MX2009000701A

MX2009000701A - Metodo y aparato para hidro-gasificacion de vapor en un reactor de lecho fluidizado.

Info

Publication number: MX2009000701A
Application number: MX2009000701A
Authority: MX
Inventors: Chan Seung Park; Joseph M Norbeck; Surinder P Singh
Original assignee: Univ California
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-01-30
Also published as: BRPI0711673A2; AR061921A1; TW200815582A; CA2657786A1; JP2009543934A; EP2043982A1; EP2043982A4; CN101489962A; AU2007275758A1; US20080021120A1; WO2008011000A1

Abstract

Se describe un método y aparato para convertir el material carbonoso en una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano al calentar el material carbonoso en un reactor de lecho fluidizado utilizando hidrógeno, como el medio de fluidización, y utilizando vapor, bajo condiciones reductoras a una temperatura y presión suficientes para generar una corriente de gas en monóxido de carbono y metano pero a una temperatura suficientemente baja y/o a una presión suficientemente elevada para permitir que el material carbonoso pueda fluidizarse mediante el hidrógeno; en las modalidades particulares, el material carbonoso se alimenta como una alimentación de suspensión, junto con hidrógeno, a un reactor tipo horno antes de alimentarse al reactor de lecho fluidizado; se proporciona un aparato que comprende un reactor tipo horno, una bomba de suspensión conectada a una entrada del reactor tipo horno, medios para conectar una fuente de hidrógeno a una entrada del reactor tipo horno, un reactor de lecho fluidizado conectado para recibir la salida del reactor tipo horno para procesar en una zona de fluidización, y una fuente de vapor y una fuente de hidrógeno conectadas a un rector de lecho fluidizado por debajo de la zona de fluidización; opcionalmente, puede proporcionarse un triturador en el reactor tipo horno.

Description

METODO Y APARATO PARA HIDRO-GASIFICACION DE VAPOR EN UN REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una continuación en parte de, y reclama el beneficio de la Solicitud de Patente con Número de Serie 1 1/489,353 presentada el 18 de Julio del 2006.

CAMPO DE LA INVENCION El campo de la invención es la síntesis de combustible de transporte a partir de materiales de abastecimiento carbonosos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Existe la necesidad de identificar nuevas fuentes de energía química y métodos para su conversión en combustibles de transporte alternativos, impulsadas por muchas preocupaciones que incluyen temas ambientales, de salud, seguridad, y la escasez futura inevitable de suministros de combustible a base de petróleo. El número de vehículos alimentados de combustible con motor de combustión interna a nivel mundial continúa creciendo, particularmente en la gama intermedia de países en vías de desarrollo. El parque automotor mundial fuera de Estados Unidos, que utiliza principalmente combustible diesel, se encuentra creciendo más rápido que en el interior de Estados Unidos. Esta situación puede cambiar mientras más vehículos que aprovechan el uso de combustible, utilizando tecnologías de motor híbrido y/o diesel, se introduzcan para reducir tanto el consumo de combustible como las emisiones totales. Ya que los recursos para la producción de combustibles a base de petróleo se están agotando, la dependencia del petróleo será un problema mayor a menos que se desarrollen combustibles alternativos sin petróleo, en particular combustibles diesel sintéticos de combustión limpia. Además, la combustión normal de combustibles a base de petróleo en motores convencionales puede provocar contaminación ambiental seria a menos que se utilicen métodos estrictos de control de emisión de escape. Un combustible diesel sintético de combustión limpia puede ayudar a reducir las emisiones de motores diesel. La producción de combustibles de transporte de combustión limpia requiere la reformulación de combustibles a base de petróleo existentes o el descubrimiento de nuevos métodos para producción de energía o síntesis de combustible a partir de materiales no utilizados. Existen muchas fuentes disponibles, derivadas de materiales carbonosos de desecho u orgánicos renovables. El uso de desechos carbonosos para producir combustibles sintéticos es un método económicamente viable ya que el material de abastecimiento de entrada ya se considera de poco valor, se descarga como desecho, y su eliminación con frecuencia contamina.

