Sistema de reactores de lecho fluidizado.

Un sistema de reactores de lecho fluidizado que consiste en al menos dos reactores de lecho fluidizado,

que comprende al menos un reactor principal (1) en forma de lecho fluidizado circulante y al menos un reactor secundario (2) en forma de un lecho fluidizado circulante, constituyendo dichos reactores dos espacios llenos de gases separados para realizar reacciones químicas y estando conectados entre sí por una corriente circulante de materias sólidas, así como un conducto de partículas que comprende un separador de partículas y sirve para transportar partículas del lecho fluidizado procedentes del reactor principal (1) al reactor secundario (2), caracterizado porque el reactor principal (1) y el reactor secundario (2) están conectados de forma hidráulica a través de un conducto de partículas fluidizadas (10) en sus mitades inferiores.

Sistema de reactores de lecho fluidizado.

La presente invención se refiere al campo de sistemas de reactores de gas-sólido, especialmente de lechos fluidizados circulantes.

Se usan reactores de gas-sólido para hacer que los sólidos, o partes de los mismos, participen directamente en una transformación química, ya sea como un reactante, como un catalizador, o como un portador de calor. Los sistemas de reactores de gas-sólido que comprenden dos zonas de reacción separadas permiten separaciones en dos cámaras de reacción de gas separadas que estén sólo conectadas por la corriente de sólidos, por lo que se puede impedir básicamente la mezcla de las corrientes de gases. Tales conjuntos se han usado ya satisfactoriamente en varios campos, tales como para el craqueo catalítico rápido en el campo del refinamiento de petróleo, para la transformación termomecánica de combustibles sólidos en gases combustibles (por ejemplo, para la gasificación o pirólisis de carbón o biomasa) , para la combustión con transportadores de oxígeno para separar intrínsecamente dióxido de carbono en el transcurso de una combustión carbonosa de combustible (documento US 2 665 972) , para el reformado con transportadores de oxígeno para separar intrínsecamente dióxido de carbono cuando se proporciona un gas de síntesis, y para el bucle de carbonato para absorber el CO2 procedente de corrientes de gases o de los reactores de combustión o de gasificación (documento EP 1 637 574) . El sólido circula de una zona de reacción a la otra y vuelve a la primera de nuevo. Son posibles varias realizaciones técnicas de dichos reactores, en las que los tiempos de retención que se han de conseguir y las características fluidodinámicas de los lechos fluidizados tienen que adaptarse al problema que se plantea. A continuación, las dos zonas de reacción que se han mencionado anteriormente se denominarán como dos reactores de lecho fluidizado conectados a través de la corriente de sólidos circulantes.

Generalmente, la expresión "lecho fluidizado circulante" se usa para referirse a un reactor de lecho fluidizado (rápido) que transporta sólidos y que incluye un dispositivo para separar sólidos de la corriente de gas saliente (tal como un conjunto de separador centrífugo o de gravedad) . Se proporcionan una corriente de gas saliente y una corriente de sólidos separados. En una realización común de un lecho fluidizado circulante, el sólido se lleva de vuelta al reactor de lecho fluidizado.

La cantidad de sólidos descargados a menudo se regula por la distribución del gas fluidizado introducido en el reactor en sitios diferentes a lo largo de la altura del reactor (equilibrado de gases o graduación del aire) . A continuación, se entenderá que un "lecho fluidizado circulante" se refiere a un lecho fluidizado en el que las partículas se fluidizan por medio de fluido y, después de haber separado el fluido, al menos parte de las partículas se introduce de nuevo en el mismo u otro lecho fluidizado. Preferentemente, el lecho fluidizado circulante es un lecho fluidizado turbulento o rápido.

La expresión "lecho fluidizado estático" describe un lecho fluidizado que forma burbujas, no transporta sólidos y se dispone en un reactor en el que los sólidos han de separarse del lecho fluidizado. Por encima del lecho fluidizado, hay un espacio de gas (francobordo) que casi no tiene sólidos.

