Sistema y método de gasificación de un sustrato líquido.

Se presenta un sistema de gasificación de un sustrato líquido que comprende un tanque de gasificación (1),

una tubería de inyección (2) y una boquilla de inyección (3) de un sustrato líquido en el tanque de gasificación (1), para la inyección pulverizada de un sustrato líquido a gasificar en el seno de una corriente de agente gasificante en el interior del tanque de gasificación (1). Se presenta un método de gasificación de un sustrato líquido que comprende introducir una determinada cantidad de sustrato líquido, que comprende partículas de combustible sólido disueltas y/o en suspensión, en el seno de una corriente de agente gasificante caliente; elevar la temperatura del sustrato líquido hasta que se produzca la evaporación de la fracción líquida del sustrato líquido; gasificar las partículas de combustible sólido del sustrato líquido, y; recoger gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

Sistema y método de gasificación de un sustrato líquido Objeto de la invención

La presente divulgación presenta un sistema de gasificación de un combustible formado por un sustrato líquido que comprende una dilución o suspensión de partículas de combustible sólido.

La presente divulgación presenta asimismo un método de gasificación de un combustible formado por dicho sustrato líquido que comprende una dilución o suspensión de partículas de combustible sólido.

Tiene aplicación en la industria dedicada al diseño, fabricación, instalación y operación de sistemas de gasificación de combustibles, destinados a la obtención de combustibles optimizados para su posterior quema en puntos de generación de energía eléctrica, mecánica y/o calorífica.

Problema técnico a resolver y Antecedentes de la invención

La gasificación es un proceso termoquímico que persigue la obtención de un combustible, generalmente un combustible gaseoso, mediante aplicación de un agente gasificante a elevada temperatura a un sustrato carbonoso.

En función del tipo de sustrato utilizado, de la temperatura del proceso en el que tienen lugar las reacciones termoquímicas, y de la naturaleza del agente gasificante empleado, se obtienen como productos gases combustibles cuyas composiciones varían, siendo común encontrar en ellos cantidades variables de monóxido y dióxido de carbono, hidrógeno, metano y otros hidrocarburos.

El gas combustible obtenido mediante el proceso de gasificación es recogido en la parte alta de un gasificador o tanque de gasificación, mediante unas salidas de gas provistas de válvulas y filtros para eliminar sólidos en suspensión que ascienden junto con la corriente gaseosa final, así como para filtrar ciertos gases residuales del proceso o gases que se obtienen como subproductos de dicho proceso.

Uno de los inconvenientes principales que se observan en los actuales procesos de gasificación es la obtención de un subproducto sólido no deseado del proceso de gasificación, resultante de la pirolisis inicial que sufre el parte del sustrato cuando es calentado en un entorno pobre en oxígeno; dicho subproducto se denomina "char" y, si bien se le pueden encontrar otras aplicaciones secundarias, su obtención se considera como un efecto secundario no deseado del proceso de gasificación.

Asimismo, en todo proceso de gasificación, se obtienen como subproductos no deseados determinadas cantidades de alquitrán de composición variable, junto con precipitados de sólidos y cenizas que forman aglomeraciones molestas en el fondo de los gasificadores y que posteriormente hay que retirar y proceder a limpiar el gasificador.

Descripción de la invención

Con el fin de evitar los inconvenientes anteriormente mencionados, relativos a la generación de subproductos no deseados del proceso de gasificación, se presentan un sistema y un método de gasificación que a continuación se describen.

Una característica fundamental del sistema de gasificación que se presenta es que está diseñado para trabajar con un sustrato líquido, en lugar de un sustrato sólido.

Dicho sustrato líquido está formado por una fracción líquida (una sustancia o mezcla líquida) con una cantidad variable de sólidos disueltos o en suspensión, sólidos combustibles con un poder calorífico variable que, mediante el proceso de gasificación, son transformados para su aprovechamiento posterior como combustible gaseoso.

El presente sistema de gasificación emplea preferentemente como sustrato una mezcla líquida como la descrita en la solicitud de Patente Española ES 2457073 A1, del tipo conocido como "BWF" (del inglés, "Biocoal Water Fuel") o "HCS" (del inglés, "Hydro Char Slurry").

Dicha mezcla consiste en un sustrato líquido que comprende una determinada cantidad de partículas de combustible sólido, que se muelen para obtener un tamaño de partícula preferentemente inferior a 200 mieras, y más preferentemente inferior a 100 mieras.

Posteriormente a la molienda en pequeñas partículas del combustible sólido, se mezclan dichas partículas con un líquido, preferiblemente agua, obteniendo con ello una sustancia acuosa con partículas de combustible sólido disueltas o en suspensión.

Según una forma de realización alternativa, las partículas de combustible sólido pueden mezclarse con un líquido diferente al agua, por ejemplo una sustancia o solución orgánica. Las sustancias orgánicas (p.ej. etanol) aportan propiedades específicas al sustrato líquido en cuanto a su punto de ebullición, congelación o ignición, que pueden resultar interesantes en función de las condiciones del proceso de gasificación.

