PLANTA DE GENERACION ELECTRICA Y TERMICA A PARTIR DE LA GASIFICACION DE BIOMASA.

La invención describe un reactor de gasificación (1) de biomasa tipo downdraft de lecho fijo que incorpora un segundo sector (4) de configuración cónica de orientación inferior divergente de material refractario donde se produce la operación final de la pirólisis,

oxidación y parte de la reducción de forma homogénea ante cualquier variación de caudal de gas. Por otra parte y de acuerdo con la invención la planta de gasificación cuenta con una plataforma portadora de fácil transporte e instalación sobre la que se encuentran montados y controlados de forma coordinada el reactor de gasificación (1), un sistema de acondicionamiento del gas pobre y unos motores de combustión interna (17) que se alimentan de gas pobre para la generación de energía eléctrica y térmica

Planta de generación eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una planta de transformación de biomasa, especialmente residuos lignocelulósicos, en gas pobre, para ser aprovechado como combustible, previo acondicionamiento y limpieza del mismo, en un sistema de generación de energía eléctrica formado por motores de combustión interna con acoplamiento de alternadores.

Antecedentes de la invención

La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía se puede recuperar mediante su combustión directa o transformándola en otros combustibles. Puede hablarse de biomasa de origen vegetal (residuos de madera, restos de poda, material vegetal procedente de cultivos energéticos, etc.), y biomasa de origen animal (residuos ganaderos como purines, estiércol, etc.).

La gasificación es la transformación termoquímica de un sólido en un gas combustible, siendo habitual la obtención del mismo mediante un proceso de combustión incompleta que tiene lugar en reactores denominados gasificadores o gasógenos. Pueden clasificarse en función del lecho interno del reactor en gasificadores de lecho fijo o soportado y en gasificadores de lecho fluido o fluidizado, en función de la dirección de los flujos en gasificadores en contracorriente (updraft), en equicorriente (downdraft) y flujo cruzado, también pueden clasificarse en gasificadores abiertos, adecuados para la operación en continuo, y gasificadores cerrados, adecuados para operaciones discontinuas.

En particular, un reactor downdraft de lecho fijo es apropiado para la obtención de gas pobre con una baja concentración de alquitranes, lo que es adecuado para plantas de gasificación con posterior aprovechamiento eléctrico operando con cantidades de biomasa reducidas en comparación con instalaciones con gasificación en lecho fluidizado.

En un reactor de este tipo pueden distinguirse cuatro zonas de proceso longitudinalmente:

1- zona de secado de la biomasa.

2- zona de pirólisis de la biomasa

3- zona exotérmica de oxidación.

4- zona endotérmica de reducción.

En la patente US4584947 se describe un reactor downdraft de lecho fijo, abierto por la parte superior por donde se alimenta el combustible sólido para su operación en continuo, en el que el agente oxidante se alimenta por zonas diferenciadas. Desde antaño la alimentación del agente oxidante es comúnmente realizada por zonas diferenciadas del reactor como son la parte superior junto a zonas inferiores correspondientes a la zona de combustión u oxidación, tal como aparece por ejemplo en las patentes US1821263, US2204902, US3746521. Otras referencias históricas respecto a plantas, equipos o procesos de gasificación, son los descritos en las patentes: FR634399, FR642344, US3639111, FR2290488, EP0040265, US4459136, EP0101143, US4497637, FR2574423 y US4592762.

Asimismo caben destacar las siguientes patentes: ES2136477, ES2183662, ES2190689, ES2182608, ES2199612, ES2206056 pertenecientes al estado de la técnica relativos a reactores y/o plantas de gasificación.

Un aspecto fundamental a la hora de utilizar el gas pobre generado en plantas de gasificación con posterior aprovechamiento energético, es su acondicionamiento para poder ser empleado en los equipos de combustión de una forma adecuada. En el caso de aprovechamiento energético del gas en motores de combustión conlleva eliminar partículas, alquitranes y otras impurezas que pueden perjudicar el buen funcionamiento de los motores. Son diversos los sistemas utilizados al respecto como ciclones, filtros electroestáticos, filtros de mangas, separadores de gotas, y/o refrigeración del gas en sistemas de intercambio de calor con agua, scrubbers, así como filtros de carbono activo.