Generalmente, se usan sifones fluidizados, canales de conexión fluidizados o deslizaderas fluidizadas, y similares, para sellar herméticamente los espacios de gas de dos reactores de lecho fluidizado entre sí. Estos elementos de conexión o de sellado se fluidizan preferentemente por medio de fluidos que no interfieren fuertemente con ninguno de los dos reactores de lecho fluidizado. El vapor de agua sería un ejemplo de un fluido de este tipo que puede usarse para numerosas aplicaciones.

Ya se conocen sistemas de reactores en los que un lecho fluidizado estático está implicado en la reintroducción de los sólidos en un lecho fluidizado circulante común (AT 405937 B; documento JP 2000/192056; Lyngfelt y col., Chemical Engineering Science 56 (2001) , 3101-3113; documento EP 1.637.574) . Lyngfelt y col., por ejemplo, describen un sistema que consiste en un reactor de aire y un reactor de combustible, entre los que se intercambia un metal/óxido metálico en ciclos. En el reactor de aire, se forma un óxido metálico por la oxidación del material del lecho, convirtiéndose de nuevo dicho óxido metálico en su forma reducida por la oxidación del combustible (tal como un hidrocarburo gaseoso) en el reactor de combustible. En la reacción total, el combustible se quema mediante el aire. Los gases de escape resultantes de esta reacción no se mezclan debido a la separación de los dos reactores de gas. Por lo tanto, por un lado, se obtienen por separado un óxido residual que contiene nitrógeno (reactor de aire) y, por otro lado, una mezcla de CO2-agua (reactor de combustible) . Debido a los diferentes caudales de gas, se usa un lecho fluidizado circulante en el reactor de aire y se usa un lecho fluidizado estático en el reactor de combustible.

Dichos conjuntos, en los que un lecho fluidizado estático está implicado en la reintroducción de los sólidos en un lecho fluidizado circulante común, permiten un funcionamiento intenso sin filtrar en exceso las partículas, ya que la parte principal del sólido se localiza en el lecho fluidizado estático y las partículas pasan el ciclón solamente una vez en el transcurso de un ciclo completo. Debido a la implementación de uno de los dos reactores como un lecho fluidizado estático, el empleo de tales sistemas, sin embargo, es limitado en el caso de instalaciones de alta capacidad, ya que la sección transversal de reactor requerida en el área del lecho fluidizado estático tiene que ser muy grande. Si el procedimiento tiene el objetivo de convertir en gran medida el gas fluidizado en contacto con el sólido, el lecho fluidizado estático tiene la desventaja adicional de que hay sólo un contacto deficiente entre el gas y el sólido en la fase de burbujeo y que la concentración de sólidos es sólo baja en el francobordo por encima del lecho fluidizado estático. Por lo tanto, hay un riesgo de fuga del gas de carga o de fluidización que no haya reaccionado.

El documento 19 808 439 C1 (documento US 6.290.775) describe la conexión de dos lechos fluidizados estáticos a través de un vertedero de agua para las partículas sólidas, incluyendo dichos lechos fluidizados estáticos conectados una cubierta en el espacio de gas para impedir que se mezclen los gases en los espacios de gas.

Se conocen también sistemas de reactores que consisten en dos o más lechos fluidizados circulantes conectados. El objetivo de algunas de estas aplicaciones consiste en el tratamiento del sólido, poniéndose en práctica dicho tratamiento por medio de un principio de etapas, pasando el sólido a través de un reactor después de otro sin una recirculación del sólido al primer reactor (documento WO 98/30497, KR 2003 0020114) . En otras aplicaciones conocidas, se implementan bucles sólidos en forma de dos sistemas de lecho fluidizado circulante conectados. En estos sistemas, el sólido descargado, que posteriormente se separa de la corriente de gas, se transporta al otro reactor de lecho fluidizado rápido (documento US 6.083.862 B1) o se transporta a través de dispositivos apropiados para dividir las corrientes sólidas separadas en el separador centrífugo o de gravedad proporcionalmente al mismo o el otro reactor de lecho fluidizado rápido. Es posible transportar el material al otro reactor después de un separador de partículas o a través de una descarga de partículas en el fondo del reactor por medio de un dispositivo de transporte neumático (documento GB 1524345) . Tales sistemas no presentan el problema de escalamiento descrito para montajes que usan un lecho fluidizado estático, y el contacto entre el gas y el sólido se establece a lo largo de toda la altura del reactor en los reactores fluidizados rápidos. El uso conocido de dos reactores de lecho fluidizado rápidos requiere un control de regulación de la posición de los sólidos en el sistema, y, además, el sólido tiene que descargarse y separarse al menos dos veces en el transcurso de un ciclo, poniendo las partículas a una mayor tensión mecánica.

