Procedimiento para convertir la fracción CDR en un gas de síntesis.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de un gas de síntesis a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) y,

más particularmente, de su fracción denominada combustible derivado de residuos (CDR). El procedimiento comprende una etapa de gasificación en lecho fluidizado burbujeante a presión atmosférica y temperaturas en el intervalo de 750ºC a 850ºC, utilizando aire enriquecido con oxígeno como agente gasificante, y una etapa de limpieza y acondicionamiento del gas de síntesis en caliente, basada principalmente en la utilización de un reactor de reformado catalítico que comprende un lecho formado por un catalizador metálico, que opera a una temperatura entre 750ºC y 850ºC, donde se lleva a cabo el proceso endotérmico de reformado con vapor de agua de los alquitranes y otros hidrocarburos.

Procedimiento para convertir la fracción CDR en un gas de síntesis.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de un gas de síntesis a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) y, más particularmente, de su fracción denominada combustible derivado de residuos (CDR) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El tratamiento global de los RSU incluye las operaciones encaminadas al reciclaje, valorización y eliminación de los materiales contenidos en los residuos, siendo este orden el prioritario según la normativa europea.

Así, las plantas de RSU están diseñadas y construidas con el objetivo de lograr el máximo aprovechamiento de los residuos a través de procesos y tecnologías que desarrollen las operaciones mencionadas.

Una manera de valorizar los RSU es valorizar su fracción CDR mediante gasificación. La fracción CDR puede suponer hasta un 30% de los materiales que constituyen el rechazo de una planta convencional de gestión de RSU y su poder calorífico es superior a 19000kJ/kg.

La gasificación es un proceso termoquímico en el que se convierte una materia prima carbonosa, generalmente sólida, en un gas con un poder calorífico moderado, con el objeto de producir “gas de síntesis”, que puede ser utilizado en motores de combustión interna, turbinas o en otros equipos de producción de calor y potencia.

El proceso de gasificación de carbón y biomasa está ampliamente establecido, tanto para la producción de gas combustible como para la producción de materias primas valiosas. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología para la valorización energética de la fracción CDR no ha sido tan desarrollada. En este contexto, la finalidad de la invención es mejorar y adaptar diferentes aspectos del proceso de gasificación a este tipo de material.

La solicitud de patente EP1431373 describe un procedimiento de gasificación en dos etapas, a alta y baja temperatura. En esta solicitud no se describe la forma específica de realizar este procedimiento para el caso de que se alimente con la fracción CDR.

La solicitud US2010051875 describe un método para la producción de gas de síntesis por gasificación en un reactor de lecho fluidizado y su posterior acondicionamiento para obtener un gas de síntesis con una relación H2/CO adecuada para la obtención de determinados productos químicos. La etapa de gasificación se lleva a cabo a una temperatura menor de 750ºC y a una presión menor de 10atm. Se considera la posibilidad de someter el gas de síntesis que sale de la etapa de absorción a un proceso de reformado catalítico con el objetivo de transformar los hidrocarburos ligeros.

En las solicitudes citadas no describen el procedimiento de la presente invención que ha sido desarrollado para utilizar como alimentación al proceso de gasificación la fracción CDR, siendo el procedimiento de gasificación en una sola etapa y realizando el proceso de reformado catalítico con el objetivo de reducir los hidrocarburos pesados (alquitranes) en el gas de síntesis, recuperando la energía contenida en los mismos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de un gas de síntesis a partir de la gasificación de residuos sólidos urbanos (RSU) y, más particularmente, de su fracción denominada combustible derivado de residuos (CDR) .

En las plantas convencionales de tratamiento de RSU se llevan a cabo separaciones mecánicas de los materiales, compostaje y/o metanización de la fracción orgánica y finalmente la valorización y/o eliminación del residuo restante. La fracción que no ha podido ser reciclada ni valorizada en la planta constituye el rechazo. Este rechazo, que supone entre el 50% y el 60% de los RSU totales gestionados en una planta convencional, se lleva a vertedero. En ocasiones, el vertedero está alejado de la instalación con lo que los costes de transporte de la etapa de eliminación se elevan considerablemente. Dentro del material que constituye el rechazo existe una fracción con un poder calorífico significativo denominada CDR.

En la presente invención se describe un método para valorizar una fracción de los RSU, en concreto la gasificación de la fracción CDR en un lecho fluidizado y el procedimiento de reformado catalítico con vapor de agua para la eliminación de los alquitranes contenidos en el gas de síntesis generado.

Como ya se ha dicho una de las ventajas del presente procedimiento es el aprovechamiento de la fracción CDR de los RSU que hasta ahora es enviada a vertedero y que puede suponer hasta el 30% de los materiales que constituyen el rechazo de los RSU.

