Procedimiento de combustión.

Procedimiento de combustión en el que un combustible, un comburente y un componente B),

azufre o compuestos que contienen azufre, se alimentan al quemador en una cantidad suficiente para alcanzar una proporción molar B'/Al ≥ 0,5, en la que:

- B' es la suma en moles de la cantidad de azufre presente en el componente B) + la cantidad de azufre contenida en el combustible,

- AI es la suma en moles de la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos contenidos en el combustible + la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos contenidos en el componente

B), siendo

-el quemador es isotérmico y sin llama.

Procedimiento de combustión La presente invención se refiere a un procedimiento para reducir sustancialmente las cenizas básicas contenidas en los gases desprendidos por los quemadores.

Las cenizas básicas generalmente están formadas de óxidos de metal alcalino y/o alcalino-térreo y/o sales de los mismos, en particular óxidos, carbonatos, etc., que como es bien conocido, pertenecen a la clase de las cenizas incombustibles (ISO 1171) .

Más concretamente, la presente invención permite conseguir además la transformación de las cenizas básicas (cenizas alcalinas) , generalmente contenidas en los combustibles, en compuestos no agresivos a las temperaturas de combustión, para la utilización como materiales de construcción de quemadores y plantas de recuperación de calor situadas después del quemador. Debido a lo anterior, los combustibles de baja calidad, tales como biomasas y residuos, también pueden utilizarse en plantas construidas con materiales convencionales, tales como, por ejemplo, acero AISI 304H, que presentan un elevado rendimiento de recuperación térmica y un elevado rendimiento de transformación de la energía térmica en energía eléctrica.

La presencia de cenizas incombustibles, tanto las pesadas (es decir, no volátiles) como las cenizas volantes, siempre ha representado un problema tecnológico para las plantas de combustión. Han determinado la clasificación de los combustibles fósiles tal como es conocida actualmente.

La parte básica, en particular la derivada de los compuestos de sodio y potasio, de las cenizas de los combustibles fósiles, biomasas y residuos, causa durante la combustión en el frente de llama la formación de óxidos y sales, en ocasiones parcialmente fundidos.

Estos compuestos son particularmente agresivos a temperaturas elevadas hacia los materiales de las paredes de las cámaras de combustión y de las plantas de recuperación térmica. Las paredes se recubren con materiales refractarios, generalmente de compuestos de aluminio y/o de compuestos de silicio-aluminio, opcionalmente que contienen cromo y circonio, o materiales metálicos, tales como, por ejemplo, aceros, aleaciones y metales, en plantas de recuperación térmica. Tal como se ha indicado, las cenizas básicas son capaces de corroer los materiales refractarios mediante la fusión de los mismos. En la técnica anterior, para incrementar la resistencia refractaria, se ha indicado la utilización de Al2O3 tabular al 99, 8%, con el fin de reducir el contenido de sílice a valores muy bajos, o añadir óxidos de circonio a la composición refractaria. Sin embargo, además estos materiales refractarios modificados no permiten resolver el problema de la corrosión de las paredes de quemadores debido a las cenizas básicas.

También es conocido de la técnica anterior la utilización para la fabricación de las paredes de las plantas de recuperación térmica el acero AISI 304H, más preferentemente Inconel. Se ha encontrado que éste último resulta más resistente a la corrosión por las cenizas básicas que AISI 304H. Sin embargo, la utilización del material Inconel presenta la desventaja de que los costes de construcción de la planta se incrementan notablemente.

Se observa además que algunos de los compuestos que forman las cenizas básicas emiten vapores a la temperatura de combustión y posteriormente, al enfriarse los gases, dichos vapores solidifican. Lo anterior provoca la corrosión de las paredes de las plantas de recuperación térmica. Aparte, se forman aglomerados/depósitos en las tuberías y en las plantas, las cuales pueden obstruir los equipos con el tiempo. Por ejemplo, en el caso de que las cenizas básicas contengan sodio o potasio en forma de sales cloruro, se funden a una temperatura relativamente baja (<1.100ºK) y atacan las paredes del quemador. Aparte, se evaporan debido a una presión parcial significativa a una temperatura relativamente baja (<1.300ºK) y cristalizan nuevamente sobre las superficies de los equipos situados después de los quemadores. A partir de lo anterior se desprende que los equipos resultan irremediablemente dañados. Ello representa una notable desventaja desde el punto de vista industrial.

Son bien conocidos de la técnica anterior los combustibles que contienen cantidades elevadas de cenizas básicas, por ejemplo algunos tipos de carbón de baja calidad y petróleos crudos. Sin embargo, todos los combustibles contienen en una cantidad variable cenizas básicas.

Con el fin de reducir la acción corrosiva de las cenizas básicas se ha propuesto en la técnica anterior utilizar en los quemadores temperaturas de combustión bajas, generalmente de entre 650ºC y 800ºC. La ventaja es la reducción de las cenizas básicas en los gases. Lo anterior permite superar las desventajas anteriormente indicadas. Sin embargo, bajo estas condiciones se producen compuestos no combustionados tóxicos, tales como dioxinas, furanos, poliaromáticos, etc., en cantidades elevadas en el quemador. En el documento US nº 2006/005978 se propone utilizar un aditivo del combustible con el fin de evitar los depósitos de cenizas sobre los equipos situados después del quemador.

