Nuevo procedimiento para la gasificación de residuos orgánicos.

Procedimiento para la pirogasificación de residuos orgánicos, del tipo que utiliza a) un horno donde se efectúa lapirolisis de dichos residuos mezclados con masas metálicas llevadas a alta temperatura, a saber entre 500°C y1100°C, incluyendo dicho horno una entrada para dichos residuos y para dichas masas metálicas así como unasalida para los gases de pirolisis, b) un sistema que separa los residuos pirolizados y dichas masas metálicas, c) unhorno que permite el recalentamiento de dichas masas metálicas en vista de un nuevo ciclo de pirogasificación,caracterizado porque dichas masas metálicas se componen de toros (2) realizados de acero inoxidable.

Nuevo procedimiento para la gasificación de residuos orgánicos La invención se refiere a un nuevo procedimiento para la pirogasificación de residuos orgánicos.

La pirogasificación es un procedimiento de tratamiento y valorización energética de las materias orgánicas.

En la presente descripción, se entiende por “materias orgánicas” o por “residuos orgánicos” las materias comprendidas en los residuos, así como en los productos y coproductos procedentes de la agricultura o de la biomasa.

La valorización energética de los residuos o de la biomasa constituye hoy un gran reto, en la medida en que contribuye a luchar eficazmente contra el efecto invernadero y contra la futura penuria de combustibles fósiles.

El procedimiento según la invención utiliza la pirogasificación de las materias orgánicas.

Para valorizar energéticamente las materias orgánicas, existen varias vías:

- la incineración, procedimiento muy conocido, de sobra utilizado, criticado hoy para sus costes de instalación y sobretodo por su pesado tratamiento de los humos (dioxinas, furanos, metales pesados etc) ;

- la metanización que no es propiamente dicho un procedimiento competidor de la pirogasificación ya que va dirigida a productos exclusivamente húmedos.

La pirolisis consiste en una descomposición de la materia orgánica por el calor (de 500 a 1100°C) al abrigo del oxígeno, por lo tanto del aire. Los productos de esta descomposición son gases incondensables (CO, H2, CO2) , hidrocarburos incondensables (CH4, C2H6, C3H8, C4H10) , hidrocarburos pesados, alquitranes condensables en aceites, agua (H2O) y coque (carbono) . Las proporciones de estos componentes dependen de las condiciones de la reacción de pirolisis.

Si la reacción se conduce a baja temperatura (400 a 500°C) y a tiempo de residencia largo (decenas de minutos) el coque será el producto mayoritario de esta descomposición de la materia orgánica.

Si la reacción se conduce a alta temperatura (700 a 1000°C) con subida rápida de temperatura y a tiempo de residencia rápida (algunos segundos o algunos minutos) el producto mayoritario será un gas combustible.

En estas dos reacciones, el gas producido está formado, tal como se indica anteriormente, por gases incondensables (CO, H2, CO2) , de hidrocarburos incondensables (CH4, C2H6, C3H8, C4H10) , siendo los otros compuestos producidos en estas reacciones hidrocarburos pesados, alquitranes condensables en aceites y agua (H2O) en forma de vapor condensable.

La eliminación de estos alquitranes para formar un gas de síntesis (CO + H2) que tiene un contenido en alquitrán inferior a 0, 1 mg/m3 (con el fin de que este gas pueda ser valorizado en un grupo electrógeno que funciona con un motor de gas pobre) es el desafío esencial ya que la producción de electricidad es una de las principales vías de valorización de la biomasa y de los residuos orgánicos. La valorización por grupo electrógeno con motor térmico va a duplicar, como mínimo, la producción de electricidad con respecto a los generadores impulsados por turbinas de vapor o que utilizan el ciclo orgánico de Rankine (ORC) .

Los procedimientos actuales proporcionan un gas que no puede ser valorizado sino por quemadores en que se utilizan procedimientos de vapor u ORC.

Los procedimientos actualmente utilizados para realizar una pirolisis son principalmente los siguientes:

- según un primer procedimiento, el calentado de la materia se realiza en el seno de un envolvente (horno) por medio de un doble envolvente en el cual circulan los gases de combustión de un quemador. Este procedimiento requiere, debido a su mal intercambio de calor (únicamente por las paredes) , superficies y un volumen muy importantes. Es interesante para reacciones conducidas a bajas temperaturas (400 a 500°C) y lentas. El inconveniente de este procedimiento reside en el hecho de que la temperatura y la mezcla de las materias se controlan mal y que la producción no se puede orientar sino hacia la producción de gas o de aceite según las elecciones o imperativos del usuario. Sólo se puede considerar una valorización de los gases por quemador. La cantidad importante de coque, que es para algunas materias pirolizadas un residuo, es también un elemento negativo para el procedimiento;

- según otro procedimiento, se utiliza el calentamiento directo de las materias que se deben pirolizar por los gases calientes liberados por una llama. En este procedimiento la transferencia térmica es mejor pero la combustión en el mismo recinto que la reacción de pirolisis induce una aportación de oxígeno importante (exceso de aire de combustión) que perjudica a la calidad de los gases de los rechazos (posibilidad de productos clorados) y que por otro lado perjudica a la producción de energía.

Existen otros procedimientos para transferir la energía a la materia que se debe pirolizar, utilizando tubos calentadores, lechos fluidificados, proyecciones o pulverizaciones de las materias sobre reactores a alta temperatura. Estos principios son bien sea frágiles o bien técnicamente difíciles de industrializar.