Los combustibles de transporte líquidos tienen ventajas inherentes sobre los combustibles gaseosos, que tienen densidades de energía superiores que los combustibles gaseosos a la misma presión y temperatura. Los combustibles líquidos pueden almacenarse a presiones bajas o atmosféricas mientras que para lograr densidades de energía de combustible líquido, un combustible gaseoso debe ser almacenado en un tanque en un vehículo a altas presiones lo cual puede ser una preocupación de seguridad en el caso de derrames o ruptura repentina. La distribución de combustibles líquidos es mucho más fácil que los combustibles gaseosos, utilizando simples bombas y tuberías. La infraestructura de alimentación de combustible líquido del sector de transporte existente asegura una integración fácil en el mercado existente de cualquier producción de combustibles de transporte líquido sintético de combustión limpia. La disponibilidad de combustibles de transporte líquido de combustión limpia es una prioridad nacional. La producción de gas de síntesis (que es una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono) limpiamente y eficientemente de fuentes carbonosas, que pueden someterse a un procedimiento tipo Fischer-Tropsch para producir gasolina sintética limpia y valiosa y combustibles diesel, beneficiará al sector de transporte y la salud de la sociedad. Un procedimiento tipo Fischer-Tropsch o reactor, que se define en la presente por incluir respectivamente un procedimiento Fischer-Tropsch o reactor, es cualquier procedimiento o reactor que utiliza gas de síntesis para producir un combustible líquido. De igual manera, un combustible líquido tipo Fischer-Tropsch es un combustible producido mediante dicho procedimiento o reactor. Dicho procedimiento permite la aplicación de métodos actuales de tratamiento posterior de escape de motor con tecnología de punta para reducción de NOx, remoción de partículas tóxicas presentes en el escape del motor diesel, y la reducción de contaminantes de productos de combustión normales, que se logra actualmente por catalizadores que se envenenan rápidamente por cualquier azufre presente, como es el caso de materiales ordinarios de combustible diesel derivado de petróleo, que reduce la eficiencia del catalizador. Típicamente, los combustibles líquidos tipo Fischer-Tropsch producidos a partir de gas de síntesis derivado de biomasa, se encuentran libres de azufre, libres de aroma, y en el caso de combustible diesel sintético tienen un valor de cetano ultra elevado. El material de biomasa es el material de abastecimiento de desecho carbonoso comúnmente más procesado utilizado para producir combustibles renovables. Plástico de desecho, caucho, estiércol, residuos de cultivos, recortes de terrenos boscosos, de árboles y de pasto y biosólidos del tratamiento de aguas residuales (drenaje) también son candidatos de materiales de abastecimiento para procedimientos de conversión. Los materiales de abastecimiento de biomasa pueden convertirse para producir electricidad, calor, químicos valiosos o combustibles. California supera a la nación en el uso y desarrollo de varias tecnologías de utilización de biomasa. Cada año en California, más de 45 millones de toneladas desecho sólido municipal es desechado para tratamiento por las instalaciones de manejo de desecho. Aproximadamente la mitad de este desecho termina en basureros. Por ejemplo, solamente en el condado de Riverside, área de California, se estima que aproximadamente 4000 toneladas de madera de desecho se desecha por día. De acuerdo con otros estimados, más de 100,000 toneladas de biomasa por día se vacían en basureros en el área de recolección del condado de Riverside. Este desecho comprende aproximadamente 30% del papel o cartón de desecho, 40% de desecho orgánico (verduras y alimentos) y 30% de combinaciones de madera, papel, plástico y desechos de metal. Los componentes carbonosos de este material de desecho tienen energía química que puede utilizarse para reducir la necesidad de otras fuentes de energía si se pueden convertir en un combustible de combustión limpia. Esas fuentes de desecho de material carbonoso no son las únicas fuentes disponibles. Aunque muchos materiales de desecho carbonosos existentes, tal como papel, pueden clasificarse, utilizarse y reciclarse, para otros materiales, el productor de desecho no necesita pagar una cuota de vaciado, si el desecho no se entrega directamente a una instalación de conversión. Una cuota de vaciado, en la actualidad $30-$35 por tonelada, generalmente se carga por la agencia de manejo de desechos para compensar los costos de eliminación. Como consecuencia, no sólo los costos de eliminación pueden reducirse al transportar el desecho a plantas de procesamiento de desecho a combustible sintético, sino un desecho adicional puede hacerse disponible debido al costo reducido de eliminación.