El proceso de gasificación de la fracción CDR se presenta como una alternativa al modelo de gestión actual capaz de ofrecer importantes mejoras desde el punto de vista medioambiental y energético. La integración de una planta de gasificación de la fracción CDR en una planta convencional de tratamiento de RSU llevaría consigo importantes mejoras medioambientales y energéticas, tales como: reducción de la cantidad de residuos enviados a vertedero; incorporación a la cadena de valorización de un material no biodegradable; diversificación energética y reducción de la dependencia exterior del país; adaptación de la tecnología de gasificación a un material poco estudiado (CDR) para la obtención de un gas de síntesis con diversas aplicaciones, entre ellas aprovechamiento energético y síntesis química (metanol, gasolinas, hidrógeno, combustibles de segunda generación, etc.) .

En la presente invención se plantea la utilización como agente gasificante de aire enriquecido con oxígeno, manteniendo las mismas condiciones fluidodinámicas que en el caso de utilizar aire como agente gasificante. Esto ofrece como ventaja el aumento en la capacidad de procesamiento permitiendo una mayor eliminación y aprovechamiento de residuos, así como una mejora notable en la calidad y poder calorífico del gas de síntesis obtenido.

Para la utilización directa del gas de síntesis procedente de la gasificación de fracción CDR en ciclos energéticos eficientes es necesario llevar a cabo su acondicionamiento y limpieza con el objetivo principal de eliminar alquitranes y otras impurezas. Esta utilización directa es compleja en procesos de gasificación de la fracción CDR debido fundamentalmente a la gran heterogeneidad de este residuo y a la presencia de sustancias contaminantes, tales como elementos alcalinos, cloro, azufre, metales pesados y otros compuestos como aditivos, refuerzos o cargas de los materiales plásticos. Además de estas impurezas, el gas de síntesis producido incluye también alquitranes, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, partículas sólidas, agua, etc.

La presente invención proporciona un procedimiento mejorado de acondicionamiento del gas de síntesis en caliente, mediante el proceso de reformado catalítico con vapor de agua, para su posterior utilización directa en ciclos energéticos eficientes, abordando uno de los principales problemas que es la presencia de los alquitranes que se generan durante el proceso de gasificación.

Por todo lo anterior, la invención se refiere a un procedimiento para convertir la fracción CDR en un gas de síntesis que comprende las etapas de:

a) gasificar la fracción CDR en un gasificador de lecho fluidizado burbujeante a presión atmosférica y a una temperatura comprendida entre 750ºC y 850ºC, en presencia de un agente gasificante y de fluidización y;

b) separar las partículas y las cenizas volantes del gas de síntesis generado en la etapa a) e;

c) introducir el gas tras la separación de las partículas en un reactor donde se produce un reformado catalítico con vapor de agua de los alquitranes y otros hidrocarburos presentes en el gas.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para convertir la fracción CDR en un gas de síntesis que comprende las etapas de:

a) gasificar la fracción CDR en un gasificador de lecho fluidizado burbujeante a presión atmosférica y a una temperatura comprendida entre 750ºC y 850ºC, en presencia de un agente gasificante y de fluidización y;

b) separar las partículas y cenizas volantes del gas de síntesis generado en la etapa a) e;

c) introducir el gas tras la separación de las partículas en un reactor donde se produce un reformado catalítico con vapor de agua de los alquitranes y otros hidrocarburos presentes en el gas.

El término "fracción CDR", como se utiliza en la presente invención, se refiere a la fracción segregada del rechazo de una planta convencional de tratamiento de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para convertir la fracción CDR en un gas de síntesis que comprende las etapas de:

a) gasificar la fracción CDR en un gasificador de lecho fluidizado burbujeante a presión atmosférica y a una temperatura comprendida entre 750ºC y 850ºC, en presencia de un agente gasificante y de fluidización y;

b) separar las partículas y cenizas volantes del gas de síntesis generado en la etapa a) e;

c) introducir el gas tras la separación de las partículas en un reactor donde se produce el reformado catalítico con vapor de agua de los alquitranes y otros hidrocarburos presentes en el gas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque la alimentación de la fracción CDR se realiza en forma de pellets.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 caracterizado porque el tamaño del diámetro del pellet está comprendido entre 6mm y 15mm y la longitud del pellet está comprendida entre 40mm y 100mm.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 donde los pellets presentan un contenido en humedad inferior al 5% en peso respecto al peso total de los pellets.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el lecho fluidizado es un lecho de arena de sílice con un diámetro de partícula en el intervalo comprendido entre 350!m y 1000!m.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque el agente gasificante es aire enriquecido con oxígeno en un porcentaje respecto al total comprendido entre un 27% y un 40%.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 caracterizado porque el agente gasificante y de fluidización se introduce con una velocidad comprendida entre 6 a 8 veces superior a la velocidad de mínima fluidización del lecho de arena.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque el lecho catalítico está constituido por un catalizador metálico, seleccionando el metal entre níquel, paladio, rutenio, platino o combinaciones de los mismos.

9. Procedimiento según la reivindicación 8 caracterizado porque la temperatura en el reactor de reformado catalítico se encuentra entre 750ºC y 850ºC.