El aprovechamiento energético del gas pobre puede ser realizado en sistemas de turbina de gas o de caldera de vapor-turbina de vapor, sistemas adecuados para gasificación y aprovechamiento energético de grandes cantidades de biomasa, o en sistema motor de combustión-alternador, mas adecuado para cantidades de biomasa mas reducidas. En este sentido, el empleo de un sistema motor de combustión-alternador de una forma eficiente implica la disponibilidad de un adecuado control de su operatividad.

Descripción de la invención

La presente invención describe una planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de gasificación de biomasa, especialmente residuos lignocelulósicos, que permite una óptima y sencilla transformación del combustible sólido en un gas pobre, limpio y frío empleado como combustible que alimenta una bancada de motores de combustión interna-alternadores para la generación de energía eléctrica.

De acuerdo con un primer objeto de la invención, la planta de generación de energía eléctrica y térmica comprende una plataforma portadora de fácil transporte e instalación sobre la que se encuentran montados y controlados de forma coordinada al menos los siguientes equipos:

- un reactor de gasificación en equicorriente (downdraft) de lecho fijo alimentado por biomasa para obtención de un gas pobre,

- un sistema de acondicionamiento del gas pobre situado a continuación del reactor de gasificación para su empleo como combustible en motores de combustión interna,

- unos motores de combustión interna-alternadores adaptados para su operación con el gas pobre como único combustible para la generación de energía eléctrica y térmica.

De modo preferente se contempla que el sistema de acondicionamiento del gas pobre comprenda:

- un ciclón para la separación de partículas del gas pobre producido en el gasificador,

- dos circuitos de refrigeración-condensación-filtración similares para el filtrado y enfriamiento del gas pobre y obtención de un gas limpio a temperatura adecuada para alimentar los motores de combustión interna,

- una válvula de selección que regula el paso del gas pobre procedente del ciclón para su introducción en uno o en ambos circuitos de refrigeración-condensación-filtración. El empleo de dos circuitos evita la necesidad de parar el funcionamiento de la planta ante una operación de mantenimiento o similar.

La planta incorpora adicionalmente un intercambiador de calor dotado de una primera entrada por la que circulan los condensados, separados del gas pobre en los circuitos de refrigeración-condensación-filtración, una segunda entrada por la que penetran los gases de salida de los motores de combustión interna que calientan estos condensados, una primera salida por la que salen los condensados calientes para su recirculación al reactor de gasificación como agente oxidante secundario, y una segunda salida por la que salen los gases de escape fríos de los motores de combustión interna.

Un segundo objeto de la invención se refiere al reactor de gasificación de biomasa que puede emplearse en la planta de gasificación descrita. El reactor de gasificación es de tipo downdraft de lecho fijo que dispone de un primer sector superior cilíndrico por el que se alimenta y circula biomasa donde se produce el precalentamiento y secado de ésta así como parte de la pirólisis. A continuación y de acuerdo con la invención el reactor de gasificación incorpora un segundo sector de configuración cónica de orientación inferior divergente de material refractario donde se produce la operación final de la pirólisis, oxidación y parte de la reducción de forma homogénea para diferentes caudales de gas.

Esta configuración cónica de orientación inferior divergente facilita, a diferencia de la solución convencional de contar con un sector cilíndrico, que se produzca una homogeneización en la distribución de aire y que se mantenga la llama prácticamente de forma constante en el mismo lugar.

Esta solución resulta especialmente satisfactoria en el caso de que se utilicen diferentes tipos de biomasa con distintas capacidades caloríficas y por tanto con tendencia a ocasionar variaciones en el caudal en el reactor, ya que la expansión que se produce en el paso de la sección cilíndrica a la sección cónica de orientación inferior divergente permite absorber posibles variaciones que se pudieran originar en el proceso de combustión facilitando esa homogeneidad en la distribución de aire y la...

1. Reactor de gasificación (1) de biomasa tipo downdraft de lecho fijo, que dispone de un primer sector (2) superior, cilíndrico, por el que se alimenta y circula biomasa, donde se produce el precalentamiento y secado de ésta y parte de la pirólisis, caracterizado porque comprende a continuación del primer sector (2), un segundo sector (4) de configuración cónica de orientación inferior divergente de material refractario donde se produce la operación final de la pirólisis, oxidación y parte de la reducción de forma homogénea ante cualquier variación de caudal de gas.