La quema de madera en un horno de madera es un ejemplo simple del uso de biomasa para producir energía térmica. Lamentablemente, la quema abierta del desecho de biomasa para obtener energía y calor no es un método limpio y eficiente para utilizar el valor calorífico. En la actualidad, se han descubierto muchas nuevas formas de utilizar desecho carbonoso. Por ejemplo, una manera es producir combustibles de transporte líquidos sintéticos, y otra manera es producir gas energético para conversión en electricidad. El uso de combustibles de fuentes de biomasa renovables puede disminuir realmente la acumulación neta de gases de efecto invernadero, tal como dióxido de carbono, mientras proporciona energía limpia y eficiente para transporte. Uno de los beneficios principales de la co-producción de combustibles líquidos sintéticos de fuentes de biomasa es que puede proporcionar combustible de transporte almacenable mientras reduce los efectos de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global. En el futuro, estos procedimientos de co-producción pueden proporcionar combustibles de combustión limpia para economía de combustible renovable que puede sostenerse continuamente. Existe un número de procedimientos para convertir la hulla, biomasa y otros materiales carbonosos en combustibles de transporte de combustión limpia, pero tienden a ser demasiado costosos para competir en el mercado con combustibles a base de petróleo o producen combustibles volátiles, tal como metanol y etanol que tienen valores de presión de vapor demasiado elevados para utilizarse en áreas de contaminación elevada, tal como la cuenca de aire del sur de California, sin exención legislativa de reglamentos de aire limpio. Un ejemplo del último procedimiento es el procedimiento de Hynol Methanol, que utiliza hidro-gasificación y reactores reformadores de vapor para sintetizar metanol utilizando una co-alimentación de materiales carbonosos sólidos y gas natural, y que tiene una eficiencia de conversión de carbono demostrada de >85% en demostraciones a escala de laboratorio. Numerosos estudios de gasificación han demostrado que la oxidación parcial (POX) de hulla puede producir gases energéticos. El gas de síntesis producido se utiliza como combustible para generar electricidad en procedimientos de IGCC o se utiliza como un material de abastecimiento para producir combustibles líquidos en un procedimiento de gas a líquidos (GTL). El procedimiento de oxidación parcial generalmente requiere una planta de generación de oxígeno, que requiere un alto capital y costo de operación. Otro procedimiento se desarrolló a principios de los años 30 en donde una hulla se gasificó con hidrógeno en lugar de aire/oxígeno. La hidro-gasificación se refiere a la reacción del carbono y su carbón de leña con gas rico en hidrógeno a 600-1000°C, el producto principal siendo el metano. El procedimiento de hidro-gasificación requiere hidrógeno como un material de abastecimiento y las reacciones son extremadamente lentas en comparación con el procedimiento de oxidación parcial. Por estas razones la hidro- gasificación normalmente se lleva a cabo con un catalizador y en un reactor con un tiempo de residencia de gas elevado. Todos los procedimientos de gasificación generalmente requieren una alimentación en seco para el procedimiento. El secado del material de abastecimiento incrementa el costo del procedimiento total. En algunos casos se utiliza la alimentación de suspensión. La alimentación de suspensión no requiere que el material de abastecimiento se seque antes del procedimiento de gasificación. Se utiliza una bomba de suspensión de alta presión para alimentar la suspensión dentro del reactor en lugar de un sistema de tolva de freno complejo y molesto en caso de una alimentación seca. El inconveniente relacionado con la alimentación de suspensión es que el procedimiento requiere una fuente adicional de calor para proporcionar el calor sensible al agua en la alimentación de suspensión. De hecho el sistema de alimentación de suspensión para un procedimiento de hidro-gasificación de POX no parece ser factible, ya que el procedimiento de