Gasificación catalítica.

Un gasificador (1) para la gasificacion de biomasa y residuos para producir un efluente combustible,

que comprende:

a) una valvula (22) de combustible, para cargar combustible sólido (11) en una primera zona de oxidación (8);

b) una primera garganta (2), que define el borde inferior de la primera zona de oxidación (8);

c) una segunda garganta (4), que define el borde inferior de una segunda zona de oxidación (14);

d) una zona de reduccion (5), que une la primera zona de oxidación (8) con la segunda zona de oxidación (14); y

e) dos tubos vorticiales de descarga (18), situados opuestamente (en la zona de reduccion), para el efluente combustible;

en donde el flujo de gas en la primera zona de oxidación tiene lugar en la misma dirección que el flujo de combustible, y el flujo de gas en la segunda zona de oxidaciOn tiene lugar en dirección opuesta al flujo de combustible,

y que se caracteriza por que debajo de la zona de reducción (5) esta situada una zona (3) con un catalizador

microporoso, en forma de camisa (3) perforada para catalisis, que une la primera zona de oxidación (8) con los tubos de descarga (18).

Gasificacion catalitica

Descripción detallada de la invencion

La presente invenciOn se refiere a un gasificador, y a un metodo de operación del gasificador, para producir un efluente combustible.

Los gasificadores se usan en la gasificacion de biomasa, combustibles fOsiles y residuos, ya sea por separado o mezclados conjuntamente, para producir una variedad de gases combustibles que se pueden usar para generar energia, por ejemplo, mediante el uso de motores de combustion interna de gas, turbinas de gas, motores diesel de combustible dual y celulas de combustible.

Elinteres del uso de gasificadores para el tratamiento de productos residuales es cada vez mayor debido al aumento del coste de la eliminaciOn de residuos mediante metodos convencionales, tales como la incineraciOn o el depOsito en vertederos, impulsado por las preocupaciones medioambientales asociadas con estos metodos.

Tipicamente, los gasificadores convencionales operan en el modo por lotes, en donde la formaciOn de escoria y carbonilla, asi como la formaciOn de puentes, crea un gas intermitente y un flujo de combustible que, a su vez, se asocia con un gas producto con alto contenido de alquitran. Por otra parte, la carbonilla formada durante el procedimiento de gasificacion no se puede descargar eficazmente, debido a las relativamente altas temperaturas locales en la zona de oxidaciOn. La gasificaciOn de combustibles con un alto contenido de cenizas puede conducir a la descarga en el gasificador de residuos con alto contenido de carbono, que luego pueden ser dificiles de eliminar. A consecuencia de estas dificultades, los gasificadores convencionales se operan hasta que haya tenido lugar la

gasificación complete del combustible, y luego se paran con el fin de eliminar manualmente la escoria y la carbonilla formadas en las regiones de alta temperatura del gasificador, junto con las cenizas con alto contenido en carbono.

Un problenna adicional proviene de la operaciOn por lotes de los gasificadores, por que las condiciones de operaciOn indeseables se producen durante la fase de arranque, y si el gasificador opera a bajas temperaturas (lt;850°C) durante su uso normal, el contenido de alquitran del gas producto puede aumentar. El alquitran del gas producto se

deposita en las partes internas del dispositivo de combustión usado para quemar el gas producto, bloqueando el dispositivo y requiriendo su limpieza. Los dispositivos actuales de producciOn de energia y calor, que normalmente estan incorporados en los gasificadores, no son adecuados para la utilizaciOn de un gas producto cargado de alquitran y humedad.

En la presente invenciOn se ha descubierto que muchas de las dificultades de los gasificadores conocidos se deben

aque el gasificador tiene dos zonas de oxidacion, en donde el flujo de gas en la primera zona tiene lugar en direccion descendente (en la misma dirección que el flujo de combustible) , y en la segunda zona, debajo de la primera zona, el flujo de gas tiene lugar en direccion ascendente (en direccion opuesta al flujo de combustible) . A un dispositivo tal se le puede Ilamar quot;gasificador de corriente descendente-ascendentequot;, para reflejar la combinacion del flujo de gas descendente y ascendente.

Por consiguiente, un primer aspecto de la presente invenciOn proporciona un gasificador para la gasificaciOn de un combustible sOlido para producir un efluente combustible, que comprende una valvula de combustible para cargar el combustible sOlido en la primera zona de oxidacion, una primera garganta que define el borde inferior de la primera zona de oxidacion, una segunda garganta que define el borde inferior de la segunda zona de oxidaciOn, unas admisiones de aire para ambas zonas de oxidación, una zona de reduccion que une la primera zona de oxidacion

con la segunda zona de oxidaciOn, y dos tubos vorticiales de descarga situados opuestamente (en la zona de reduccion) para el efluente combustible, en donde en la primera zona de oxidacion el flujo de gas tiene lugar en la misma direccion que el flujo de combustible y en la segunda zona de oxidación el flujo de gas tiene lugar en direcciOn opuesta al flujo de combustible, y estando caracterizado por que debajo de la zona de reducciOn este situada una zona con un catalizador microporoso, en forma de camisa perforada para catalisis, que une la primera

zona de oxidaciOn con los tubos de descarga.