Las mezclas acuosas de combustibles sólidos tienen las ventajas, en términos logísticos, de que permiten ser bombeadas (en contraposición a los combustibles puramente sólidos) además de presentar una reducida o nula inflamabilidad.

El sistema de gasificación de un sustrato líquido que se presenta comprende, según una forma de realización preferente del mismo, un tanque de gasificación que adicionalmente comprende:

medios de bombeo de un sustrato líquido en el tanque de gasificación;

una tubería de inyección, conectada al tanque de gasificación, de inyección de un sustrato líquido en el tanque de gasificación;

una válvula de regulación, posicionada en la tubería de inyección al tanque de gasificación;

una primera entrada de agente gasificante al interior del tanque de gasificación;

- una tubería de conducción de gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

La tubería de inyección desemboca en el tanque de gasificación, en un punto donde la temperatura del agente gasificante es tal que produce la evaporación total o parcial de la fracción liquida del sustrato líquido. Preferentemente, dicha temperatura es sustancialmente igual o superior a 400 °C.

De acuerdo con una realización preferente del sistema de gasificación, la tubería de inyección conecta con el tanque de gasificación en la parte superior de dicho tanque de gasificación, junto al extremo superior de dicho tanque de gasificación.

Asimismo, de acuerdo con una realización preferente del sistema de gasificación, la primera entrada de agente gasificante está localizada en el extremo superior del tanque de gasificación, por encima de la tubería de inyección del sustrato líquido.

La primera entrada de agente gasificante está dispuesta preferentemente en posición vertical, proyectando un chorro de agente gasificante en dirección vertical hacia abajo, al interior del tanque de gasificación.

Según un modo de realización del sistema de gasificación, la primera entrada de agente gasificante comprende un quemador donde se quema, al menos, una parte de los gases que conforman dicho agente gasificante.

Esto es así ya que, en ocasiones, el agente gasificante comprende cierta cantidad de gas combustible, que puede ser el propio gas combustible obtenido como producto del proceso de gasificación del sustrato líquido. Por tanto, puede resultar conveniente, de cara a aumentar la temperatura del sustrato líquido para su posterior gasificación, quemar en el mencionado quemador una parte de los gases que conforman el agente gasificante.

La tubería de inyección, de acuerdo con una forma de realización preferente del sistema de gasificación, pulveriza e inyecta el sustrato líquido en dirección horizontal en el interior del tanque de gasificación.

De acuerdo con una forma de realización del sistema de gasificación, el sistema comprende una segunda entrada de agente gasificante en el interior del tanque de gasificación, situada preferentemente por debajo de la tubería de inyección del sustrato líquido.

El tanque de gasificación comprende un fondo conectado con una tubería de recogida, de circulación tanto del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido, como de residuos sólidos generados durante el proceso de gasificación.

Según una forma de realización preferente del sistema de gasificación de un sustrato líquido, el sistema comprende un dispositivo de separación conectado tanto a la tubería de recogida como a la tubería de conducción del gas combustible, donde dicho dispositivo de separación está conectado, por su parte inferior, con un depósito cenicero.

Dicho dispositivo de separación, que puede comprender un ciclón, ayuda a separar posibles cenizas y/o residuos sólidos que se hayan podido generar durante la gasificación, o que pudiera arrastrar consigo el sustrato líquido, ya desde su entrada en el tanque de gasificación.

Según...

1. Sistema de gasificación de un sustrato líquido que comprende un tanque de gasificación (1), caracterizado por que adicionalmente comprende:

- medios de bombeo de un sustrato líquido en el tanque de gasificación (1), donde dicho sustrato líquido comprende una fracción líquida y partículas de combustible sólido disueltas y/o en suspensión en dicha fracción líquida;

- una tubería de inyección (3), conectada al tanque de gasificación (1), de inyección de un sustrato líquido en el tanque de gasificación (1);

- una válvula de regulación (2), posicionada en la tubería de inyección (3);

- una primera entrada (5) de agente gasificante al interior del tanque de gasificación

(1);

- una tubería de conducción (11) de gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

2. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que la tubería de inyección (3) desemboca en un punto del tanque de gasificación (1) donde la temperatura del agente gasificante es tal que produce la evaporación total o parcial de la fracción líquida del sustrato líquido.

3. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 2, caracterizado por que la temperatura del agente gasificante en el punto donde desemboca la tubería de inyección (3) del sustrato líquido en el tanque de gasificación (1) es sustancialmente igual o superior a 400 °C.

4. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera entrada (5) de agente gasificante comprende un quemador (6) donde se quema, al menos, una parte de los gases que conforman dicho agente gasificante.

5. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una segunda entrada (7) de agente gasificante al interior del tanque de gasificación (1).

6. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que el tanque de gasificación (1) comprende:

- un fondo (8) conectado con una tubería de recogida (9), de circulación tanto del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido, como de residuos sólidos generados durante el proceso de gasificación;

- un dispositivo de separación (10) conectado tanto a la tubería de recogida (9) como a la tubería de conducción (11), donde dicho dispositivo de separación (10) está conectado, por su parte inferior, con un depósito cenicero (12).

7. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 6, caracterizado por que el dispositivo de separación (10) comprende un ciclón.

8. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que la tubería de conducción (11) está conectada con un filtro de gas (13) de separación de gases no deseados y/o residuos sólidos, del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

9. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que la tubería de conducción (11) conecta con un sistema de lavado del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

10. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que la tubería de conducción (11) conecta con un primer intercambiador de calor (17), de aprovechamiento de la energía térmica comprendida en el gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

11. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende al menos una sonda de temperatura (14), situada en el interior del tanque de gasificación (1).

12. Sistema de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende al menos una sonda de medición (15), situada en el interior del tanque de gasificación (1), de medición de la cantidad de oxígeno contenido en el agente gasificante.

13. Método de gasificación de un sustrato líquido caracterizado por que comprende:

- introducir una determinada cantidad de sustrato líquido, que comprende partículas de combustible sólido disueltas y/o en suspensión, en el seno de una corriente de agente gasificante, donde dicho agente gasificante comprende una combinación cualquiera de al menos los siguientes constituyentes:

o aire;

o oxígeno;

o vapor de agua;

o dióxido de carbono;

o gases calientes procedentes de procesos de combustión externos; o gases combustibles;

- elevar la temperatura del sustrato líquido hasta que se produzca la evaporación de la parte líquida del sustrato líquido;

- gasificar las partículas de combustible sólido del sustrato líquido;

- recoger gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

14. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende:

- presurizar el sustrato líquido, previamente a su introducción en el seno de una corriente de agente gasificante, hasta una presión igual o superior a la presión de evaporación, a una determinada temperatura, de la fracción líquida comprendida en el sustrato líquido;

- precalentar el sustrato líquido, previamente a su introducción el seno de una corriente de agente gasificante;

- pulverizar el sustrato líquido en pequeñas gotas de sustrato líquido, inyectándolas en el seno de la corriente de agente gasificante.

15. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende realizar un calentamiento del agente gasificante, donde dicho calentamiento comprende al menos las siguientes etapas:

- una primera etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura sustancialmente igual o superior a 400 °C, previamente a la introducción en el seno del agente gasificante de una determinada cantidad de sustrato líquido;

- una segunda etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura comprendida entre 700 °C y 1.400 C°.

16. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 15, caracterizado por que en la segunda etapa de calentamiento del agente gasificante, dicho agente gasificante se calienta a una temperatura comprendida entre 1.000 °C y 1.200 °C.

17. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende quemar al menos una parte de los constituyentes del agente gasificante previamente a la introducción del sustrato líquido en el seno del agente gasificante.

18. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende separar cenizas y/o residuos sólidos del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

19. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende filtrar el gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

20. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende circular el gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido por un primer intercambiador de calor (17), para aprovechamiento de la energía térmica comprendida en el gas combustible para otros procesos.

21. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende:

- medir la temperatura del agente gasificante durante la gasificación de dicho sustrato líquido, al menos una vez y en al menos un punto de una zona donde se mezclan el agente gasificante y el sustrato líquido.

- regular la temperatura y/o la cantidad de oxígeno comprendida en el agente gasificante en función de la temperatura medida del agente gasificante.

22. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 13, caracterizado por que comprende:

- precalentar agente gasificante (21);

- introducir (22) una corriente de agente gasificante en un tanque de gasificación (1), a través de una primera entrada (5) de agente gasificante;

- presurizar (23) el sustrato líquido a una presión igual o superior a la presión de

vapor de la fracción líquida del sustrato líquido a una temperatura de

precalentamiento del sustrato líquido;

- precalentar un sustrato líquido (24) que comprende partículas de combustible sólido disueltas y/o en suspensión;

- inyectar (25), dentro del tanque de gasificación (1) y a través de una tubería de

inyección (3), el sustrato líquido en el seno de la corriente de agente gasificante,

donde el sustrato líquido es pulverizado en pequeñas gotas que se dispersan en la corriente de agente gasificante;

- regular la temperatura del agente gasificante y la presurización del sustrato líquido para evaporar (26) la fracción líquida del sustrato líquido por efecto de una subida de temperatura y una bajada de presión del sustrato líquido;

- regular la temperatura y la cantidad de oxígeno del agente gasificante, para gasificar (27) las partículas de combustible sólido del sustrato líquido mediante reacción termoquímica con el agente gasificante;

- recoger, en una tubería de recogida (9) conectada a un fondo (8) del tanque de gasificación (1), gas combustible producto de la gasificación del sustrato líquido, junto con cenizas y/o residuos sólidos;

- separar (28), en un dispositivo de separación (10), cenizas y/o residuos sólidos del gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido;

- circular (29) el gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido, por un primer intercambiador de calor (17), de aprovechamiento de la energía térmica del gas combustible.

23. Método de gasificación de un sustrato líquido según la reivindicación 22, caracterizado por que comprende introducir agente gasificante en el tanque de gasificación (1), a través de una segunda entrada (7) de agente gasificante, situada por debajo de la boquilla de inyección (3).