hidro-gasificación depende de la fuente externa de calor en lugar del calor interno que se genera por la combustión de la fracción del material de abastecimiento en POX. De interés particular para la presente invención son los procedimientos desarrollados más recientemente en donde una suspensión de material carbonoso se alimenta en un reactor hidro-gasificador. Dicho procedimiento se desarrolló en los laboratorios para producir gas de síntesis en donde una suspensión de partículas de material carbonoso en agua, e hidrógeno de una fuente interna, se alimentan en un reactor de hidro- gasificación bajo condiciones para generar gas productor rico. Este se alimenta junto con vapor en un reformador pirolítico de vapor bajo condiciones que generan gas de síntesis. Este procedimiento se describe a detalle en Norbeck et al., solicitud de patente de E.U.A. No de serie 10/503,435 (publicada como US 2005/0256212), titulada: "Production Of Synthetic Transportation Fuels From Carbonaceous Material Using Self-Sustained Hydro Gasification." En una versión adicional del procedimiento, al utilizar un reactor de hidro-gasificación de vapor (SHR) el material carbonoso se calienta simultáneamente en presencia de hidrógeno y vapor para sufrir pirólisis de vapor e hidro-gasificación en un sólo paso. Este procedimiento se describe a detalle en Norbeck et al., solicitud de patente de E.U.A. No de serie 10/91 1 ,348 (publicada como US 2005/0032920) titulada: "Steam Pyrolysis As A Process to Enhance The Hydro-Gasification Carbonaceous Material." Las descripciones de la solicitud de patente de E.U.A. Nos. de serie 10/503,435 y 10/91 1 ,348 se incorporan en la presente por referencia. Los reactores del lecho fluidizado son bien conocidos y se utilizan en una variedad de procedimientos de fabricación industriales, por ejemplo en la industria del petróleo para fabricar combustibles como también en aplicaciones petroquímicas que incluyen gasificación de hulla, fertilizantes de hulla y tratamiento de desechos industriales y municipales. En el caso de un sistema de POX, el reactor del lecho fluidizado puede manejar un material de abastecimiento húmedo ya que la reacción proporciona el calor sensible. El procedimiento de hidro-gasificación de vapor no promociona este calor internamente ya que la reacción no es altamente exotérmica. No es factible proporcionar una cantidad excesiva de calor externamente a un reactor de lecho fluidizado eficientemente y rápidamente en caso de una alimentación de suspensión. De hecho es claro que un sistema de reactor optimizado para la hidro-gasificación de vapor no existe: Además, ya que la operación del reactor de lecho fluidizado generalmente se restringe a temperaturas por debajo del punto de reblandecimiento del material que se va a procesar y la escorificación de los materiales como ceniza interrumpirán la fluidización del lecho, los reactores de lecho fluidizado tienen muy poco si no es que ningún uso en el procesamiento de muchos de los tipos de materiales carbonosos utilizados como alimentación en reacciones de hidro-gasificación, Además, la formación de alquitrán es un problema típico de gasificadores de lecho fluidizado de baja temperatura con tecnología convencional. Estos problemas pueden amplificarse cuando aumentan progresivamente. Por ejemplo, los intentos por aumentar progresivamente la síntesis tipo Fischer-Tropsch presentada como se describe por Werther et al. en "Modeling of Fluidized Bed Reactors," International Journal of Chemical Reactor Engineering, Vol. 1 :P1 , 2003.