Método de gasificación de biomasa para reducir la aglomeración de ceniza.

Un método para reducir la aglomeración de ceniza en un sistema degasificador/cámara de combustión de lecho fluidizado de arrastre paralelo quetiene un intervalo de temperatura operativo,

comprendiendo dicho método lasetapas de:proporcionar una carga de alimentación carbonosa;complementar dicha carga de alimentación carbonosa con entre 1% y25% en peso de MgO para alterar la temperatura eutéctica baja de laceniza producida por la combustión de la carga de alimentación paraevitar la agregación de dicho lecho fluidizado debido a que la ceniza sefunde en el intervalo de temperatura operativo del gasificador/sala decombustión;introducir dicha carga de alimentación carbonosa en un sistema degasificador/sala de combustión de lecho fluidizado de arrastre paraleloen el que dicha carga de alimentación carbonosa se convierte en unamezcla de gas deseada y ceniza.

[0001] La presente invención hace referencia a sistemas de gasificación para la producción de electricidad a partir de biomasa, como corteza triturada, virutas de madera, serrín, residuos u otras cargas de alimentación o combustibles carbonosos. Más específicamente, la presente invención hace referencia a un método mejorado para operar una unidad de pirolisis de lecho arrastrado paralelo con una circulación mejorada y una erosión reducida de los componentes del sistema. [0002] Se han desarrollado sistemas de gasificación de biomasa que resultan útiles para la producción de energía eléctrica en áreas remotas o en áreas en las que se produce una gran cantidad de biomasa de desechos agrícolas. Los sistemas actuales de gasificación de biomasa se basan generalmente en la combustión de una parte de la carga de alimentación de biomasa para proporcionar el calor necesario para la gasificación del resto de carga de alimentación de biomasa. Sin embargo, la combustión de una parte del flujo de biomasa de materia prima para la producción de calor puede reducir de forma significativa la eficacia global del sistema gasificador. También se ha demostrado que resulta ventajoso utilizar los residuos de carbonización carbonosos, o char, producidos en la gasificación como una fuente de combustible para generar calor en la cámara de combustión. Puesto que los residuos de carbonización son básicamente un residuo del gasificador, su consumo en la cámara de combustión tiene un efecto adverso menor en la eficiencia del sistema que el que se aprecia en los sistemas en los que se usa una parte de carga de alimentación de biomasa como fuente de combustible de la cámara de combustión. [0003] La patente estadounidense nº 4.828.581 de Feldmann et al., describe un sistema gasificador ejemplar para la producción de gas con calidad de combustible a partir de combustibles carbonosos utilizando caudales de biomasa muy altos en un gasificador de lecho fluidizado operando a velocidades de gas de entrada bajas. El proceso descrito en Feldmann et al. utiliza una cámara de combustión para calentar un lecho de arena fluidizada, que se dirige a un gasificador en el que la arena calentada sirve como fuente de calor para la pirolisis del material de biomasa. A diferencia de los sistemas precedentes, el sistema de Feldmann et al. se basa en el arrastre de residuos de carbonización en un flujo de arena desde la salida del gasificador para permitir la operación a una velocidad de entrada ventajosamente baja, tan baja como 0, 1524 m/seg (0, 5 pies/seg) pero con un caudal de biomasa de 21 a 186 kg/m2-h (de 500 a 4.400 libras/pies2-h) . El sistema de Feldmann et al. es adecuado para la producción de gas de BTU (unidades térmicas británicas) media que pueden usarse como fuente de combustible para la producción de electricidad en un sistema de turbina/caldera de gas convencional. [0004] Uno de los problemas comúnmente asociados con el uso de tales sistemas gasificadores de lecho fluidizado es la erosión de los conductos que componen el sistema por la arena en circulación utilizada para transferir calor por el sistema gasificador. Este problema ha resultado especialmente grave en las curvas en los conductos del sistema, en las que la arena en circulación puede erosionar gravemente los conductos. En los casos graves, esta erosión puede acortar la vida útil del sistema gasificador y puede llevar a un fallo catastrófico de los conductos. [0005] En los sistemas de lecho fluidizado en los que se utiliza arena como medio de transferencia de calor de una cámara de combustión a un gasificador, es necesario minimizar o eliminar la fuga de gases que contienen oxígeno de la cámara de combustión al gasificador. La contaminación del gasificador con oxígeno da como resultado la formación no deseable de dióxido de carbono y agua a partir de los productos finales de CO y H2 de la reacción de gasificación, disminuyendo la eficacia de la gasificación. Sin embargo, se ha demostrado que en los sistemas precedentes resulta difícil desarrollar un método por medio del cual la arena pueda ser transportada desde la cámara de combustión hasta el gasificador y de vuelta, mientras se mantiene un sellado hermético para evitar la entrada de oxígeno en el gasificador. [0006] En algunos casos, según la naturaleza de la carga de alimentación utilizada, estos sistemas precedentes han sufrido problemas como resultado de la aglomeración de mezcla de residuos de carbonización, ceniza y arena, con la consiguiente obstrucción del flujo a través del sistema. A las altas temperaturas de funcionamiento de los sistemas gasificadores, al menos una parte de la aglomeración de ceniza es el resultado de la fundición parcial de los componentes de la ceniza. Claramente, sería recomendable desarrollar un método para reducir o eliminar la aglomeración de mezcla de residuos de carbonización, ceniza y arena. [0007] Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un método mejorado para dirigir el flujo de arena a través de un sistema de pirolisis de lecho arrastrado paralelo por medio del cual se minimice la erosión de los componentes del sistema. [0008] Constituye otro objeto de la presente invención proporcionar un método mejorado para permitir el flujo de arena y residuos de carbonización en un sistema de pirolisis de lecho fluidizado, al tiempo que se mantiene un sellado hermético entre los componentes del gasificador y de la cámara de combustión del sistema.

