Método y aparato para la gasificación de material carbonáceo sólido.

Método para la gasificación de material carbonáceo sólido en un gasificador de lecho fluidizado circulante (LFC),

método que comprende:

- suministrar el material carbonáceo (40) a una cámara de reacción de LFC (1) que comprende un lecho fluidizadoen el que se calienta el material carbonáceo pirolizando de este modo el material carbonáceo añadido debido alcontacto con partículas calientes en la cámara de reacción de LFC (1),

- descargar el gas de producto (32) cargado con partículas desde la cámara de reacción de LFC (1) a un separadorde partículas (2, 9, 10) en el que las partículas se separan del gas de producto (41)

- transferir a continuación la parte principal de las partículas separadas y preferentemente al menos un 90 % de lasmismas a una cámara de reacción de carbón vegetal (3) que comprende un lecho fluidizado en el que las partículasse someten a tratamiento con calor, y

- recircular las partículas separadas (33) a la cámara de reacción de LFC (1);

en el que el carbón vegetal contenido en las partículas recirculantes (33) se convierte en un gas combustibleañadiendo la parte principal del oxígeno añadido al método en forma de un agente de gasificación que contieneoxígeno tal como aire atmosférico, oxígeno puro, vapor de agua o mezclas de los mismo a la cámara de reacción decarbón vegetal (3) y el gas de producto (34) de la cámara de reacción de carbón vegetal (3) se añade total oparcialmente a la cámara de reacción de LFC (1).

Método y aparato para la gasificación de material carbonáceo sólido La invención se refiere a un método y un aparato para la gasificación de material carbonáceo sólido en un gasificador de lecho fluidizado en circulación (LFC) , que comprenden una cámara de reacción de LFC, un separador de partículas para la separación de partículas que contienen carbón vegetal del gas de salida de la cámara de reacción de LFC y un conducto de recirculación de partículas para la recirculación de las partículas separadas a la cámara de reacción de LFC. El conducto de recirculación comprende una cámara de reacción de carbón vegetal para la gasificación del carbón vegetal contenido en las partículas separadas. El documento US-A-5228981 divulga un método de coquización en el que se mezcla una reserva de carga hidrocarbonácea pesada con una cantidad menor de carbón y se precalienta hasta una temperatura de desde 260 ºC (500 ºF) hasta, pero sin incluir, temperaturas de coquización.

En los tipos más sencillos y más difundidos de gasificadores de LFC, la oxidación con carbón vegetal se produce principalmente en la cámara de reacción de LFC. El conducto de recirculación puede comprender una acumulación de partículas con el fin de evitar que una gran cantidad de gas fluya desde la cámara de reacción de LFC al separador de partículas por medio del conducto de recirculación, y/o con el fin de controlar la tasa de recirculación partículas. A menudo, dichas construcciones se designan como "cerraduras de partículas no mecánicas" y en literatura inglesa se distingue entre subtipos que se designan típicamente como: vasijas de cierre, válvulas J y válvulas L. En todas las versiones mencionadas, la función se basa en la adición de un gas para movilizar, es decir, expulsar y/o la fluidización de partículas en la válvula de partículas. Sin embargo, es típico para dichas soluciones que el flujo de gas añadido es pequeño en comparación con el flujo de gas que se añade adicionalmente a la cámara de reacción de LFC. Además, es una práctica común elegir un gas con un contenido en oxígeno bajo como gas de movilización debido a que el uso de un oxígeno que contiene gas tal como aire atmosférico puede provocar daños en materiales de construcción y sinterización de partículas debido a temperaturas más o menos incrementadas localmente.

En especial, para las versiones sencillas mencionadas anteriormente de gasificadores de LFC, es necesario elegir una temperatura en la cámara de reacción de LFC que sea suficiente para hacer que el carbón vegetal reaccione fácilmente con el agente de gasificación. Incluso para combustibles reactivos, tales como biomasa, a menudo esto quiere decir que las posibilidades para lograr una conversión de carbón vegetal alta están limitadas por la tendencia de aglomeración y/o depósito problemáticos de ceniza y material del lecho, cuando se incrementa la temperatura.

También son conocidos los gasificadores de LFC en los que la recirculación de partículas tiene lugar por medio de una cámara de combustión de carbón vegetal. De esta forma, se puede lograr una conversión efectiva del carbón vegetal y un gas que contiene más energía de la cámara de reacción de LFC. Por tanto, el calentamiento de las partículas recirculantes quiere decir que se puede reducir la adición del agente oxidante a la cámara de reacción de LFC. Sin embargo, algunas desventajas principales son que la elección de las condiciones de combustión da lugar a una necesidad de obtener una sección cuadrada grande en la cámara de reacción de carbón vegetal y que una parte considerable de la energía del combustible se convierte en energía térmica en una corriente considerable de gases de escape calientes desde la cámara de combustión de carbón vegetal.