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Sin importar los inconvenientes anteriores, los inventores de la presente se dieron cuenta que los materiales de abastecimiento utilizados en reacciones de hidro-gasificación, tal como hulla y biomasa, pueden ser suficientemente reactivos para operar a las temperaturas más bajas de los procedimientos de lecho fluidizado. Esta invención proporciona un método mejorado, económico y alternativo para realizar la hidro-gasificación, al operar la hidro-gasificación en un reactor de lecho fluidizado. El uso de un lecho fluidizado para realizar la hidro-gasificación proporciona un mezclado extremadamente bueno entre la alimentación y los gases de reacción, lo cual promueve la transferencia de calor y masa. Esto asegura una distribución uniforme de material en el lecho, dando como resultado una velocidad de conversión elevada en comparación con otros tipos de reactores de gasificación. En una modalidad particular, para optimizar el rendimiento del reactor de lecho fluidizado, se proporcionan dos etapas. En una primera tapa, el material carbonoso se alimenta como una suspensión, junto con hidrógeno, a un reactor tipo horno antes de alimentarse al reactor de lecho fluidizado. Opcionalmente, puede proporcionarse un triturador en el reactor tipo homo. En esta modalidad de dos etapas, el aparato comprende un reactor tipo horno, una bomba de suspensión conectada a una entrada del reactor tipo horno, medios para conectar una fuente de hidrógeno a una entrada del reactor tipo horno; un reactor de lecho fluidizado conectado para recibir la salida del reactor tipo horno para procesamiento en al menos una zona de fluidización, y una fuente de vapor y una fuente de hidrógeno conectada al reactor de lecho fluidizado por debajo de la zona de fluidización. Opcionalmente, puede proporcionarse un triturador en el reactor tipo horno. Se ha encontrado que la reacción de hidro-gasificación de vapor (SHR), como se describe en la solicitud de patente de E.U.A. anteriormente mencionada No. de serie 10/91 1 ,348 se adapta particularmente bien para realizarse en un reactor de lecho fluidizado. Ya que SHR generalmente se opera bajo la temperatura de escorificación de ceniza, la alimentación de hidrógeno del SHR, opcionalmente combinada con el vapor, puede utilizarse como el medio fluidizado. El entorno de reducción de la hidro-gasificación suprime la formación de alquitrán, lo que evita los problemas descritos anteriormente. El reactor de lecho fluidizado es bueno para lograr un mezclado total de la alimentación de sólidos con los gases en el rector. En una implementación particular de la invención, la salida del reactor de lecho fluidizado se utiliza como un material de abastecimiento para un reformador de metano con vapor (SMR), que es un reactor que se utiliza ampliamente para producir gas de síntesis para la producción de combustibles líquidos y químicos, por ejemplo en un reactor tipo Fischer-Tropsch (FTR). Más particularmente en la presente invención, el material carbonoso que puede comprender desperdicio municipal, biomasa, madera, hulla o un polímero natural o sintético, se convierte en una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano al calentar el material carbonoso en un reactor de lecho fluidizado utilizando vapor y/o hidrógeno, preferiblemente ambos, como un medio de fluidización a una temperatura y presión suficientes para generar una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano pero a una temperatura suficientemente baja y/o a una presión suficientemente elevada para permitir que el material carbonoso se pueda fluidizar mediante el hidrógeno o por una mezcla de hidrógeno y vapor. Preferiblemente la temperatura es de alrededor de 700°C a aproximadamente 900°C a una presión de alrededor de 9.27 kg/cm2 a 39.36 kg/cm2, preferiblemente 10.54 kg/cm2 - 28.12 kg/cm2. Las impurezas se remueven de la corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano a sustancialmente la presión del reactor de lecho fluidizado a una temperatura por arriba del punto de ebullición de agua en la presión del procedimiento. En una modalidad preferida, antes de que el material carbonoso se procese en un reactor tipo horno. En esta modalidad, una suspensión del material carbonoso se alimenta con hidrógeno en una primera etapa a un reactor tipo horno de 300 - 600°C y a una presión de 9.27 - 39.36 kg/cm2. En una segunda etapa, la salida del reactor tipo horno se alimenta a un reactor de lecho fluidizado utilizando hidrógeno como el medio de fluidización, y utilizando vapor, a una temperatura de alrededor de 700°C a aproximadamente 900°C a dicha presión por lo cual genera una corriente de gas productor rico en monóxido de carbono y metano.

