PROCEDIMIENTO PARA LA GENERACION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOMASA.

Procedimiento para la generación de electricidad a partir de biomasa.

Procedimiento para la producción de electricidad a partir de biomasa, que comprende los pasos de gasificación de la biomasa para producir un gas de síntesis, quemado del gas de síntesis en una turbina de gas para producir electricidad y utilización de los gases de combustión de la salida de la turbina de gas como fuente de calor para la producción adicional de energía mediante un ciclo de Rankine, caracterizado porque durante el ciclo Rankine se produce al menos un recalentamiento intermedio del vapor del fluido de trabajo del ciclo Rankine mediante aportación de calor procedente del gas de síntesis antes de que dicho gas sea combustionado en la turbina de gas

Procedimiento para la generación de electricidad a partir de biomasa.

La presente invención hace referencia a un procedimiento para la generación de electricidad a partir de biomasa.

Más en particular, la presente invención está relacionada con mejoras en la eficiencia de plantas de gasificación integrada de biomasa (Biomass Integrated Gasification Plants-BIGCC). Si bien la invención no se limita necesariamente a un determinado tipo de biomasa, la presente invención es de especial aplicación a residuos forestales o cultivos energéticos lignocelulósicos (por ejemplo Paulownia elongata) En particular se prevé, por ejemplo, el uso de residuos urbanos y residuos procedentes de cereales, si bien podrían obtenerse en este caso eficiencias menores a las rese- ñadas.

Existen en funcionamiento en diferentes lugares plantas de gasificación integrada de biomasa que operan con un esquema similar. En particular, varias de ellas acoplan a la gasificación un ciclo combinado de generación de electricidad. Sin embargo, la eficiencia neta de dichas plantas debe ser aún mejorada.

Más en particular, el ciclo combinado varía entre BIGCCs.

Entre las BIGCCs instaladas en Europa, se pueden citar, por ejemplo, instalaciones de Norrsundet (Suecia), Carbona (Dinamarca), Lausitz (Alemania), Chianti (Italia), Lahti (Finlandia) y Güssig (Austria). La eficiencia en aplicaciones de producción de electricidad de estas plantas varia entre el 20% y el 35%.

Asimismo, son conocidos diferentes instalaciones y procesos de producción que combinan una gasificación de biomasa, un ciclo Brayton de turbina de gas y un ciclo Rankine de vapor.

El documento US2007/0204620A1 da a conocer un procedimiento de aprovechamiento de gas de síntesis en el que el gas de síntesis es directamente quemado, previa compresión, junto con agua, en una turbina de gas aeroderivada. El calor residual de ciclo Brayton es utilizado en un ciclo Rankine de una única turbina de vapor con una única expansión escalonada en tres etapas. El aprovechamiento térmico del procedimiento se produce en el generador de vapor de recuperación de calor que utiliza los gases de combustión exhaustados de la turbina. El agua inyectada al gas de síntesis provoca problemas de corrosión y complica la instalación.

El documento DE4342165C1, da a conocer un proceso de gasificación de biomasa con un aprovechamiento energético del gas de síntesis obtenido mediante un ciclo combinado. La gasificación se produce a presión atmosférica. El gas de síntesis tras pasar fases de limpiado física y químicas, debe ser enfriado hasta 30ºC y posteriormente comprimido para ser quemado en la turbina de gas. El gas de síntesis también es utilizado para ser combustionado directamente para la producción de vapor en el ciclo Rankine. El ciclo Rankine comprende una única expansión del vapor en una turbina de dos fases.

El documento JP63140805 da a conocer un procedimiento de producción de electricidad a partir de la biomasa que comprende una gasificación, un ciclo combinado y un combustor adicional de gas de síntesis. El ciclo Rankine es de tipo regenerativo con una extracción que es llevada a un intercambiador de tipo abierto. La mezcla debe ser luego presurizada y recalentada, lo que limita la potencia de la turbina y complica la instalación. El fluido del ciclo Rankine es vaporizado y recalentado utilizando el aporte de calor del combustor adicional de gas de síntesis y de sus gases de combustión. La mezcla del intercambiador abierto es vaporizada y recalentada utilizando una mezcla de gases de combustión procedentes de la turbina de gas y del combustor adicional de gas de síntesis.

