Método para el reformado con vapor de material carbonoso.

Método para el reformado con vapor de material carbonoso en gas de síntesis,

comprendiendo dichométodo:

alimentar una entrada de material carbonoso en un horno giratorio de reformado con vapor;

agitar el material carbonoso usando el horno giratorio de reformado con vapor;

añadir cal y/o un bicarbonato de sosa al material carbonoso dentro del horno giratorio de reformado convapor;

calentar el material carbonoso dentro del horno giratorio de reformado con vapor hasta una temperatura dereformado elevada de desde aproximadamente 650 hasta 1100ºC en presencia de agua o vapor; y

reformar el material carbonoso de tal manera que el material carbonoso experimente conversión por mediode una reacción de reformado con vapor para formar gas de síntesis;

en el que el agua o el vapor está presente en un exceso (por encima de las cantidades estequiométricas)suficiente para convertir todo el material carbonoso en un gas de síntesis y para maximizar la razón deH2/CO en el gas de síntesis formado durante la reacción con vapor.

Método para el reformado con vapor de material carbonoso Campo de la invención Esta invención se refiere generalmente a la tecnología de reformado con vapor.

Antecedentes de la invención Se conocen procedimientos de reformado con vapor y se usan para convertir diversas clases de materiales carbonosos en productos básicos útiles. El término material carbonoso (“MC”) tal como se usa en el presente documento incluye cualquier material carbonoso, incluyendo: desechos sólidos municipales (“DSM”) ; desechos industriales, comerciales e institucionales (“DICI”) ; desechos médicos; carbón; desechos de carbón; desechos de madera; serrín; desechos de productos forestales; desechos agrícolas; aguas negras; desechos líquidos; desechos peligrosos; desechos de aceites y subproductos de aceites; desechos electrónicos y otras sustancias carbonosas similares; también están incluidos materiales de oportunidad tales como cenizas de incineración y/o de combustión, que pueden usarse con el fin de lograr oportunidades de mejora de conversión en plantas de incineración existentes.

En el procedimiento de reformado con vapor, el material carbonoso se coloca en un horno de reformado con vapor, que comprende habitualmente un tambor u horno que puede girar. Normalmente, el MC incluye un nivel sustancial de humedad. El tambor se hace girar para agitar el MC húmedo, mientras está calentándose. Normalmente se suministra calor mediante quemadores de gas natural, quemadores de gas de síntesis o calentamiento por inducción eléctrica en el horno, pero de manera externa al tambor giratorio.

El reformado con vapor es un proceso endotérmico. Sin embargo, a diferencia de la incineración, que es exotérmica, no hay combustión. Más bien, el MC, combinado con agua, se calienta mientras está agitándose, provocando una reacción que produce un gas de síntesis (“sintegas”) . El gas de síntesis consiste principalmente en hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) .

Una diferencia clave entre estos dos procesos térmicos se encuentra en los respectivos productos generados por estos procesos. En el caso de incineración/combustión, los productos son compuestos nocivos principalmente oxidados, mientras que el reformado con vapor produce combustibles de gas de síntesis beneficiosos en gran medida con algunos vapores de metal y ácido minoritarios, normalmente muchos más fáciles de limpiar que los productos de combustión oxidados.

Normalmente, el desecho que está usándose como entrada de MC en el procedimiento de reformado con vapor comprende principalmente hidrógeno y carbono, y un pequeño porcentaje de otros elementos tales como cloro, flúor, azufre, nitrógeno, vidrio y diversos metales. Por ejemplo, los desechos sólidos municipales (DSM) tienen normalmente una razón de carbono/hidrógeno/oxígeno de aproximadamente 1/1, 7/0, 5. Normalmente los DSM también incluyen aproximadamente el 10% en peso de productos sólidos inertes.

En un procedimiento de reformado con vapor de la técnica anterior típico, el gas de síntesis se produce en un procedimiento de 2 fases. En primer lugar, el tambor que contiene el agua y MC se calienta, normalmente durante 90 minutos a temperaturas en el intervalo de 650ºC. Entonces, los materiales sólidos, incluyendo metales y material carbonizado, se extraen del tambor. En ese momento, aproximadamente el 60-70% del MC se ha sometido a reformado con vapor para producir gas de síntesis. Entonces, el procedimiento típico “pulirá” el gas de síntesis para convertir los hidrocarburos restantes en gas de síntesis y el material carbonizado pirolítico se separa del resto de productos inorgánicos inertes y se quema, o se elimina la mezcla completa de material carbonizado más otros sólidos. En el documento WO 2004/004051 A1 se da a conocer un procedimiento de reformado con vapor en horno giratorio para convertir el material carbonoso en gas de síntesis.

Sumario de la invención Según la invención, existen dos procedimientos de reformado con vapor diferentes, un procedimiento de una fase, de corriente individual y un procedimiento de múltiples fases, de corriente doble.

Se prefiere el procedimiento de una fase para situaciones en las que el MC tiene una cantidad muy pequeña de metal en el mismo. Esto se debe a que el procedimiento de una fase descrito a continuación implica emplear temperaturas que vaporizarían el metal. En casos en los que la cantidad de metal mezclado con el MC es intranscendente, se prefiere el procedimiento de una fase debido a que la cantidad de cualquier vapor de metal será intrascendente. Cuando no sea técnicamente viable retirar sustancialmente todos los metales mezclados en el MC, se usará/puede usarse preferiblemente el procedimiento de múltiples fases descrito a continuación.