Al utilizar los métodos, la corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano se somete a una reformación de metano con vapor bajo condiciones en donde es generado el gas de síntesis que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. En un método preferido adicional, el gas de síntesis generado por la reforma del metano con vapor se alimenta en un reactor tipo Fischer-Tropsch bajo condiciones por medio de las cuales se produce un combustible líquido. El calor exotérmico de la reacción tipo Fischer-Tropsch puede ser transferida a la reacción de hidro-gasificación y/o la reacción reformadora de metano con vapor.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento más completo de la presente invención, ahora se hace referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos anexos, en donde; La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de una primera modalidad en donde se realiza una reacción de hidro-gasificación de vapor en un reactor de lecho fluidizado; y La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático de una segunda modalidad en donde se realiza la reacción de hidro-gasificación de vapor utilizando un hidro-gasificador de vapor de dos etapas que comprende un reactor tipo horno y un reactor de lecho fluidizado.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Con relación a la figura 1 , se muestra un aparato de conformidad con una primera modalidad de la invención para un procedimiento para convertir el material carbonoso tal como desecho municipal, biomasa, madera, hulla o un polímero natural o sintético en gas rico en monóxido de carbono y metano. El material carbonoso en forma de suspensión se carga en un tanque de alimentación de suspensión 10 y alimentación por gravedad a una bomba de suspensión 12. En esta modalidad, el agua de un tanque de agua 14 se alimenta por medio de una bomba de agua 16 a un generador de vapor 18. Simultáneamente, el hidrógeno se alimenta al generador de vapor 18, que puede estar en forma de un tanque 20 de hidrógeno, de una fuente interna tal como la salida de un reformador de metano con vapor corriente abajo (como se describirá más abajo) o de ambos. La salida de la bomba de suspensión 12 se alimenta a través de la línea 22 al fondo de un reactor de lecho fluidizado 24 mientras la salida del generador de vapor 18 se alimenta a través de la línea 25 al reactor de lecho fluidizado 24 en un punto por debajo de la suspensión del material carbonoso. En otra modalidad, el hidrógeno se alimenta directamente al reactor de lecho fluidizado 24 en un punto por debajo de la suspensión del material carbonoso mientras la alimentación del generador de vapor se introduce en un punto por arriba de la entrada de la suspensión del material carbonoso, es decir, corriente abajo del punto de introducción del material carbonoso. El reactor de lecho fluidizado 18 opera como un reactor de hidro-gasificación de vapor (SHR) a una temperatura de alrededor de 700°C a aproximadamente 900°C y una presión de alrededor de 9.27 kg/cm2 a 39.36 kg/cm2, preferiblemente 10.54-28-12 kg/cm2, para generar una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano, que también puede denominarse un gas productor. Las reacciones químicas que se llevan a cabo en este procedimiento se describen a detalle en Norbeck et al. solicitud de patente de E.U.A. número de serie 10/91 1 ,348 (publicada como US 2005/0032920), titulada "Steam Pyrolysis As A Process to Enhance The Hydro-Gasification of Carbonaceous Material". La descripción de la solicitud de patente de E.U.A. número de serie 10/91 1 ,348 se incorpora en le presente por referencia. La temperatura de escorificación de ceniza en el reactor de lecho fluidizado 24 es suficientemente baja y la presió n suficientemente elevada de manera que puede ser utilizada la reacción de lecho fluidizado. El entorno de reducción del reactor de lecho fluidizado 24 también suprime la formación de alquitrán. La ceniza y hollín, como también sulfuro de hidrógeno y otros componentes inorgánicos del reactor de lecho fluidizado 18 se desechan a través de una línea 26 y su salida se alimenta a través de la línea 28 en un ciclón calentado 30 que separa las partículas finas en 32. La salida del ciclón calentado 30 se alimenta a través de la línea 34 a un filtro de gas caliente 36, posteriormente a través de la línea 38 a un reactor de metano con vapor 40. En el reformador de metano con vapor 40, se genera el gas de síntesis que comprende hidrógeno y monóxido de carbono en una relación molar H2:CO que oscila de alrededor de 3 a 1 . La salida de hidrógeno/monóxido de carbono del reformador de metano con vapor 40 puede utilizarse para una variedad de propósitos, uno de los cuales es una alimentación a un reactor tipo Fischer-Tropsch 42 del cual sale agua pura 44 y combustible diesel y/o cera 46. El calor exotérmico 48 del reactor Fischer-Tropsch 42 puede ser transferido al reformador de metano con vapor 40 como se muestra por la línea 50. La relación