El documento US6032456B1 da a conocer un procedimiento para la generación de electricidad que incluye una gasificación presurizada, una desulfuración en caliente, enfriamiento del gas de síntesis y limpieza de partículas en frío. El gas obtenido es utilizado en un ciclo combinado de una única turbina de gas en el que el vapor es evaporado mediante aportación de calor del gasificador mediante un intercambiador colocado en el gasificador presurizado y del los gases de combustión exhaustados.

Un objetivo principal de la presente invención es la mejora de la eficiencia o rendimiento energético ofrecida por la técnica conocida (definiendo la eficiencia o rendimiento como la potencia neta dividida entre el consumo o input neto).

Para obtener dicho objetivo, así como otros objetivos adicionales, la presente invención se centra, entre otros puntos, en la mejora de las condiciones de gasificación y la integración térmica del proceso. Asimismo, la presente invención también prevé de manera preferente la optimización del ciclo combinado mediante la incorporación de tres turbinas de vapor con calentamiento intermedio.

Igualmente, la colocación y condiciones operacionales de los intercambiadores de calor de la presente invención y sus realizaciones preferentes son tales que el contenido calórico extraído del gas de síntesis durante su enfriamiento es utilizado extensivamente.

Asimismo, en realizaciones preferentes, la presente invención también prevé un diseño de las condiciones de operación del quemador tal que los gases de combustión cumplen con los requerimientos medioambientales de tipo legal.

Más en particular, la presente invención comprende un procedimiento para la producción de electricidad a partir de biomasa, que comprende los pasos de gasificación de la biomasa para producir un gas de síntesis, quemado del gas de síntesis en una turbina de gas para producir electricidad y utilización de los gases de combustión de la salida de la turbina de gas como fuente de calor para la producción adicional de energía mediante un ciclo de Rankine. En el procedimiento objeto de la presente invención, durante el ciclo Rankine, se produce al menos un recalentamiento intermedio del vapor del fluido de trabajo del ciclo Rankine mediante aportación de calor procedente del gas de síntesis antes de que dicho gas sea combustionado en la turbina de gas.

De esta manera, la presente invención provoca un enfriamiento de los gases de síntesis mediante un aprovechamiento que permite ventajosamente que el gas de síntesis sea limpiado (muy preferentemente mediante un limpiado de tipo químico) tras haber cedido calor al fluido de trabajo del ciclo de Rankine y antes de ser combustionado en la turbina de gas, disponiendo en ese momento el gas de síntesis de una temperatura óptima. La temperatura de los gases de síntesis a la salida del gasificador es más que adecuada para realizar un recalentamiento intermedio del fluido de trabajo de ciclo Rankine.

El fluido de trabajo de ciclo Rankine es preferentemente agua.

De manera novedosa para este tipo de instalaciones, la presente invención prevé que el ciclo de Rankine comprenda tres expansiones del vapor de agua con dos recalentamientos intermedios.

Más ventajosamente, en ambos recalentamientos, el fluido de trabajo del ciclo Rankine se calienta con el calor procedente del gas de síntesis antes de que dicho gas sea combustionado en la turbina de gas. Esto resulta ventajoso gracias a la alta temperatura del gas de síntesis tras la gasificación, resultando conveniente, sin embargo, disminuir su temperatura, por lo que la utilidad obtenida es doble.

La temperatura de gasificación es más adecuada para la presente invención cuando la gasificación se produce por combustión parcial a una temperatura superior a la atmosférica. Aún más preferentemente la gasificación de la presente invención se produce en un lecho fluidizado.

