Proceso y sistema para gasificación con retirada de alquitrán in situ.

Un método para gasificar material carbonoso, que comprende las etapas de:

proporcionar un material carbonoso a un módulo de gasificación (102) calentado indirectamente, siendo elmódulo de gasificación (102) operable para generar gas de síntesis y material condensable poniendo encontacto el material carbonoso con un material de transferencia de calor catalíticamente activo;separar el gas de síntesis y el material condensable del alquitrán y del material de transferencia de calorcatalíticamente activo;

proporcionar el gas de síntesis y el material condensable a un módulo de acondicionamiento de gases (103) yproporcionar el alquitrán y el material de transferencia de calor catalíticamente activo a un módulo decombustión (105);

introducir aire en el módulo de combustión (105) para consumir el alquitrán en combustión, calentando de estemodo el material de transferencia de calor catalíticamente activo en el módulo de combustión (105) hasta unatemperatura de operación;

proporcionar el material de transferencia de calor catalíticamente activo a la temperatura de operación desde elmódulo de combustión (105) hasta el módulo de acondicionamiento de gases (103);

acondicionar el gas de síntesis y el material condensable en el módulo de acondicionamiento de gases (103)poniendo en contacto el gas de síntesis y el material condensable con el material de transferencia de calorcatalíticamente activo a la temperatura de operación; y

proporcionar vapor tanto al módulo de acondicionamiento de gases (103) como a dicho módulo de gasificación(102);donde el material de transferencia de calor catalíticamente activo circula desde el módulo de gasificación (102)hasta el módulo de combustión (105), después hasta el módulo de acondicionamiento de gases y vuelve hasta25 el módulo de gasificación (103); ydonde la temperatura de operación está entre 900 ºC (1652 ºF) y 1100 ºC (2012 ºF) y dicho material detransferencia de calor catalíticamente activo incluye al menos uno de entre olivino, calcitas, óxidos metálicos yun material catalíticamente activo a temperatura elevada que contiene hierro.

Proceso y sistema para gasificación con retirada de alquitrán in situ

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención La presente invención se refiere a un proceso y sistema para gasificar biomasa u otras materias primas carbonosas en un gasificador calentado indirectamente y a un método para la eliminación de los materiales orgánicos condensables (alquitranes) del gas producto resultante con una etapa integrada de retirada de alquitrán. Más específicamente, esta etapa integral de retirada de alquitrán utiliza el portador de calor circulante para craquear las sustancias orgánicas y producir gas producto adicional. Como beneficio del proceso anterior y debido que el portador de calor circula a través de vapor alternante y zonas de oxidación en el proceso, se elimina la desactivación de las reacciones de craqueo.

2. Descripción de la técnica relacionada La técnica relacionada implica un sistema de gasificación de biomasa y un método como se describe en la patente de Estados Unidos Nº 6.808.543 (Paisley) , cuyos contenidos se incorporan completamente por referencia en la presente memoria (también denominada como sistema FERCO) .

La patente 6.808.543 demuestra un método de gasificación que implica un sistema de gasificador de lecho fluidizado circulante (CFB) donde se usa arena como medio de transferencia de calor. Un primer aspecto del sistema 25 proporciona un método para reducir la aglomeración de ceniza en un gasificador de lecho fluidizado de arrastre paralelo/combustión en el que se añade óxido de magnesio (MgO) al interior del material de transferencia térmica para alterar el carácter eutéctico de la ceniza resultante y de ese modo aumentar el punto de fusión de dicha ceniza para minimizar la aglomeración con la arena. De este modo la patente 6.808.543 muestra la necesidad de minimizar la aglomeración de arena-ceniza a través de un aumento del punto de fusión de la arena por medio de la adición de MgO. La patente 6.808.543 de Paisley se distingue por sí misma de los sistemas anteriores añadiendo CaO y Al2O3 en intentos de reducir la aglomeración por medio de dilución de la ceniza.

La técnica relacionada también implica un método para acondicionar gas caliente como se describe en la patente de Estados Unidos Nº 5.494.653 (Paisley) , cuyos contenidos también se incorporan completamente en la presente memoria por referencia.