molar H2:CO requerida de un reactor Fischer-Tropsch con un catalizador a base de cobalto es 2:1 . Asimismo, existe un exceso de hidrógeno del reformador de metano con vapor 40, que puede ser separado y alimentado en el reactor de lecho fluidizado 24 (por las lineas no mostradas) para hacer un procedimiento auto-sostenible, es decir, sin requerir una alimentación de hidrógeno externa. Con relación ahora a la figura 2, se muestra una segunda modalidad preferida que utiliza un sistema de reactor de hidro-gasificación de vapor (SHR) que implica dos etapas para llevar a cabo la hidro-gasificación de vapor. La primera etapa es un reactor tipo horno (KGR) 52 seguido por la segunda etapa de un reactor de lecho fluidizado (CFBR) 54. El KGR 52 utiliza una suspensión e hidrógeno como las alimentaciones. La alimentación de suspensión es una mezcla de un material de abastecimiento carbonoso y agua y se suministra a una entrada 56 del KGR 52 por medio de una bomba de suspensión de cavidad a presión 58, accionada por un motor 60. La alimentación de hidrógeno se suministra a otra entrada 62 del KGR 52. Los gases del producto y los sólidos que provienen del KGR entran al CFBR en una entrada 64 del CFBR en la parte superior de la zona de fluidización 66. Vapor e hidrógeno, en 68, se utilizan para fluidizar la alimentación en el CFBR 54. Este sistema de reactor se diseña para manejar una alimentación de suspensión y lograr una conversión elevada del material de abastecimiento carbonoso. Se permite que los gases logren un tiempo de residencia de gas elevado dentro del sistema de reactor para lograr el equilibrio. El KGR 52 se acciona por un motor 70, se conecta al CFBR 54 entrada 64 mediante un acoplamiento flexible 72, y se calienta eléctricamente en 74. En una modalidad alternativa, el calor con camisa de la salida del producto puede ser utilizado para calentar el KGR 52. El aislamiento delimita el CFBR y la región de salida del KGR, que se muestra en sombra en 76 y 78. El producto del extremo de salida 80 del CFBR pasa a través de un ciclón 82 para proporcionar el gas del producto 84. Opcionalmente, uno puede proporcionar un triturador de alimentación 86, que puede ser ubicado internamente del KGR 52 en su extremo de salida, para facilitar además el suministro de la alimentación de suspensión procesada al CFBR 54.

En la primera etapa se lleva a cabo la devolatilización de alimentación. El KGR 52 actúa como un precalentador para la devolatilización de la suspensión. Es un sistema efectivo para calentar la alimentación y también lograr una conversión parcial de la alimentación antes de que entre al CFBR 54. El CFBR logra un mezclado uniforme de los gases y los sólidos dentro del reactor e incrementa la conversión además mediante las reacciones de hidro-gasificación de vapor a la temperatura elevada. Como en la primera modalidad, el SHR produce un vapor y un gas del producto rico en metano a partir del material de abastecimiento, en donde el vapor está presente como resultado del sobrecalentamiento de la fracción de agua de la alimentación de suspensión. La corriente rica en vapor y metano que sale de la unidad de limpieza de gas se alimenta en el SMR. El SMR produce una corriente de gas de producto que consiste en su gran mayoría de H2 y CO. La relación de H2/CO es inicialmente elevada y una fracción predeterminada de este gas de síntesis de relación elevada se recicla de nueva cuenta al SHR. En una implementación particular del hidro-gasificador de vapor de dos etapas, el KGR 52 mide 203.2 cm, con una zona de reacción de 1 .22 m y opera a una temperatura de devolatilización de 600°C a una presión de 14.06 kg/cm2. El CFBR opera a 850°C a una presión de 14.06 kg/cm2, y tiene un total de 2.44 metros de largo en donde la zona de fluidización tiene 0.91 metros de largo y "borda libre" por arriba de la zona de fluidización tiene 1 .22 metros de largo. El tiempo de residencia de los sólidos en el KGR 52 es de 100 segundos. El tiempo de residencia total del gas es de 45 segundos. Aunque la presente invención y sus ventajas se han descrito a detalle, debe entenderse que varios cambios, sustituciones y alteraciones pueden hacerse a la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas. Además, el alcance de la solicitud en la presente no pretende ser limitado a las modalidades particulares del procedimiento y aparatos descritos en la especificación. Como un experto en la técnica apreciará fácilmente a partir de la descripción de la presente invención, los procedimientos y aparatos, existentes en la presente o posteriormente a ser desarrollados que realizan sustanciaimente la misma función o que logran sustanciaimente el mismo resultado que las modalidades correspondientes descritas en la presente, pueden utilizarse de acuerdo con la presente invención. Asimismo, las reivindicaciones anexas pretenden incluir dichos procedimientos y utilizar dichos aparatos dentro de su alcance.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1 .