Preferentemente, el fluido de trabajo del ciclo de Rankine es evaporado utilizando calor procedente de los gases de combustión de la turbina de gas, antes de entrar en una primera fase de expansión del vapor del ciclo Rankine.

Más preferentemente, tras la evaporación del fluido de trabajo del ciclo Rankine, el vapor obtenido es recalentado mediante aportación de calor procedente del gas de síntesis.

También de manera preferente, el gas de síntesis sufre una fase de limpieza física antes de intercambiar calor con el fluido de trabajo del ciclo de Rankine.

Aún más preferentemente, dicha fase de limpieza física se lleva a cabo haciendo pasar el fluido de síntesis a través de unos ciclones.

El control de las condiciones de operación del procedimiento según la presente invención es de...

1. Procedimiento para la producción de electricidad a partir de biomasa, que comprende los pasos de gasificación de la biomasa para producir un gas de síntesis, quemado del gas de síntesis en una turbina de gas para producir electricidad y utilización de los gases de combustión de la salida de la turbina de gas como fuente de calor para la producción adicional de energía mediante un ciclo de Rankine, caracterizado porque durante el ciclo Rankine se produce al menos un recalentamiento intermedio del vapor del fluido de trabajo del ciclo Rankine mediante aportación de calor procedente del gas de síntesis antes de que dicho gas sea combustionado en la turbina de gas.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el ciclo Rankine comprende tres expansiones del vapor de agua con dos recalentamientos intermedios.

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque en ambos recalentamientos, el vapor del fluido de trabajo se calienta con el calor procedente del gas de síntesis antes de que dicho gas sea combustionado en la turbina de gas.

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el gas de síntesis es limpiado tras haber cedido calor al fluido de trabajo del ciclo de Rankine y antes de ser combustionado en la turbina de gas.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho limpiado es un limpiado de tipo químico.

6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el fluido de trabajo del ciclo de Rankine es evaporado utilizando calor procedente de los gases de combustión de la turbina de gas, antes de entrar en una primera fase de expansión del vapor del ciclo Rankine.

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, caracterizado porque tras la evaporación del fluido de trabajo del ciclo Rankine, el vapor obtenido es recalentado mediante aportación de calor procedente del gas de síntesis.

8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el gas de síntesis sufre una fase de limpieza física antes de intercambiar calor con el fluido de trabajo del ciclo de Rankine.

9. Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha fase de limpieza física se lleva a cabo haciendo pasar el fluido de síntesis a través de unos ciclones.

10. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la gasificación se lleva a cabo mediante combustión parcial a una temperatura superior a la atmosférica.

11. Procedimiento, según la reivindicación 10, caracterizado porque la gasificación se produce en un lecho fluidizado.

12. Procedimiento, según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la gasificación se realiza a una presión de entre 5 y 15 bar.

13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la gasificación se realiza a una temperatura de entre 800 y 1200ºC.

14. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el gas de síntesis es combustionado a una presión de entre 5 y 15 bar antes de entrar en la turbina de gas en un quemador que recibe el gas de síntesis y aire previamente comprimido.

15. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se regula la entrada de aire comprimido en el quemador para limitar la temperatura de entrada a la turbina de gas de los gases de combustión del gas de síntesis a un máximo de 1300ºC.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en la turbina de gas, los gases de combustión se expansionan hasta una presión de 1 bar y una temperatura de 650ºC.

17. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque en el ciclo Rankine, el vapor del fluido de trabajo es recalentado hasta una temperatura de entre 350 y 500ºC.

18. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el fluido de trabajo del ciclo Rankine es llevado hasta una presión máxima de entre 150 y 250 bar.

19. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la presión mínima del fluido de trabajo del ciclo Rankine es de entre 0,05 y 0,15 bar.

20. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el fluido de trabajo del ciclo Rankine es agua.

21. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque la biomasa son residuos forestales y/o cultivos energéticos lignocelulósicos.