Dispositivo destinado en particular a una conversión termoquímica.

Dispositivo que comprende un reactor (1A, 1'A) de lecho fluidizado rápido que comprende una solera inferior (1E,

1'E), un primer separador asociado (1B, 1'B) y un conducto de transferencia (1C, 1'C) de los sólidos en la salida de este separador (1B, 1'B), comprendiendo este conducto (1C, 1'C) un primer sifón (1D, 1'D) de estanqueidad a los gases, dispositivo caracterizado por que dicho conducto de transferencia (1C, 1'C) es de sección transversal sustancialmente igual a la del reactor asociado (1A, 1'A) y a la sección transversal máxima del separador asociado (1B, 1'B).

Dispositivo destinado en particular a una conversión termoquímica La invención se refiere a un dispositivo compacto destinado en particular a una conversión termoquímica en bucle continuo de circulación de sólidos.

Para capturar y después almacenar las emisiones de dióxido de carbono de las instalaciones de producción de energía que utilizan unos combustibles sólidos de origen fósil o no fósil, tales como las biomasas, los desarrollos tecnológicos han llevado a múltiples vías que pretenden en particular eliminar el nitrógeno del aire a la entrada de la instalación utilizando oxígeno producido por una unidad criogénica de separación de aire, por ejemplo para la precaptura de dióxido de carbono por gasificación previa de los combustibles o por oxicombustión con oxígeno casi puro mezclado con humos reciclados de dióxido de carbono y vapor de agua. La producción de oxígeno constituye el obstáculo tecnológico y económico de estos sectores, que puede ser salvado mediante la integración directa de esta producción de oxígeno en el proceso de combustión por conversión termoquímica.

Las conversiones termoquímicas de transporte de oxígeno que utilizan unos óxidos metálicos para la producción de dióxido de carbono puro a partir de combustibles fósiles se remontan a los años 50 y utilizaban unos lechos fluidizados densos interconectados. Después apareció la utilización de las mismas técnicas para una finalidad diferente a alcanzar, que es la de la combustión de combustibles fósiles para la producción de electricidad con captura integrada de dióxido de carbono, utilizando unos lechos fluidizados circulantes en lugar de unos lechos fluidizados densos. Los sólidos circulantes son unos sólidos portadores de oxígeno.

Las conversiones termoquímicas por gasificación con vapor o pirólisis ultrarrápida de combustibles reactivos, tales como unas biomasas, unos esquistos bituminosos o arenas bituminosas destinados a producir unos carburantes de síntesis o gas natural de síntesis, utilizan también unos reactores de lecho fluidizado interconectados, de tipo lecho fluidizado circulante y lecho fluidizado denso. Los sólidos circulantes son entonces unos sólidos inertes, tales como arenas, arcillas o alúminas, o unos sólidos que actúan como catalizadores o craqueadores de alquitrán, por ejemplo el olivino, a fin de reducir los contenidos en alquitrán en los gases producidos.

Después, apareció que la utilización de lechos fluidizados rápidos en lugar de de lechos fluidizados circulantes es solamente adecuado para proporcionar los flujos de partículas sólidas portadoras de oxígeno a fin de asegurar una combustión completa y no una oxidación parcial de los combustibles.

La configuración generalmente adoptada para las conversiones termoquímicas de tipo combustión, gasificación, pirólisis, es la de dos bucles de lecho fluidizado circulante interconectados para la circulación de partículas sólidas circulantes con, para cada uno de los bucles, un reactor, un separador ciclónico asociado, un conducto de retorno con un sifón y eventualmente una barrera de azufre y de carbono. Tal instalación presenta una cierta complejidad y aumenta los costes de inversión y de mantenimiento.

En un contexto de despliegue mundial de esta tecnología de conversiones termoquímicas, a fin de poder satisfacer las necesidades en pequeñas potencias para uso industrial de menos de 100 MWe, en particular en los países emergentes, es importante simplificar al máximo la configuración y la construcción para rebajar los costes y los plazos de realización.

Por otra parte, en un contexto de puesta en presión de las conversiones termoquímicas, para adaptarlas a procedimientos posteriores del tratamiento y de utilización de los gases, en turbina de gas por ejemplo, o bien en un contexto de producción de hidrógeno industrial, es importante simplificar al máximo la configuración y la construcción para reducir el volumen global.

Finalmente, la coquefacción directa entre 350 y 800ºC de las arenas bituminosas por vía seca y la coquefaccción directa de los esquistos bituminosos, técnica que permite separar los aceites y el sustrato sólido, exige poner en contacto estos combustibles a convertir con unos sólidos reciclados que desempeñan el papel de termoportador, en relaciones hasta ahora desconocidas industrialmente de 35 a 40 entre los sólidos reciclados y los combustibles a convertir.