La presente invención tiene el objeto de superar las desventajas de los sistemas conocidos y especialmente de proporcionar un sistema de reactor de lecho fluidizado que consista en al menos dos reactores de lecho fluidizado circulante en los que el transporte de sólidos de los reactores individuales puede ajustarse de forma independiente. Por lo tanto, el contacto entre el gas y el sólido puede... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de reactores de lecho fluidizado que consiste en al menos dos reactores de lecho fluidizado, que comprende al menos un reactor principal (1) en forma de lecho fluidizado circulante y al menos un reactor secundario (2) en forma de un lecho fluidizado circulante, constituyendo dichos reactores dos espacios llenos de gases separados para realizar reacciones químicas y estando conectados entre sí por una corriente circulante de materias sólidas, así como un conducto de partículas que comprende un separador de partículas y sirve para transportar partículas del lecho fluidizado procedentes del reactor principal (1) al reactor secundario (2) , caracterizado porque el reactor principal (1) y el reactor secundario (2) están conectados de forma hidráulica a través de un conducto de partículas fluidizadas (10) en sus mitades inferiores.

2. El sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de partículas que comprende un separador de partículas y sirve para transportar partículas del lecho fluidizado del reactor principal (1) al reactor secundario (2) recicla una parte de la corriente de partículas directamente en el reactor principal (1) usando un dispositivo apropiado para dividir la corriente de partículas.

3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el reactor secundario (2) comprende un bucle de retorno de partículas que recicla las partículas del lecho fluidizado del reactor secundario (2) en cualquier reactor de lecho fluidizado o, cuando se usa un dispositivo apropiado para dividir la corriente de partículas, en varios reactores de lecho fluidizado.

4. El sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el conducto (10) conecta el fondo del reactor secundario (2) con el fondo del reactor principal (1) .

5. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el conducto (10) desemboca en el reactor principal (1) en o por encima del nivel de una entrada de fluido inferior (3) , reemplazando opcionalmente la fluidificación de dicho conducto (10) dicha entrada de fluido inferior (3) .

6. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el conducto (10) comprende un medio de fluidización de partículas de gas inerte (15) .

7. El sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho medio de fluidización de partículas de gas inerte

(15) es un medio de fluidización de partículas de vapor de agua.

8. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el sistema comprende un reactor secundario adicional (23) , en el que un conducto de partículas de al menos un reactor secundario (2) desemboca en dicho reactor secundario adicional (23) , o el conducto de partículas del reactor principal (1) con respecto al reactor secundario (2) desemboca adicionalmente, al menos parcialmente, en dicho reactor secundario adicional (23) .

9. El sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el bucle de retorno de partículas del reactor secundario (2) , o el conducto de partículas del reactor principal (1) con respecto al reactor secundario (2) comprende un divisor de la corriente de partículas (24) .

10. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el bucle de retorno de partículas (12, 9, 13, 11) y/o el conducto de partículas (10) presenta o presentan un intercambiador de calor (22) .

11. Un procedimiento para transportar partículas a través de un sistema de reactores de lecho fluidizado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se transportan partículas sólidas a través de un lecho fluidizado en el reactor principal (1) y a través de un lecho fluidizado en el reactor secundario (2) y se reciclan, al menos parcialmente, del reactor secundario (2) a la mitad inferior del reactor principal (1) .

12. El procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque aplicando una diferencia de presión entre el reactor principal (1) y el reactor secundario (2) , las partículas se desplazan hacia el reactor sobre el que se aplica una presión inferior, lo que da como resultado una mayor cantidad de partículas que se descargan de este reactor, mientras que, al mismo tiempo, se reduce la cantidad de partículas descargadas del otro reactor.

13. El procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la circulación total de partículas entre el reactor principal (1) y el reactor secundario (2) se reduce mediante el aumento de la resistencia del flujo en el conducto (10) .