En una ventaja particular, el gasificador es adecuado para una operaciOn continua y el metodo es un metodo de operaciOn continuo capaz de operar durante periodos prolongados, sin necesidad de parar para eliminar la escoria y la carbonilla. Esto se debe a que tiene lugar un alto grado de gasificacion, debido en parte a la uniformidad de la gasificación y tambien a la capacidad de eliminar las cenizas y la escoria de la base del gasificador durante la

operacion. Una ventaja adicional es la minimizacion de las horas de operacion en el nnodo de arranque, modo en el que tiende a aumentar el contenido de alquitran en el gas producto.

En el gasificador de la invencion, la primera zona de oxidaciOn opera preferiblemente a una temperatura de al menos 1.000°C, mientras que la zona de reducción opera a una temperatura entre 600 y 900°C, mas preferiblemente a aproximadamente 850°C, y la segunda zona de oxidacion opera a una temperatura entre 700 y 800°C, mas

preferiblemente a aproximadamente 750°C. Esto asegura la uniformidad de la gasificacion.

Se prefiere que el gasificador de la invencion comprenda, ademas, una zona de pirolisis por encima de la primera zona de oxidacion, y una zona de almacenamiento de combustible por encima de la zona de pirOlisis. En el uso de un gasificador tal, en un metodo preferido del segundo aspecto de la invenciOn, el combustible se seca en la zona de almacenamiento de combustible y se piroliza en la zona de pirolisis, para producir un material carbonoso pirolizado

(quot;charcoalquot;, en ingles) que luego se oxida parcialmente, se reduce y se oxida aun mas. La zona de almacenamiento y/o secado de combustible preferiblemente opera a una temperatura entre 80 y 120°C, y mas preferiblemente a aproximadamente 100°C. La zona de pirolisis opera preferiblemente a una temperatura entre 500 y 700°C, mas preferiblemente a aproximadamente 600°C. El calor necesario para mantener estas temperaturas procede de la prinnera zona de oxidación.

Preferiblemente, la zona de almacenamiento de combustible comprende una tolva que tiene una valvula de carga y que conduce a una parrilla por encima de la primera zona de oxidaciOn.

La camisa perforada permite que el gas efluente, producido en el procedimiento de gasificaciOn, se limpie y elimine eficazmente, reduciendo su trayectoria a traves de la segunda zona de oxidaciOn.

El gasificador del primer aspect° de la invenciOn comprende ademas, preferiblemente, unos medios incorporados al

tubo de descarga para mantener el gasificador por debajo de la presiOn atmosferica, de modo que el aire se aspira al gasificador a traves de unas entradas de aire apropiadas. La operaciOn del gasificador por debajo de la presiOn atmosferica proporciona un mecanismo a prueba de fallos, de tal modo que, en el caso de que fallen los medios para mantener la presión reducida, los procesos de combustión en el gasificador se detienen bruscamente debido a la falta de oxigeno, evitando una peligrosa acumulacion de gases product°.

Las entradas de aire al gasificador se mantienen con succión negativa por medio de las tuberias principales de entrada de aire. El aire aspirado se retira de forma continua por los conductos anulares que estan situados en el circulo exterior de las zonas de oxidaciOn. Los conductos anulares proporcionan el aire a precalentar, antes de su inyeccion a las zonas de reacción a traves de unas boquillas de entrada de aire montadas en la superficie interna de las gargantas inclinadas. Por lo tanto, el aire precalentado tambien tiene un efecto refrigerante para las superficies

metalicas del gasificador a nivel de las gargantas.

En el gasificador de la presente invencion, la cuantia de la oxidacion secundaria en la segunda zona de oxidaciOn se controla mediante la cantidad de aire admitido por la valvula de admisión de aire secundario.

Un gasificador tal se puede usar para gasificar combustibles solidos, incluidos biomasa, combustibles fOsiles, residuos o combinaciones de los misnnos, para producir un efluente combustible. El quot;combustible solidoquot; puede contener liquidos arrastrados (tales como humedad, aceite, lodos de aceite) dentro de los poros intra o interparticula de las particulas de combustible solid°.