El documento US 2009/0072538 A1 muestra un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento de patente WO 2009/021258 describe un sistema de reactor de lecho fluidizado que comprende dos reactores de lecho fluidizado circulante y una línea de partículas que comprende un separador de partículas conectado al primer reactor y equipado de un conducto de transporte de las partículas del primer reactor hacia el segundo reactor. El segundo reactor está también equipado de un separador de partículas provisto de un conducto de retorno hacia el segundo reactor.

Estos dos conductos son de sección transversal sustancialmente igual a la sección transversal de salida de los separadores ciclónicos y por lo tanto de sección transversal muy inferior a la de los separadores ciclónicos o de los

reactores.

La fabricación de tal sistema necesita por lo tanto el uso, la gestión y el almacenamiento de numerosas fundas de sección transversal diferente, lo que hace su fabricación relativamente pesada, compleja y costosa.

El objeto de la invención es buscar la compacidad máxima de tal sistema, preferentemente de conversión termoquímica, y reducir los costes de inversión, haciéndole al mismo tiempo capaz de asegurar unas funciones de conversión completa de combustibles sólidos de origen fósil o no fósil en el caso de una combustión y en el caso de una oxidación parcial.

En particular, la invención se refiere a una configuración tecnológica extremadamente simplificada y de bajo coste, capaz de aceptar unos combustibles de cualquier naturaleza, líquidos, gaseosos, sólidos o pastosos. Esto se aplica particularmente a las biomasas agrícolas, forestales y marinas, a la turba, a los lignitos, a los esquistos bituminosos, a las arenas bituminosas, a los carbones sub-bituminosos y a los residuos petrolíferos, a los gases procedentes de metanización, a los gases letales procedentes de explotación petrolífera y gasífera muy ricos en CO2 y finalmente a los residuos urbanos sólidos y lodos. Estas unidades deben permitir la circulación intensiva de los sólidos, tales como unos sólidos inertes o unos óxidos portadores de oxígeno, su separación con unos gases, el control de los tiempos de estancia de los sólidos en los reactores, y finalmente la estanqueidad a los pasos de gases entre dos reactores para minimizar las entradas de gas parásito entre los dos reactores.

Para ello, la invención propone un dispositivo que comprende un reactor de lecho fluidizado rápido que comprende una solera inferior, un primer separador asociado y un conducto de transferencia de los sólidos en la salida de este separador, comprendiendo este conducto un primer sifón de estanqueidad a los gases, dispositivo caracterizado por que dicho conducto de transferencia es de sección transversal sustancialmente igual a la del reactor asociado y a la sección transversal máxima del separador asociado.

Según un modo de realización preferido, el dispositivo comprende un primer reactor de lecho fluidizado rápido que comprende una solera inferior, un primer separador asociado y un conducto de transferencia de los sólidos en la salida de este separador hacia un segundo reactor que comprende una solera inferior, comprendiendo este conducto un primer sifón de estanqueidad a los gases del cual un primer conducto ascendente de salida desemboca en dicho segundo reactor, estando dicho segundo reactor conectado a un segundo separador asociado conectado a un segundo conducto de transferencia de las partículas que comprende un segundo sifón de estanqueidad a los gases, que comprende un segundo conducto ascendente de salida, y está caracterizado por que al menos uno de dichos conductos de transferencia es de sección transversal interna sustancialmente igual a la del reactor asociado a la sección transversal máxima externa del separador asociado.

Así, se necesita un solo tipo de funda para cada reactor y su conducto de transferencia asociado.

La invención propone así una instalación de configuración simplificada de lecho fluidizado rápido que combina dos reactores integrados en serie para realizar una conversión termoquímica de tipo combustión o gasificación de combustibles con captura de dióxido de carbono.

