis, que contienen alquitrán, se someten en una segunda zona de reacción del reactor de pirólisis a reacciones de craqueo y a reacciones con vapor de agua de tal manera que se obtiene un gas de producto con una elevada potencia calorífica. En este procedimiento se verifica tanto la pirólisis así como, también, la combustión del residuo sólido, que contiene carbono, en un lecho fluidificado. En la parte superior del lecho fluidificado para la pirólisis se ha previsto una zona de reacción para los gases de pirólisis, que contienen alquitrán. El funcionamiento de los lechos fluidificados es muy complicado y apenas posibilita un control de las reacciones de los gases de pirólisis en la zona de reacción.

La publicación WO 99/31197 divulga un procedimiento y un dispositivo para la gasificación de productos orgánicos, en el que los productos orgánicos se ponen en contacto en un reactor de pirólisis con material caloportador caliente, recirculado a partir de un hogar y son pirolizados. Estos residuos sólidos de la pirólisis se conducen hasta el hogar junto con el material caloportador. Los gases de pirólisis, que contienen alquitrán, se convierten en una segunda zona de reacción para dar un gas de producto con una elevada potencia calorífica. La conversión para dar el gas de producto se lleva a cabo, en este caso, en un intercambiador de calor indirecto, en caso dado con aporte de un agente de reacción, aprovechándose la capacidad calorífica de los gases de escape del hogar para la reacción química. La combustión se lleva a cabo en un hogar de parrilla. Un procedimiento, en el cual se llevan a cabo la pirólisis y la combustión del residuo sólido, que contiene carbono, en un lecho fluidificado, ha sido calificado como muy costoso y ha sido rechazado.

Se conocen por la publicación US-A-4 244 779 un procedimiento y un dispositivo para la descomposición térmica de materiales orgánicos, poniéndose en contacto el material orgánico con un producto sólido caliente en recirculación procedente de un lecho fluidificado para la combustión y en este caso se piroliza. Los productos sólidos de pirólisis se transfieren hasta el lecho fluidificado para la combustión y son quemados, los gases de pirólisis son retirados y son sometidos a una purificación para gases.

La invención tiene como tarea proporcionar un procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, que puede ser realizado sencillamente, y un dispositivo para la generación de un gas con una elevada potencia calorífica. Estas tareas se resuelven por medio de las características de las reivindicaciones 1 y 15. Se desprenden formas de realización y desarrollos ventajosos de la invención cuando se aprovechan las características que han sido citadas en las reivindicaciones dependientes.

En el caso de un procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos se resuelve esta tarea, de...

1. Procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, según el cual

se disponen los productos orgánicos en un reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3),

teniendo lugar un secado y una pirólisis, convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y por un residuo sólido que contiene carbono;

el residuo sólido, que contiene carbono, o el residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono, de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis (1);

el vapor de agua, producido por el secado, y los gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera, que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia calorífica;

el secado y la pirólisis se llevan a cabo con, al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1);

el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como lecho fluidificado estacionario;

los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un intercambiador de calor (2) indirecto;

los gases de escape del hogar (37) o los gases de escape del hogar y el material del lecho fluidificado correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción (21);

el material del lecho fluidificado (3) está constituido únicamente por las cenizas de los productos orgánicos

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos

o por las cenizas de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el secado y la pirólisis se llevan a cabo en dos o más reactores de pirólisis (1), que están constituidos por dos o por varios reactores de lecho en desplazamiento o por dos o por varios reactores tubulares giratorios o por reactores tubulares giratorios y por reactores de lecho en desplazamiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque no se alimenta agente de reacción a los gases de pirólisis (13).

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se alimenta a los gases de pirólisis (13) un agente de reacción tal como vapor de agua, oxígeno o aire o una mezcla de los mismos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gases de pirólisis (13) reaccionan con el agente de reacción (21) en el intercambiador de calor (2) indirecto.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pirólisis se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 450ºC y 750ºC.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas de producto (23) se recicla hasta el reactor de pirólisis (1).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de reacción (21), tal como vapor de agua, oxígeno o aire o una mezcla de los mismos, se alimenta en el reactor de pirólisis (1).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie de la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3) tiene una forma geométrica cerrada, de cualquier tipo, por el lado del reactor de pirólisis (1) y del lecho fluidificado para la combustión (3).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se lleva a cabo a temperaturas comprendidas entre 800ºC y 1.050ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se lleva a cabo en presencia de un catalizador.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) en un lecho fijo constituido por el material catalizador.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) en un lecho fluidificado, que está constituido por el material catalizador.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se llevan a cabo en presencia de un catalizador que se aporta al gas de pirólisis (13) en flujo arrastrado.

15. Dispositivo para la realización de un procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, especialmente para llevar a cabo un procedimiento de conformidad con una o varias de las reivindicaciones 1 a 14, con un reactor de pirólisis (1), un hogar en lecho fluidificado (3) para el residuo de la pirólisis, una zona de reacción (2) para los gases de pirólisis (13) y un circuito del material del lecho fluidificado entre el lecho fluidificado para la combustión (3) y el reactor de pirólisis (1), caracterizado porque se ha dispuesto un reactor de cuba o un reactor tubular giratorio con una esclusa para la materia prima y una alimentación para el material del lecho fluidificado procedente del lecho fluidificado para la combustión (3) junto al lecho fluidificado para la combustión, porque el reactor de cuba (1) presenta en su extremo inferior un dispositivo de transporte en el lecho fluidificado para la combustión, porque el lecho fluidificado para la combustión (3) presenta un rebosadero para transmitir el material del lecho fluidificado hasta el reactor de cuba (1) y porque los gases de escape (37) del lecho fluidificado para la combustión (3) son alimentados a un intercambiador de calor (2), que está conectado con el reactor de cuba (1) para los gases de pirólisis (13).

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos, material del lecho fluidificado y puede alimentarse en el reactor de pirólisis.

17. Dispositivo según la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos, material del lecho fluidificado por medio de uno o de varios rebosaderos y puede alimentarse en el reactor de pirólisis.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque puede aportarse material refractario para la formación de un lecho fluidificado.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque pueden emplearse para la formación de un lecho fluidificado los componentes no combustibles y los componentes no gasificables de la materia prima.