Por consiguiente, un segundo aspecto... [Seguir leyendo]

1. Un gasificador (1) para la gasificacion de biomasa y residuos para producir un efluente combustible, que comprende:

a) una valvula (22) de combustible, para cargar combustible sOlido (11) en una primera zona de oxidación (8) ;

b) una primera garganta (2) , que define el borde inferior de la primera zona de oxidación (8) ;

c) una segunda garganta (4) , que define el borde inferior de una segunda zona de oxidaciOn (14) ;

d) una zona de reduccion (5) , que une la primera zona de oxidación (8) con la segunda zona de oxidacion (14) ; y

e) dos tubos vorticiales de descarga (18) , situados opuestamente (en la zona de reduccion) , para el efluente combustible;

en donde el flujo de gas en la primera zona de oxidación tiene lugar en la misma direccion que el flujo de combustible, y el flujo de gas en la segunda zona de oxidaciOn tiene lugar en dirección opuesta al flujo de combustible,

y que se caracteriza por que debajo de la zona de reducción (5) esta situada una zona (3) con un catalizador microporoso, en forma de camisa (3) perforada para catalisis, que une la primera zona de oxidación (8) con los tubos de descarga (18) .

2. Un gasificador (1) segiin la reivindicacion 1, que comprende ademas una zona de pirOlisis (7) por encima de la primera zona de oxidacion (8) , y una zona (6) de almacenamiento y secado de combustible por encima de la zona de pirolisis (7) .

3. Un gasificador (1) segiin las reivindicaciones 1 6 2, que comprende ademas unas toberas de distribución de aire (12, 17) para proporcionar aire a la primera y segunda zonas de oxidaciOn, en donde dichas toberas se proporcionan en la primera garganta (2) , la mitad superior de la zona de reducciOn (5) y la segunda garganta (4) .

4. Un gasificador (1) segijn cualquiera de la reivindicaciones 1 a 3, que comprende adernas un conjunto central de toberas de aire (24) por encima de la primera zona de oxidación (8) para suministrar aire a la primera zona de oxidación (8) .

5. Un gasificador segOn cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adernas un mecanismo de descarga sin parrilla (19) debajo de la segunda zona de oxidaciOn (14) .

6. Un gasificador segiin la reivindicaciOn 5, en donde el mecanismo de descarga sin parrilla comprende un transportador de tornillo sin fin (19) .

7. Un gasificador segt:in cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la primera y/o la segunda garganta (2, 4) estan inclinadas un angulo (10, 16) entre 10 y 40° respecto al eje horizontal.

8. Un gasificador (1) segiin cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la primera garganta (2) y la segunda garganta (4) estan situadas simetricamente una con respecto a la otra.

9. Un gasificador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas unos medios

incorporados a los tubos de descarga (18) a fin de mantener la presiOn en el gasificador (1) por debajo de la presion atmosferica.

10. Un gasificador (1) segiln cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el area de la semi transversal de la primera y segunda zonas de oxidacion (8, 14) es mas pequefia que la de las zonas de almacenamiento de combustible (6) y pirolisis (7) .

11. Un gasificador (1) segun la reivindicacion 10, en donde el area de la semi& transversal de la zona de reduccion

(5) es menor que la de la primera y segunda zonas de oxidaciOn (8, 14) .

12. Un metodo para la gasificación de combustible sOlido para producir un efluente combustible, que usa un gasificador como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las etapas de:

1) oxidar parcialmente un combustible de biomasa en la primera zona de oxidaciOn (8) para producir un materialpirolizado;

2) reducir el material pirolizado en la zona de reducciOn (5) para formar cenizas;

3) oxidar aim mas cualquier residuo en las cenizas de material pirolizado, en la segunda zona de oxidaciOn (14) ;

4) extraer el efluente combustible producido en las etapas anteriores, mediante el tubo de descarga (18) ;

en donde el flujo de gas en la primera zona de oxidaciOn tiene lugar en la misma direcciOn que el flujo de combustible, y el flujo de gas en la segunda zona de oxidaciOn tiene lugar en dirección opuesta a la del flujo de combustible,

13. Un metodo segiin la reivindicaciOn 12, en donde la extracciOn se realiza a traves de un catalizador microporoso (3) , preferiblemente en forma de camisa (3) perforada para catalisis.

14. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 12 6 13, en donde la primera zona de oxidación opera a una temperatura mayor que 850°C, preferiblemente al menos 1.000°C.

15. Un metodo segim cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende hacer pasar a traves del catalizador (3) los gases de combustiOn de la primera zona de oxidación, para producir un gas sin alquitran.

16. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en donde la temperatura de la primera zona de combustiOn se controla mediante la regulacion de la admisiOn de aire (9) .

17. Un metodo segan cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en donde la zona de reducción opera a una temperatura entre 600 y 900°C.