Con el fin de reducir los inconvenientes debido a las cenizas básicas en los quemadores, en la industria se ha propuesto gasificar a bajas temperaturas los combustibles sólidos, bituminosos y/o esquistos carbonosos. Sin embargo, estos procedimientos presentan la desventaja de requerir una planta adicional para la gasificación. En cualquier caso, las cenizas básicas se encuentran presentes en los gases de síntesis obtenidos en los gasificadores. Por lo tanto, el problema no queda resuelto sino que se traslada a las plantas posteriores. También es conocido que resulta posible purificar los gases de síntesis mediante procedimientos de depuración de gases en caliente. Sin embargo, lo anterior requiere unidades específicas, las cuales son costosas y además presentan una vida útil muy reducida. Al llevar a cabo los tratamientos de limpieza a temperaturas más bajas que las utilizadas en plantas que utilizan gases de síntesis, existe la desventaja de que se reduce la eficiencia térmica.

En la técnica anterior se ha propuesto además eliminar de los combustibles sólidos o líquidos antes de la combustión los precursores de las cenizas básicas. Lo anterior no puede conseguirse desde el punto de vista industrial debido a la notable complejidad de dichos procedimientos de limpieza, debido al elevado número de compuestos presentes en los combustibles. Actualmente la alimentación de las centrales térmicas se ha llevado a cabo mediante la utilización de carbones e hidrocarburos con un contenido bajo de metales alcalinos y/o alcalinotérreos. Sin embargo, estos combustibles son muy valiosos y caros, además de que no se encuentran disponibles en cantidades muy grandes.

Se percibe la necesidad de disponer de un procedimiento industrial para reducir y/o eliminar sustancialmente la corrosión por las cenizas básicas de las paredes de los quemadores y de las superficies de las plantas de recuperación térmica posteriores al quemador.

Inesperada y sorprendentemente el solicitante ha encontrado un procedimiento para resolver el problema técnica anteriormente indicado.

Un objetivo de la presente invención es un procedimiento de combustión en el que un combustible, un comburente y un componente B) , azufre o compuestos sulfurados, se alimentan al quemador en una cantidad suficiente para alcanzar una proporción molar B'/Al ≥ 0, 5, en la que:

- B' es la suma en moles de la cantidad de azufre presente en el componente B) + la cantidad de azufre (componente BII) ) contenida en el combustible,

- AI es la suma en moles de la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos (componente AII) contenidos en el combustible de alimentación + la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos (componente A) contenidos en el componente B, en el que

- el quemador es isotérmico y sin llama.

El azufre (componente BII) en el combustible puede encontrarse presente bajo la forma de azufre elemental o de compuestos orgánicos y/o inorgánicos que contienen azufre.

En el combustible, los metales alcalinos y/o alcalino-térreos (componente AII) se encuentran generalmente presentes en forma de sales, sales mixtas, óxidos u óxidos mixtos.

En el procedimiento de la invención, la presión en el quemador preferentemente es superior o igual a 101, 3 kPa, y de hasta aproximadamente 2.000 kPa.

En el procedimiento de la invención, la temperatura del quemador preferentemente se encuentra comprendida entre 1.500ºK (1.223ºC) y hasta 2.100ºK (1.827ºC) .

El comburente del procedimiento de la invención preferentemente es oxígeno,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de combustión en el que un combustible, un comburente y un componente B) , azufre o compuestos que contienen azufre, se alimentan al quemador en una cantidad suficiente para alcanzar una proporción molar B'/Al ≥ 0, 5, en la que:

- B' es la suma en moles de la cantidad de azufre presente en el componente B) + la cantidad de azufre contenida en el combustible,

- AI es la suma en moles de la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos contenidos en el combustible + la cantidad de metales alcalinos y/o alcalino-térreos contenidos en el componente B) , siendo -el quemador es isotérmico y sin llama.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el azufre en el combustible puede encontrarse presente bajo la forma de azufre elemental o de compuestos orgánicos y/o inorgánicos que contienen azufre.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, en el que en el quemador la presión se encuentra comprendida entre valores superiores a 101, 3 kPa y hasta 2.000 kPa, y la temperatura se encuentra comprendida entre 1.500ºK y 2.100ºK.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, en el que el comburente es oxígeno.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, en el que la proporción molar B'/AI es de por lo menos 1.

6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, en el que los gases de combustión en la salida del quemador se enfrían hasta una temperatura igual o inferior a 1.100ºK.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, en el que la alimentación del componente B) en el quemador se lleva a cabo mediante alimentación del componente B) separadamente del combustible o en una mezcla con el combustible.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el componente B) es azufre elemental y se alimenta al quemador en dispersión acuosa que contiene surfactantes.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cantidad utilizada de componente B) es suficiente para que en los gases de combustión la presión parcial de SO2 sea superior a 40 Pa y de hasta 300 Pa.

10. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 9, en el que el tiempo de residencia del combustible en el quemador se encuentra comprendido entre 0, 5 segundos y 30 minutos.

11. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 10, en el que el oxígeno alimentado se mezcla previamente con gases de reciclado, siendo la cantidad de gases en dicha mezcla gaseosa superior a 10% en volumen, preferentemente superior a 50% en volumen.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que los gases de reciclado contienen agua en forma de vapor, siendo la cantidad de agua, calculado con respecto al volumen total de los gases de reciclado, es superior a 10% en volumen.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el combustible contiene una cantidad de agua de hasta 80% en peso.