- Un procedimiento para convertir material carbonoso en una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano, que comprende: calentar el material carbonoso en un reactor del lecho fluidizado utilizando hidrógeno como medio de fluidización, y utilizando vapor, a una temperatura y presión suficientes para generar una corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano pero a una temperatura suficientemente baja y/o a una presión suficientemente elevada para permitir que el material carbonoso se pueda fluidizar por medio de vapor y/o hidrógeno. 2. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material carbonoso se alimenta al reactor del lecho fluidizado como una alimentación de suspensión. 3. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la alimentación de suspensión es calentada en un reactor tipo horno antes de alimentarse al reactor de lecho fluidizado. 4. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la alimentación de suspensión se calienta con hidrógeno en el reactor tipo horno. 5. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la alimentación de suspensión es calentada en el reactivo tipo horno de 300 - 600 °C y 10.54 - 28.12 kg/cm2. 6. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el tiempo de resistencia de la alimentación de suspensión en el reactor tipo horno es de 10 - 200 segundos. 7. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el tiempo de residencia del hidrógeno desde la entrada al reactor tipo horno a la salida del reactor de lecho fluidizado es de 5 - 45 segundos. 8. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la alimentación de suspensión se tritura en el reactor tipo horno. 9. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque una combinación de hidrógeno y vapor se utiliza como el medio de fluidización. 10. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye el paso de remover las impurezas de la corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque las impurezas son removidas de la corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano a sustancialmente la presión del reactor de lecho fluidizado y a una temperatura por arriba del punto de ebullición del agua a la presión del procedimiento. 12. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye el paso de someter la corriente de gas rico en monóxido de carbono y metano a un reformador de metano con vapor bajo condiciones por las cuales es generado el gas de síntesis que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. 13. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el gas de síntesis generado por el reformador de metano con vapor se alimenta en un reactor tipo Fischer-Tropsch bajo condiciones por las cuales se produce un combustible líquido. 14. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se realiza bajo condiciones de reducción. 15. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la temperatura es de alrededor de 700 - 900°C a una presión de 9.27 kg/cm2 a 39.6 kg/cm2. 16. - Un procedimiento para convertir material carbonoso en gas de síntesis, que comprende: formar una suspensión de un material carbonoso y alimentarlo con hidrógeno en una primera etapa a un reactor tipo horno de 300 - 600°C y 9.27 - 39.36 kg/cm2, en una segunda etapa, alimentar la salida del reactor tipo horno a un reactor del lecho fluidizado utilizando hidrógeno como medio de fluidízación, y utilizando vapor, a una temperatura de alrededor de 700°C a aproximadamente 900°C a dicha presión por lo cual se genera una corriente de gas productor rico en monóxido de carbono y metano; someter el gas productor resultante a un reformador de metano con vapor bajo condiciones por las cuales se genera el gas de síntesis que comprende monóxido de carbono e hidrógeno. 17.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la presión es de alrededor de 10.54 - 28.12 kg/cm2. 18. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende utilizar calor de la salida del producto para calentar el reactor tipo homo. 19. - Un aparato para convertir material carbonoso en gas de síntesis, que comprende: un reactor tipo horno que tiene una o más entradas y una salida; una bomba de suspensión conectada a una entrada del reactor tipo homo; una o más fuentes de hidrógeno; medios para conectar una fuente de hidrógeno a una entrada del reactor tipo horno; un reactor del lecho fluídizado que tiene una zona de fluidización en una primera entrada por debajo de la zona de fluidización; el reactor de lecho fluidizado tiene una segunda entrada por arriba de la primera entrada conectada a la salida del reactor tipo horno para recibir la salida del reactor tipo horno para procesar en la zona de fluidización; una fuente de vapor; medios para conectar la fuente de vapor y una fuente de hidrógeno a la primera entrada del reactor de lecho fluidizado. 20.- El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque incluye un triturador en el reactor tipo horno para triturar la alimentación de suspensión.