La invención... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo que comprende un reactor (1A, 1'A) de lecho fluidizado rápido que comprende una solera inferior (1E, 1'E) , un primer separador asociado (1B, 1'B) y un conducto de transferencia (1C, 1'C) de los sólidos en la salida de este separador (1B, 1'B) , comprendiendo este conducto (1C, 1'C) un primer sifón (1D, 1'D) de estanqueidad a los gases, dispositivo caracterizado por que dicho conducto de transferencia (1C, 1'C) es de sección transversal sustancialmente igual a la del reactor asociado (1A, 1'A) y a la sección transversal máxima del separador asociado (1B, 1'B) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende un primer reactor (1A, 1'A) , de lecho fluidizado rápido que comprende una solera inferior (1E, 1'E) , un primer separador asociado (1B, 1'B) y un conducto de transferencia (1C, 1'C) de los sólidos en la salida de este separador (1B, 1'B) hacia un segundo reactor (2A, 2'A) que comprende una solera inferior (2E, 2'E) , comprendiendo este conducto (1C, 1'C) un primer sifón (1D, 1'D) de estanqueidad a los gases de los cuales un primer conducto ascendente (1F, 1'F) de salida desemboca en dicho segundo reactor (2A, 2'A) , estando dicho segundo reactor conectado a un segundo separador asociado (2B, 2'B) conectado a un segundo conducto de transferencia (2C, 2'C) de las partículas que comprende un segundo sifón (2D, 2'D) de estanqueidad a los gases que comprende un segundo conducto ascendente (2F, 2'F) de salida, dispositivo caracterizado por que al menos uno de dichos conductos de transferencia (1C, 1'C, 2C, 2'C) es de sección transversal sustancialmente igual a la del reactor asociado (1A, 1'A, 2A, 2'A) y a la sección transversal máxima del separador asociado (1B, 1'B, 2B, 2'B) .

3. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado por que al menos uno de dichos conductos de transferencia (1C, 1'C, 2C, 2'C) es vertical.

4. Dispositivo según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que dichos separadores (1B, 1'B, 2B, 2'B) son unos separadores ciclónicos coaxiales al conducto de transferencia asociado, de entrada lateral inclinada hacia abajo en un ángulo de 5 a 35º con respecto a un plano horizontal.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que al menos uno de dichos sifones (1D, 1'D, 2D) presenta un fondo inferior dispuesto en el mismo plano que la solera inferior (1E, 1'E, 2E) del reactor asociado.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que dicho segundo conducto de transferencia (2C, 2'C) de las partículas, está destinado a transferir las partículas de dicho segundo reactor (2A, 2'A) hacia dicho primer reactor (1A, 1'A) .

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que los dos dichos conductos de transferencia (1C, 2C) son verticales y los dos dichos conductos ascendentes (1F, 2F) de salida son verticales, y por que el eje central vertical de dicho primer reactor (1A) , el eje central vertical de dicho primer separador asociado (1B) , el eje central vertical de dicho primer conducto ascendente de salida (1F) , el eje central vertical de dicho segundo reactor (2A) , el eje central vertical de dicho segundo separador asociado (2B) y el eje central vertical de dicho segundo conducto ascendente de salida (2F) son los vértices de un hexágono.

8. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado por que dicho hexágono es regular.

9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que comprende un poste central (4) de soporte mecánico de dicho primer reactor (1A) , de dicho primer separador asociado (1B) , de dicho primer conducto ascendente de salida (1F) , de dicho segundo reactor (2A) , de dicho segundo separador asociado (2B) y de dicho segundo conducto ascendente de salida (2F) .

10. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado por que dicho poste (4) comprende un tubo central de enfriamiento (4A) y al menos una capa externa (4B, 4C) conectada a la salida de los gases de al menos uno de dichos separadores (1B, 2B) .

11. Instalación de conversión termoquímica constituida de un dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 10.

12. Instalación según la reivindicación 11, caracterizada por que dicho primer reactor (1A) es un reactor de oxidación de lecho fluidizado rápido, que contiene unas partículas sólidas de reacción termoquímica, y dicho segundo reactor (2A) es un reactor de combustión y de reducción de lecho fluidizado rápido.

13. Instalación según la reivindicación 12, caracterizada por que dicho primer reactor (1A) está fluidizado por aire y dicho segundo reactor (2A) está fluidizado por dióxido de carbono.

14. Instalación según la reivindicación 13, caracterizada por que dicho primer sifón (1D) y dicho segundo sifón (2D) son alimentados de una mezcla de vapor de agua y dióxido de carbono.

15. Instalación según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada por que dicho primer sifón (1D) comprende una alimentación de combustible.

16. Instalación de tratamiento de arenas y/o de esquistos bituminosos constituida de un dispositivo según una de las 5 reivindicaciones 2 a 11.

17. Instalación según la reivindicación 16, caracterizada por que el primer reactor (1'A) es un reactor de pirólisis y de craqueado de las arenas y/o esquistos bituminosos, y el segundo reactor (2'B) es un reactor de combustión del coque separado.

18. Instalación según la reivindicación 17, caracterizada por que dicho primer reactor (1'A) está fluidizado por unos humos que salen del segundo reactor y dicho segundo reactor (2'A) está fluidizado por aire.

19. Instalación según la reivindicación 18, caracterizada por que dicho primer sifón (1'D) y dicho segundo sifón (2'D) 15 son fluidizados por aire.

20. Instalación según una de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizada por que dicho segundo sifón (2'D) comprende una alimentación de arenas y/o de esquistos bituminosos.