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M proporcionarmétodo mejorado para reducir o evitar la aglomeración de ceniza, arena y residuos de carbonización en un sistema de pirolisis de lecho fluidizado. [0010] El sistema del proceso según esta invención hace referencia a mejoras en un sistema gasificador de lecho fluidizado de arrastre paralelo. Un primer aspecto de la presente invención hace referencia a un método para reducir la aglomeración de ceniza en un sistema de cámara de combustión/gasificador de lecho fluidizado de arrastre paralelo según la reivindicación 1. [0011] En la gasificación y combustión, el MgO altera el eutéctico de la ceniza resultante para aumentar el punto de fusión y reducir sustancialmente la aglomeración de ceniza y arena como resultado de la fundición parcial de ceniza a altas temperaturas.

La FIG. 1 es un diagrama de bloques que muestra un sistema gasificador útil en el proceso según un modo de realización preferido de la presente invención. La FIG. 2 muestra un distribuidor de gas según un modo de realización preferido de la presente invención. La FIG. 3 muestra un recipiente de equilibrio para permitir la transferencia de arena y residuos de combustión entre los componentes del gasificador y la cámara de combustión del sistema gasificador de la FIG. 1, al tiempo que se mantiene un sellado sustancialmente hermético entre el gasificador y la cámara de combustión. La FIG. 4 ilustra una cavidad de retención de arena para reducir la erosión de los conductos según un modo de realización preferido de la presente invención. La FIG. 5 es un gráfico de los datos del analizador térmico diferencial (DTA) para ceniza de madera solamente. La FIG. 6 es un gráfico de los datos del analizador térmico diferencial (DTA) para una mezcla 50/50 de ceniza de madera y arena. La FIG. 7 es un gráfico de los datos del analizador térmico diferencial (DTA) para ceniza de pino solamente. La FIG. 8 es un gráfico de los datos del analizador térmico diferencial (DTA) para una mezcla de arena y ceniza de madera complementada con caolín. La FIG. 9 es un gráfico de los datos del analizador térmico diferencial (DTA) para una mezcla de arena y ceniza de madera complementada con MgO. La FIG. 10 es un diagrama de fases para K2O-MgO-SiO2. La FIG. 11 es un gráfico del contenido de K2O y MgO de los componentes de ceniza del lecho en un sistema alimentado con álamo.

M La FIG. 12 es un gráfico del contenido de K2O y MgO de los componentes de ceniza del lecho en un sistema alimentado con pasto varilla (switchgrass) . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN [0012] El método operativo básico de una unidad de pirolisis de lecho arrastrado paralelo es similar al descrito en la patente estadounidense nº 4.828.581 de Feldmann et al. Como se ilustra en la FIG. 1, el sistema gasificador A de la presente invención incluye generalmente un gasificador 20 y una cámara de combustión 22 que operan de forma cooperativa para convertir la biomasa en calor y un gas de producto de BTU media. La cámara de combustión 22 trabaja para convertir los residuos de carbonización que quedan tras la gasificación de la biomasa en el gasificador 20 en calor. El calor producido en la sala de combustión 22 se transfiere entonces al gasificador 20 para provocar la reacción de gasificación. Esto permite... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir la aglomeración de ceniza en un sistema de gasificador/cámara de combustión de lecho fluidizado de arrastre paralelo que tiene un intervalo de temperatura operativo, comprendiendo dicho método las etapas de:

proporcionar una carga de alimentación carbonosa; complementar dicha carga de alimentación carbonosa con entre 1% y 25% en peso de MgO para alterar la temperatura eutéctica baja de la ceniza producida por la combustión de la carga de alimentación para evitar la agregación de dicho lecho fluidizado debido a que la ceniza se funde en el intervalo de temperatura operativo del gasificador/sala de combustión; introducir dicha carga de alimentación carbonosa en un sistema de gasificador/sala de combustión de lecho fluidizado de arrastre paralelo en el que dicha carga de alimentación carbonosa se convierte en una mezcla de gas deseada y ceniza.

2. El método de la reivindicación 1, en el que se añade al menos el 2% en peso de MgO a dicha carga de alimentación carbonosa.

3. El método de la reivindicación 1, en el que se añade entre el 2% y el 10% en peso de MgO a dicha carga de alimentación carbonosa.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende la etapa de reducir la erosión en una curva de un conducto del sistema de gasificador/sala de combustión con una cavidad de retención de arena situada en la curva del conducto para recibir y retener una parte de un material particulado fluidizado, sirviendo dicho material particulado retenido como amortiguador ablativo para proteger la superficie de dicha curva del conducto de la erosión por dicho flujo de dicho material particulado que impacta en dicha pared.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende la etapa de facilitar el flujo de arena y fragmentos de residuos de carbonización en el sistema de gasificador/cámara de combustión desde un primer compartimento a un segundo compartimento al tiempo que se minimiza el flujo de gases entre dicho primer compartimento y dicho segundo compartimento, proporcionando:

una cámara de equilibrio para recibir dicho flujo de arena y fragmentos de residuos de carbonización desde dicho primer compartimento, incluyendo dicha cámara una boquilla de entrada dispuesta para