También es conocida la configuración de la cámara de reacción de LFC de tal forma que se forme una capa 45 fluidizada lentamente y en consecuencia de densidad alta en el fondo de la cámara de reacción de LFC hacia la que se recircula el carbón vegetal. La construcción es más sencilla que la solución con dos cámaras de reacción separadas y también de esta manera se puede lograr que el agente oxidante se use principalmente para partículas de carbón vegetal oxidantes situadas en la capa lenta y densamente fluidizada. Sin embargo, las posibilidades para optimizar las condiciones del método independientemente entre ellas en la cámara de reacción de LFC y la capa fuertemente fluidizada disminuyen, y además, las posibilidades de retener partículas pequeñas serán limitadas por la elutriación de partículas de carbón vegetal pequeñas de la capa densamente fluidizada.

La invención proporciona un método para la gasificación de material carbonáceo sólido en un gasificador de lecho fluidizado en circulación (LFC) , método que comprende la adición del material carbonáceo a una cámara de reacción 55 de LFC en el gasificador, la adición de un agente de gasificación que contiene oxígeno al gasificador, el rechazo de gas de producto cargado de partículas de la cámara de reacción, la separación de partículas del gas de producto y la recirculación de partículas separadas a la cámara de reacción, y el método de la invención está caracterizado por la conversión de carbón vegetal contenido en las partículas recirculantes en un gas combustible añadiendo una parte considerable, preferentemente la parte principal e incluso mejor al menos un 75 % de la cantidad de oxígeno añadido al gasificador de LFC en forma de agente de gasificación que contiene oxígeno a una cámara de reacción de carbón vegetal que existe en la trayectoria de recirculación para las partículas separadas. La materia objeto de la invención se divulga en la redacción de las reivindicaciones independientes 1 y 8. Otros aspectos de la invención se divulgan en la redacción de las reivindicaciones dependientes.

En una versión mejorada de la invención, la definición mencionada anteriormente de la distribución de oxígeno añadido, no sólo considera la masa de oxígeno molecular libre sino también el oxígeno unido al vapor de agua, dióxido de carbono y otros componentes oxidantes que se pueden añadir al gasificador de LFC. Sin embargo, también en este caso la posible adición de oxígeno unido a componentes tales como SiO2 y Al2O3. que en el sentido de la gasificación no están actuando como oxidantes, no se tiene en cuenta como también el oxígeno unido químicamente al combustible.

La invención proporciona posibilidades mejoradas para convertir combustible carbonáceo sólido en un gas combustible. En comparación con gasificadores de LFC sencillos sin una cámara de reacción de carbón vegetal separada, no es menos ventajoso que se pueda mantener una temperatura baja en la cámara de reacción de LFC, lo que significa que:

- disminuye el riesgo de perturbaciones en el funcionamiento debido al depósito, sinterización y aglomeración de ceniza y otro material particulado en la cámara de reacción de LFC y en la trayectoria del método corriente abajo,

- la cámara de reacción de LFC y los componentes en la trayectoria del método corriente abajo se hacen más

económicos. Esto es una consecuencia de un flujo de gas en volumen altamente reducido, revestimiento de cerámica más barato y altura de la edificación reducida,

- se puede minimizar y evitar de forma potencialmente completa la necesidad de una refrigeración que complica el sistema, que proporciona pérdidas, corrosiva, con depósito de ceniza y de otras formas problemática del gas de producto,

- se incrementa la liberación de metal alcalino y cloro a la fase gas se limita y la siguiente reconsolidación en fase sólida. Esto quiere decir que se puede minimizar de forma sencilla el contenido de estos componentes en el gas de producto por separación de partículas del gas de producto,

- se puede mejorar adicionalmente la retención de cloro y metal alcalino añadiendo materiales que contienen calcio,

- se pueden lograr tiempos de apertura y cierre más cortos debido a la temperatura de funcionamiento menor así como a la posibilidad de elegir una construcción de pared más fina.

Las ventajas mencionadas anteriormente serán pronunciadas si disminuye la temperatura de salida del reactor de LFC hasta el intervalo de 500-700 ºC y en especial para combustibles muy volátiles tales como biomasa y residuos domésticos preferentemente hasta 500-600 ºC.