La patente 5.494.653 comenta la producción de un gas de alimentación para la síntesis de hidrógeno usando gasificación en un reactor de lecho fluidizado (FBR) , recirculando el reactor de lecho fluidizado (CFB) o en un reactor de lecho fijo (FB) , y requiere el uso de un catalizador para ajustar la relación de hidrógeno con respecto a monóxido de carbono en una reacción de desplazamiento de gas y agua.

de tal forma que no se favorezca la formación de carbono, un subproducto no deseado. La patente 5.494.653 muestra que la alúmina es un catalizador preferido y que los sistemas de catalizador convencionales y los métodos para dichas reacciones requieren el uso de metales nobles tales como níquel, molibdeno y similares, o de materiales 45 alcalinos tales como potasio, sodio y similares para los catalizadores. Además, los métodos y sistemas de catalizador convencionales no evitan el carbono con el alcance deseado en la patente 6.808.543. Típicas de estas y otras operaciones de producción de gas son las siguientes patentes de EE.UU. Nos 233.861 de Jerzmanowski;

1.295.825 de Ellis; 1.875.923 de Harrison; 1.903.845 de Wilcox; 1.977.684 de Lucke; 1.992.909 de Davis; 2.405.395 de Bahlke y col.; 2.546.606; 3.922.337 de Campbell y col.; 4.726.913 de Brophy y col.; 4.888.131 de Goetsch y col.;

5.143.647 de Say y col.; y la patente británica GB 461.402 (16 de febrero de 1937) .

La patente 5.494.653 muestra un método de craqueo y desplazamiento de un gas de síntesis para proporcionar un catalizador que consiste esencialmente en alúmina en una cámara de trayectoria fuera de la recirculación; y poner en contacto el catalizador de alúmina con un gas de síntesis sustancialmente libre de oxígeno de metano y/o 55 hidrocarburos de peso molecular elevado; y vapor de agua a una temperatura de aproximadamente 530 ºC a aproximadamente 980 ºC, de manera que el metano y los hidrocarburos superiores se craqueen de acuerdo con la siguiente reacción,

y desplazada por la reacción de la Ecuación 1 (reacción de desplazamiento de gas y agua) , de manera que se 60 minimiza la formación de carbono a temperaturas por debajo de 980 ºC.

Como consecuencia de ello, la patente 5.494.653 muestra el uso de alúmina como catalizador de acondicionamiento de gases que puede desplazar la denominada reacción de desplazamiento de gas y agua con el fin de permitir una relación de H2:CO de 2:1.

Aunque el sistema mecánico de la patente 5.494.653 es generalmente similar al de la patente 6.808.543, existe una diferencia para la cámara de reacción de baja temperatura fuera de ciclo comentada anteriormente (ex situ) (máximo 980 ºC/1500 ºF) que recibe una producción de gas de síntesis desde el módulo de gasificación y que contiene el catalizador de alúmina para la reacción aguas abajo. Como consecuencia de ello, la patente 5.494.653 difiere de la del sistema 6.808.543 en proporcionar tanto (i) un catalizador de alúmina (Al2O3) como en (ii) proporcionar ese catalizador únicamente en una cámara ex situ de baja temperatura lo que tiene como resultado una rápida desactivación aguas abajo de las reacciones de craqueo debido a la deposición de carbono sobre la superficie del catalizador. En el documento US 2004/0045272 A1, se divulga un método para la gasificación de biomasa en el que tiene lugar la retirada de alquitrán usando combustión.

Estas referencias de la técnica relacionada fallan a la hora de apreciar un número de aspectos comentados en la presente invención. Estos aspectos incluyen el uso de un medio de transferencia de calor re-circulante que contiene un catalizador, la retirada de hidrocarburos (condensables) a temperaturas elevadas por encima de aproximadamente 370 ºC y la retirada de condensables en un proceso in situ (retirada continua con reciclaje) .

Como consecuencia de ello, no se aprecian un número de aspectos de la presente invención por parte de la técnica anterior. Estos incluyen la capacidad de la presente invención para recuperar calor a una temperatura significativamente menor tras una etapa de retirada de condensables in situ (debido a la retirada de los alquitranes del gas a temperatura elevada) .

Similarmente, la técnica relacionada falla a la hora de apreciar el beneficio de un módulo de acondicionamiento de gas por separado que se calienta in situ a temperaturas de sistema elevadas (1000 ºC/1800 ºF) mediante un medio de transferencia de calor en un módulo de combustor y se recicla para uso continuo, aumentando de este modo la eficacia de todas la reacciones debido al uso de temperatura elevada.

Además, la técnica relacionada falla a la hora de apreciar la capacidad de una recuperación de hidrógeno (H2) mayor incluyendo un módulo de acondicionamiento de gas in situ que opera a temperaturas de sistema elevadas.

Finalmente, la técnica relacionada falla en todos los casos a la hora de apreciar el uso de vapor in situ como reactivo para impactar sobre la reacción de desplazamiento de gas y agua en el acondicionamiento de gas y, de este modo,

minimizar el requisito de retirada de condensables en un proceso aguas abajo por separado (ex situ) y costoso.