Tanto para el procedimiento de una fase como para el procedimiento de múltiples fases, el MC, tal como desechos sólidos municipales (“DSM”) se tritura en primer lugar. (Para los fines de esta descripción y para facilidad de referencia, la entrada en el procedimiento de reformado con vapor se denominará y considerará que es DSM; sin embargo, debe entenderse que puede usarse cualquier MC, y por consiguiente el procedimiento puede adaptarse para éstos) .

Se mezcla cal comercial (es decir, óxido de calcio y/o un bicarbonato de sosa) con los DSM triturados. Cuando el reformado con vapor está teniendo lugar, el calcio en la cal reacciona con halógenos que se liberan desde los DSM, formado sales de calcio que generalmente son benignas. Esta característica es importante ya que la retirada de halógenos en esta fase temprana es más sencilla y menos costosa que retirarlos más tarde aguas abajo, lo que normalmente implicaría usar unidades de limpieza de lecho de sorción. Esto también evita la oportunidad de que estos halógenos formen vapores de ácido y/o las dioxinas y los furanos más altamente tóxicos, si estos constituyentes entran en contacto con oxígeno mientras están a temperaturas elevadas durante el procedimiento de reformado con vapor. (La formación de dioxinas y furanos es uno de los principales problemas con la mayoría de sistemas de incineración) . Debido a que los halógenos reaccionan muy fácilmente con la cal, no están disponibles para formar vapores de ácido y/o dioxinas y furanos. Obsérvese que con el reformado con vapor, en el que la mayor parte del aire atmosférico y por tanto el oxígeno se purga de la corriente de desechos entrante (tal como se describe a continuación) , existirán pocas oportunidades para la conversión en las dioxinas y furanos tóxicos con respecto a las que habría realmente para sistemas de combustión e incineración.

Tanto en procedimientos de una fase como de múltiples fases, los DSM triturados se alimentan a una tolva, conteniendo la tolva un tornillo sin fin (es decir, un transportador de tornillo helicoidal) para alimentar los DSM al horno de reformado con vapor. En la entrada en el horno, el sistema proporciona una alimentación continua de vapor a alta temperatura para purgar los DSM que entran en el horno del aire atmosférico, y en particular, de nitrógeno y oxígeno. Tal como se explicará adicionalmente, el vapor adicional es beneficioso para el procedimiento de reformado con vapor, puesto que este vapor precalienta los DSM y captura de ese modo parte del calor residual del procedimiento de planta. Mientras tanto, también es deseable excluir el nitrógeno y oxígeno para impedir la formación de óxido nitroso tóxico y otros óxidos de nitrógeno y/u otros productos oxidados indeseables.

Tal como se explicó anteriormente, el procedimiento de reformado con vapor de la técnica anterior típico es un procedimiento de dos fases. El motivo para esto es que en la primera fase, mientras la mayor parte del MC se reforma con vapor (de manera habitual, aproximadamente el 60-70% de la cantidad de MC inicial) , se forma material carbonizado, y tradicionalmente se ha creído que es necesario retirar este material carbonizado antes de que el MC restante pueda someterse a reformado con vapor. Sin embargo, sorprendente e inesperadamente, se ha descubierto que el material carbonizado, si se calienta suficientemente, también puede someterse a reformado con vapor, y no es necesario retirarlo. Esto es beneficioso debido a que el reformado con vapor del MC es más completo, y debido a que hay menos desechos sólidos que eliminar.

Por tanto, se ha diseñado un procedimiento de reformado con vapor de una fase, de corriente individual tal como sigue. El procedimiento emplea un horno giratorio de reformado con vapor que calienta el MC hasta una temperatura de reformado elevada, aproximadamente de 650ºC-1100ºC; con tiempos de residencia variables... [Seguir leyendo]

1. Método para el reformado con vapor de material carbonoso en gas de síntesis, comprendiendo dicho método:

alimentar una entrada de material carbonoso en un horno giratorio de reformado con vapor;

agitar el material carbonoso usando el horno giratorio de reformado con vapor;

añadir cal y/o un bicarbonato de sosa al material carbonoso dentro del horno giratorio de reformado con vapor;

calentar el material carbonoso dentro del horno giratorio de reformado con vapor hasta una temperatura de reformado elevada de desde aproximadamente 650 hasta 1100ºC en presencia de agua o vapor; y

reformar el material carbonoso de tal manera que el material carbonoso experimente conversión por medio de una reacción de reformado con vapor para formar gas de síntesis;

en el que el agua o el vapor está presente en un exceso (por encima de las cantidades estequiométricas) 20 suficiente para convertir todo el material carbonoso en un gas de síntesis y para maximizar la razón de H2/CO en el gas de síntesis formado durante la reacción con vapor.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el horno giratorio de reformado con vapor se calienta de manera externa. 25

3. Método según una cualquiera de la reivindicación 1 ó 2, que comprende además la etapa de precalentar o secar el material carbonoso haciendo pasar el material carbonoso a través de un precalentador antes de alimentarlo en el horno giratorio de reformado con vapor.

4. Método según la reivindicación 1, en el que el material carbonoso se alimenta de manera continua en el horno giratorio de reformado con vapor usando un transportador de tornillo sin fin o helicoidal.

5. Método según una cualquiera de la reivindicación 1 ó 2, en el que se alimenta de manera continua vapor a alta temperatura en la base de la tolva de alimentación del horno giratorio con el fin de purgar aire del MC 35 que se alimenta por medio de un tornillo sin fin en el horno de reformado con vapor.

6. Método según una cualquiera de la reivindicación 1 ó 2, en el que el material carbonoso es metano de vertedero obtenido a partir de un sitio ubicado próximo o de manera sinérgica a un vertedero.