Se citará más concretamente en esta categoría un procedimiento que utiliza bolas de acero calentadas fuera del horno para que a continuación, por un sistema de esclusa, se introducen en el horno con el fin de ser mezcladas con la materia que se debe pirolizar en un horno horizontal o ligeramente inclinado. Dicho procedimiento se describe en las solicitudes de patentes internacionales nº WO 2005/018841 y WO 2006087310; este procedimiento es potente ya que permite un perfecto control del tiempo de residencia por el control de la velocidad de rotación del horno y un control de la temperatura por el control de la temperatura de las bolas. En cambio, el hecho de que el sistema utilice un horno horizontal y que la mezcla bolas/materias esté propulsada por un tornillo de Arquímedes o por un horno giratorio obliga a no rellenar con dicha mezcla más que alrededor de 1/3 del horno en el sentido de la longitud. Este procedimiento, en la medida en que el gas de pirolisis se produce a partir de la puesta en contacto de las bolas y de las materias, durante su introducción, no permite realizar un craqueo suficiente de los gases condensables y de los alquitranes ya que después de su producción y hasta su extracción, estos gases no están ya en contacto que con el lecho de bolas calientes y de materias residuales. Esta superficie de contacto reducida hace que el craqueo sea bajo e incompleto. Otro inconveniente de este procedimiento consiste en que las bolas, cuando se presentan en forma de paquetes, tienen tendencia a aglomerarse, sobretodo a alta temperatura, y pasan a ser entonces de manipulación de transporte difícil. Esta observación es especialmente aplicable a la segunda solicitud de patente internacional nº WO 200608710 donde las bolas con referencia 40 en conos o embudos no circulan o sólo circulan muy difícilmente. La patente de EE.UU. nº 1.712.082 describe un procedimiento para la piro gasificación de materiales orgánicos, que incluye un horno apropiado para efectuar la pirolisis de dichos residuos mezclados con bolas llevadas a alta temperatura y un horno que permite el recalentado de dichas bolas metálicas en vista de un nuevo ciclo de piro gasificación.

La presente invención, teniendo en cuenta todas estas dificultades, remedia los problemas utilizando como masas metálicas, toros de acero inoxidable a alta temperatura.

Con carácter preferencial, estos toros se realizarán en una aleación que contiene níquel y cobalto con el fin de favorecer la catálisis en el momento del craqueo.

La presente invención se comprenderá mejor por la lectura de la descripción hecha respecto a las figuras entre las cuales:

- la figura 1 representa esquemáticamente el dispositivo que emplea el procedimiento de pirogasificación según la invención, y

- la figura 2 representa un detalle de una variante de ejecución de dicho dispositivo.

Estos toros avanzan en el mismo sentido que las materias que se deben pirolizar en un horno vertical estático.

La elección de toros en lugar de bolas es esencial en la presente invención; en efecto, los toros van a presentar la mayor relación superficie de intercambio/peso, lo que es importante ya que esto permite tener el mejor rendimiento posible tanto en el calentado de los toros en el horno de calentamiento como a la restitución y a la transferencia de esta energía a la materia que se debe pirolizar. Como ejemplo, si se toma una bola clásica de acero refractario, es decir, una forma esférica de un diámetro de 40 mm, su peso es de 261, 4 gramos y su superficie de intercambio de 5026, 55 mm2. Para... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la pirogasificación de residuos orgánicos, del tipo que utiliza a) un horno donde se efectúa la pirolisis de dichos residuos mezclados con masas metálicas llevadas a alta temperatura, a saber entre 500°C y 1100°C, incluyendo dicho horno una entrada para dichos residuos y para dichas masas metálicas así como una salida para los gases de pirolisis, b) un sistema que separa los residuos pirolizados y dichas masas metálicas, c) un horno que permite el recalentamiento de dichas masas metálicas en vista de un nuevo ciclo de pirogasificación, caracterizado porque dichas masas metálicas se componen de toros (2) realizados de acero inoxidable.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque dichos toros (2) contienen níquel y cobalto.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos toros (2) tienen un diámetro interior comprendido entre 15 y 100 mm, y un diámetro exterior comprendido entre 50 y 150 mm.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque la salida (6) de los gases de pirolisis está prevista en la parte inferior del horno (1) donde se efectúa dicha pirolisis.

5. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado porque dicha salida (6) está provista de un sistema que pone el interior de dicho horno (1) en ligera depresión.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en la base del horno (1) donde se efectúa dicha pirolisis está previsto un dispositivo (10) que regula el caudal de salida de los toros (2) y de los residuos de pirolisis.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sistema (11) que separa los residuos pirolizados y dichos toros (2) incluye un tornillo de Arquímedes (15) que arrastra dichos residuos y dichos toros (2) desde la base del horno (1) hasta la base del horno (9) que permite el recalentamiento de dichos toros (2) , estando dichos residuos pirolizados mientras tanto recuperados en un receptáculo (17) de paso a través de un tamiz (14) dispuesto bajo dicho tornillo (15) y sobre una longitud sustancial de este último.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el horno (9) que permite el recalentamiento de dichos toros (2) está provisto de un quemador (8) y de un tornillo de Arquímedes (18) que permite recoger dichos toros (2) recalentados con la ayuda de dicho quemador (8) a un nivel superior a la cabeza del horno (1) .

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las volutas de dicho tornillo (18) se separan del eje (20) que arrastra dicho tornillo (18) por una manga (21) que aísla térmicamente dicho eje (20) de las volutas de dicho tornillo (18) .

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicho horno (1) , dicho sistema de separación (11) y dicho horno (9) constituyen respectivamente los lados de un ángulo recto de un triángulo rectángulo y su hipotenusa, siendo dicho horno (1) vertical.