En comparación con el uso de gasificadores de LFC conocidos con cámaras de reacción de carbón vegetal separadas, el método de la invención es muy ventajoso porque:

- la cámara de reacción de LFC así como la cámara de reacción de carbón... [Seguir leyendo]

1. Método para la gasificación de material carbonáceo sólido en un gasificador de lecho fluidizado circulante (LFC) ,

método que comprende: 5

- suministrar el material carbonáceo (40) a una cámara de reacción de LFC (1) que comprende un lecho fluidizado en el que se calienta el material carbonáceo pirolizando de este modo el material carbonáceo añadido debido al contacto con partículas calientes en la cámara de reacción de LFC (1) ,

- descargar el gas de producto (32) cargado con partículas desde la cámara de reacción de LFC (1) a un separador de partículas (2, 9, 10) en el que las partículas se separan del gas de producto (41)

- transferir a continuación la parte principal de las partículas separadas y preferentemente al menos un 90 % de las

mismas a una cámara de reacción de carbón vegetal (3) que comprende un lecho fluidizado en el que las partículas 15 se someten a tratamiento con calor, y

- recircular las partículas separadas (33) a la cámara de reacción de LFC (1) ;

en el que el carbón vegetal contenido en las partículas recirculantes (33) se convierte en un gas combustible añadiendo la parte principal del oxígeno añadido al método en forma de un agente de gasificación que contiene oxígeno tal como aire atmosférico, oxígeno puro, vapor de agua o mezclas de los mismo a la cámara de reacción de carbón vegetal (3) y el gas de producto (34) de la cámara de reacción de carbón vegetal (3) se añade total o parcialmente a la cámara de reacción de LFC (1) .

2. Un método de acuerdo con reivindicación 1, en el que la temperatura de descarga del gas de producto desde la cámara de reacción de LFC se mantiene inferior a 700 ºC.

3. Un método de acuerdo con reivindicación 1 o 2, en el que el carbón vegetal y la ceniza se separan del gas de producto (34) que deja la cámara de reacción de carbón vegetal (3) y se recirculan a la cámara de reacción de 30 carbón vegetal (3) .

4. Un método de acuerdo con reivindicación 1, 2 o 3, en el que se añade un agente de oxidación de carbón vegetal

(46) al gas de producto (34) que deja la cámara de reacción de carbón vegetal (3) .

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que gas de producto (34) de la cámara de reacción de carbón vegetal constituye al menos un 50 % de la corriente de gas total añadida a la cámara de reacción de LFC (1) .

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que el material carbonáceo sólido que se va a gasificar contiene volátiles en más de un 50 % y/o cloro en más de un 0, 5 % y/o compuestos alcalinos en más de un 1 % y/o las temperaturas de ablandamiento de la ceniza están por debajo de 900 ºC.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que el material carbonáceo sólido que se va a gasificar es paja, madera, residuos domésticos, plásticos que contienen cloro o lodos deshidratados. 45

8. Aparato que comprende un gasificador de lecho fluidizado circulante (LFC) para la gasificación de material carbonáceo sólido que comprende:

- una cámara de reacción de LFC (1) que comprende un lecho fluidizado provisto de medios para añadir gas

fluidizante, cámara de reacción (1) que tiene una entrada para material carbonáceo, una salida superior (4) para el gas de producto cargado de partículas (32) y al menos una entrada para las partículas recirculadas,

- una sección de separador de partículas (2, 9, 10) que recibe el gas de producto cargado de partículas (32) desde la

cámara de reacción de LFC (1) donde las partículas se separan del gas de producto cargado de partículas (32) , 55

- una cámara de reacción de carbón vegetal (3) que comprende un lecho fluidizado y que tiene al menos una entrada para las partículas de la sección de separador de partículas (2, 10) , y

- medios para recircular las partículas desde la cámara de reacción de carbón vegetal (3) a la cámara de reacción de 60 LFC (1) ;

en el que la cámara de reacción de carbón vegetal (3) comprende medios para añadir un agente de gasificación que contiene oxígeno (36) tal como aire atmosférico, oxígeno puro, vapor de agua o mezclas de los mismos y que el aparato comprende medios (7) para conducir al menos una parte del gas de producto (34) desde la cámara de 65 reacción de carbón vegetal (3) a la cámara de reacción de LFC (1) .

9. Un aparato de acuerdo con reivindicación 8, en el que el separador de partículas comprende un separador principal (2) provisto de un conducto (5) a través del que las partículas separadas (33) llegan a la cámara de reacción de carbón vegetal (3) .

10. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en el que la cámara de reacción de LFC comprende una entrada para el gas de producto (34) aproximadamente al mismo nivel que la superficie del lecho en la cámara de reacción de carbón vegetal (3) .

11. Un aparato de acuerdo con reivindicación 8, 9 ó 10, en el que el aparato comprende un separador (12) situado corriente abajo de la cámara de reacción de carbón vegetal (3) , separador que recircula el carbón vegetal y ceniza desde el gas de producto (34) a la cámara de reacción de carbón vegetal (3) .

12. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación previa, en el que el aparato comprende una cámara de reacción (13) provisto de una entrada para el agente de oxidación de carbón vegetal (46) situada corriente abajo de la cámara de reacción de carbón vegetal (3) , cámara de reacción en la que tiene lugar una conversión adicional de partículas de carbón vegetal finas y/o el tratamiento con calor de las partículas de ceniza.