2. Reactor de gasificación (1) de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque a continuación del segundo sector (4) comprende un tercer sector (6) de configuración cónica de orientación inferior convergente donde se termina de realizar la reducción y se establece una reserva de carbón a utilizar en el caso de que se produzcan variaciones de caudal.

3. Reactor de gasificación (1) de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque a continuación del tercer sector (6) comprende un cuarto sector (7) en el que se encuentra una parrilla (8) que soporta el lecho y que está configurada por dos placas enrejilladas (10) enfrentadas que están ligeramente separadas entre si por uno de sus lados, y que son basculantes respecto a sus lados opuestos, y por un mecanismo de agitación (11) integrado en las placas enrejilladas (10) que está dotado de un movimiento de basculación en torno a su eje central que regula la acumulación y caída de las cenizas.

4. Reactor de gasificación (1) de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizado porque el mecanismo de agitación está formado por un perfil central (12) sobre el que apoyan los lados enfrentados de las placas enrejilladas (10) del que parten a ambos lados una pluralidad de aletas (13) paralelas que se encuentran situadas en correspondencia con los espacios libres de las placas enrejilladas (10), cubriendo dichos espacios libres en la posición en la que soportan las cenizas y descubriéndolos por el movimiento de basculación para facilitar la caída de las cenizas.

5. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa caracterizada porque comprende una plataforma portadora de fácil transporte e instalación sobre la que se encuentran montados y controlados de forma coordinada al menos los siguientes equipos:

- un reactor de gasificación (1) de lecho fijo alimentado por biomasa para obtención de un gas pobre,

- un sistema de acondicionamiento del gas pobre situado a continuación del reactor de gasificación para su empleo como combustible en motores de combustión interna (17),

- unos motores de combustión interna (17), cada uno de ellos asociado a un alternador, adaptados para su operación con el gas pobre como único combustible para la generación de energía eléctrica y térmica.

6. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizada porque el reactor de gasificación consiste en el reactor de gasificación (1) descrito en las reivindicaciones 1 a 4.

7. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa de acuerdo con la reivindicación 6 caracterizada porque el sistema de acondicionamiento del gas pobre comprende:

- un ciclón (16) para la separación de partículas del gas pobre producido en el reactor de gasificación (1),

- dos circuitos de refrigeración-condensación-filtración (19-20-21) similares, para el filtrado y enfriamiento del gas pobre y obtención de un gas limpio a temperatura adecuada para alimentar los motores de combustión interna (17),

- una válvula de selección (18) que regula el paso del gas pobre procedente del ciclón (16) para su introducción en uno u otro circuito de refrigeración-condensación-filtración (19-20-21) o en ambos.

8. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizada porque cada uno de los circuitos de refrigeración-condensación-filtración (19-20-21) comprende:

- un filtro de partículas (19) de malla metálica situado a continuación de la válvula de selección (18),

- un filtro intercambiador (20) dispuesto a continuación del filtro de partículas (19) en el que el que se enfría el gas y se divide en un condensado y en una fracción de gas pobre no condensada,

- un filtro de lecho de material regenerable (21) situado a continuación del filtro intercambiador (20).

9. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizada porque incorpora un intercambiador de calor (22) dotado de:

- una primera entrada por la que circulan los condensados separados del gas pobre en el filtro intercambiador (20),

- una segunda entrada por la que penetran los gases de salida de los motores de combustión interna (17), que calientan los condensados,

- una primera salida por la que salen los condensados calientes para su recirculación al reactor de gasificación (1) como agente oxidante secundario, y

- una segunda salida por la que salen fríos los gases de escape de los motores de combustión interna (17).

10. Planta de generación de energía eléctrica y térmica a partir de la gasificación de biomasa de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizada porque incorpora un soplante de aspiración-impulsión (23) en disposición previa a los motores de combustión interna (17) que mantiene la planta en depresión para evitar fugas y conducir el gas pobre combustible hacia los motores de combustión interna (17).