Por consiguiente, existe la necesidad de un proceso mejorado que permita la retirada de productos condensables in situ y que por tanto permita, pero no requiera, una mejor recuperación de energía a partir del gas producto.

Objetivos y sumario de la invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para la gasificación con retirada de alquitranes in situ que responda a al menos una de las necesidades comentadas anteriormente sin un requisito de responder a más de una de las necesidades comentadas anteriormente.

La presente invención proporciona un método como el de la reivindicación 1. Las realizaciones se refieren a un proceso para gasificar biomasa u otras materias primas carbonosas en un gasificador calentado indirectamente y proporcionar un método para la eliminación de materiales orgánicos condensables (alquitranes) a partir del gas producto resultante con una etapa integrada de retirada de alquitranes. Más específicamente, esta etapa de retirada de alquitranes utiliza el portador de calor circulante para craquear las sustancias orgánicas y producir un gas producto adicional. Como beneficio del proceso anterior, y debido a que el... [Seguir leyendo]

1. Un método para gasificar material carbonoso, que comprende las etapas de:

proporcionar un material carbonoso a un módulo de gasificación (102) calentado indirectamente, siendo el módulo de gasificación (102) operable para generar gas de síntesis y material condensable poniendo en contacto el material carbonoso con un material de transferencia de calor catalíticamente activo; separar el gas de síntesis y el material condensable del alquitrán y del material de transferencia de calor catalíticamente activo;

proporcionar el gas de síntesis y el material condensable a un módulo de acondicionamiento de gases (103) y proporcionar el alquitrán y el material de transferencia de calor catalíticamente activo a un módulo de combustión (105) ; introducir aire en el módulo de combustión (105) para consumir el alquitrán en combustión, calentando de este modo el material de transferencia de calor catalíticamente activo en el módulo de combustión (105) hasta una temperatura de operación; proporcionar el material de transferencia de calor catalíticamente activo a la temperatura de operación desde el módulo de combustión (105) hasta el módulo de acondicionamiento de gases (103) ; acondicionar el gas de síntesis y el material condensable en el módulo de acondicionamiento de gases (103) poniendo en contacto el gas de síntesis y el material condensable con el material de transferencia de calor

catalíticamente activo a la temperatura de operación; y proporcionar vapor tanto al módulo de acondicionamiento de gases (103) como a dicho módulo de gasificación (102) ; donde el material de transferencia de calor catalíticamente activo circula desde el módulo de gasificación (102) hasta el módulo de combustión (105) , después hasta el módulo de acondicionamiento de gases y vuelve hasta el módulo de gasificación (103) ; y donde la temperatura de operación está entre 900 ºC (1652 ºF) y 1100 ºC (2012 ºF) y dicho material de transferencia de calor catalíticamente activo incluye al menos uno de entre olivino, calcitas, óxidos metálicos y un material catalíticamente activo a temperatura elevada que contiene hierro.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha etapa de acondicionamiento de dicho gas de síntesis y material condensable en dicho módulo de acondicionamiento de gases (103) comprende además al menos una de las etapas de:

craquear los materiales condensables; y 35 desplazar el gas de síntesis, produciendo de este modo gas acondicionado que contiene una relación de hidrógeno: monóxido de carbono en un equilibrio positivo de hidrógeno.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una primera parte de dicho material de transferencia de calor catalíticamente activo está entre un 50 % y un 100 % en peso, preferentemente entre un 80 % 40 y un 100 % en peso, del modo más preferido entre aproximadamente un 90 % y un 100 % en peso.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho suministro de vapor se proporciona a dicho módulo de gasificación en un intervalo de velocidad de entre 0, 1524 m/s (0, 50 pies/s) y 4, 572 m/s (15 pies/s) , preferentemente entre 0, 1524 m/s (0, 50 pies/s) y 3, 048 m/s (10 pies/s) .

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho suministro de vapor se proporciona a dicho módulo de acondicionamiento de gases (103) a una tasa para mantener una concentración de vapor menor de un 25 % en volumen de los gases de entrada totales desde dicho módulo de gasificación, preferentemente menor de un 20 % en volumen de los gases de entrada totales desde dicho módulo de gasificación.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el módulo de acondicionamiento de gases (103) se calienta por medio del material de transferencia de calor catalíticamente activo procedente de dicho módulo de combustión (105) , manteniendo de este modo dicho módulo de acondicionamiento de gases (103) a dicha temperatura de operación.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha etapa de desplazamiento de dicho gas de síntesis se aumenta ajustando una cantidad de entrada de vapor.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicha etapa de desplazamiento de dicho gas de síntesis

se aumenta ajustando una cantidad de entrada de vapor de manera que se consiga un relación de hidrógeno : monóxido de carbono de al menos 2:1.

Escoria y