ES2436844B1

ES2436844B1 - Procedimiento para la gasificaci�n de materiales sólidos orgánicos y reactor empleado

Info

Publication number: ES2436844B1
Application number: ES201331380A
Authority: ES
Inventors: Yoel Santiago ALEM�N M�NDEZ
Original assignee: Eqtec Iberia SL
Current assignee: Eqtec Iberia SL
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: WO2015040266A1; EP3050941B1; EP3050941A1; PL3050941T3; ES2436844A1; HRP20180047T1

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para gasificaci�n de materiales sólidos orgánicos en un reactor (1) de lecho fluidizado con un cuerpo cilíndrico y fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida, mediante un flujo de gas que hace circular las partículas sólidas y que comprende las etapas de a) suministrar combustible mediante una entrada (3) para la alimentación del sólido orgánico, b) suministrar un agente catalizador y material inerte mediante una entrada (7), c) introducir un agente fluidificante mediante una entrada (6) situado en la caja de aire o plenum (12), d) distribuir el agente fluidificante a través de la base inferior (2?) de la sección tronco c�nica invertida, en la que se encuentra una parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de difusores de tipo tuyer� (11), y e) producir la salida de la corriente de producto por la parte superior del reactor (1).

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN

5 La presente invención se refiere a un procedimiento para gasificar materiales sólidos orgánicos en un reactor de lecho fluidizado con un cuerpo cilíndrico y un fondo con sección tronco-c�nica invertida, mediante un flujo de gas que hace circular las partículas sólidas y que comprende las etapas de:

10 a.-) suministrar combustible mediante al menos una entrada para la alimentación del sólido orgánico, b.-) suministrar un agente catalizador o mezcla de este con material inerte mediante una entrada dispuesta a 60� de la entrada de alimentación del sólido orgánico de la etapa a), c.-) introducir un agente fluidificante mediante una entrada situada en la caja de aire o

15 plenum, d.-) distribuir el agente fluidificante a través de la base inferior de la sección tronco c�nica invertida, en la que se encuentra una parrilla distribuidora dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo tuyer�, y e.-) producir la salida de la corriente de producto por la parte superior del reactor de forma

20 transversal a la sección cilíndrica del mismo, mediante un elemento de salida.

Adicionalmente, la invención se refiere a un aparato o reactor de gasificaci�n para implementar el procedimiento mencionado anteriormente.

25 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La gasificaci�n es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (orgánico) es transformado en un gas combustible de bajo-medio poder calorífico, mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada en presencia de un agente

30 gasificante (aire, oxígeno y/o vapor de agua o mezcla de alguno de los anteriores).

Cuando la gasificaci�n est� integrada en un ciclo combinado, el residuo sólido se transforma en gases combustibles de bajo-medio poder calorífico que son los que posteriormente se

queman en un motor de combustión interna, generador de vapor o turbina de gas gener�ndose energía.

Est� científicamente comprobado que el rendimiento energético de la combustión de gases puede ser en torno a un 10-15% superior al obtenido en la combustión de un sólido. Por otro lado, desde el punto de vista medioambiental, la gasificaci�n es también una tecnología más limpia, ya que al llevarse a cabo en condiciones menos oxidantes, la producción de contaminantes tales como, NOx y SOx es menor.

Es conocido en el estado de la técnica, el proceso de gasificaci�n de sólidos, como por ejemplo de residuos sólidos del tipo biomasa. Los dos tipos de reactores que se suelen emplear en el proceso de gasificaci�n de residuos sólidos son fundamentalmente los de lecho móvil (en contracorriente y corrientes paralelas) y los de lecho fluidizado o lecho fluido.

Cada uno de ellos presenta una serie de ventajas e inconvenientes, por ejemplo el gasificador de lecho fluidizado permite más fácilmente el escalado del proceso, presenta una mayor capacidad de procesamiento y un mejor control de la temperatura del proceso que el gasificador de lecho móvil. Otra ventaja muy importante que presenta el lecho fluidizado frente al lecho móvil es que permite la adición de catalizadores en el lecho para llevar a cabo gasificaciones catalíticas.

Sin embargo, el lecho fluidizado también presenta una serie de inconvenientes, por ejemplo, se necesita una granulometr�a específica del material sólido a gasificar, es decir que generalmente se necesita una preparación (trituración y/o peletizado) previa del material sólido a alimentar puesto que para obtener una buena fluidizaci�n el tamaño de partícula debe ser lo más homogéneo posible.

Por otro lado, no todos los materiales sólidos fluidizan fácilmente, en ocasiones es necesario añadir otro sólido coadyuvante de la fluidizaci�n. Por último, otro inconveniente puede ser la pérdida de fluidizaci�n como consecuencia de las aglomeraciones y sinterizaci�n del lecho, determinado por las propiedades termopl�sticas del material, as� como por la temperatura de fusión de sus cenizas.

Adicionalmente en el estado de la técnica existen dos tipos principales de reactores de lecho fluidizado, uno de los cuales se basa principalmente en un lecho fluidizado burbujeante. El lecho fluidizado burbujeante consistente en partículas fluidizadas divididas de forma relativamente gruesa permanece en posición sostenida por un flujo de aire ascendente insuflado en el espacio del reactor. La velocidad del flujo de aire es normalmente del orden de 1 m/s. La concentración de materia sólida es baja en el flujo de gas por encima de un lecho fluidizado burbujeante claramente limitado. La temperatura del espacio de reactor encima del lecho fluidizado en un reactor de lecho burbujeante puede elevarse por suministro de aire adicional o reducirse inyectando agua de refrigeración en el flujo de gas. Para aumentar la conversión de carbón, las partículas de polvo presentes en el flujo de gas pueden separarse con un ciclón distinto, en el que las partículas se devuelven al fondo del espacio del reactor. Se describen "gasificadores Winkler" de este tipo en los documentos DE19548324 y DE2751911.

El segundo tipo principal de reactores de lecho fluidizado es un lecho circulante, en el que partículas sólidas fluidizadas sólidas se elevan junto con el flujo de aire insuflado en el reactor. La velocidad del flujo de aire, que normalmente es del orden de 5 m/s, es mayor y el tamaño de las partículas fluidizadas es menor que en un reactor de lecho burbujeante. Las partículas fluidizadas son arrastradas por el gas de producto en el ciclón, en el que las partículas y el residuo de carbonización derivado del combustible se separan y se devuelven al fondo del espacio del reactor. Para obtener el tiempo de retención requerido para la reacción de gasificaci�n, se ha dado a los reactores de lecho fluidizado circulante una altura sustancialmente mayor que la de los reactores de lecho fluidizado burbujeante. Otras propiedades típicas de lechos fluidizados circulantes comprenden temperatura uniforme y viscosidad relativamente uniforme de la suspensión de materia sólida en el espacio del reactor, sin un lecho fluidizado claramente limitado característico de lechos fluidizados burbujeantes. Un procedimiento t�pico de gasificaci�n de combustible basado en reactores de lecho fluidizado circulante se desvela en el documento FI62554.

Dentro del estado de la técnica se encuentra lo divulgado en la patente EP0889943, que se refiere un sistema de reactor de lecho fluidizado y a un método de accionamiento de dicho sistema. Dicho sistema comprende: una cámara de reactor de lecho fluidizado, un separador de partículas conectado a dicha cámara (para separar el material solido de los gases de escape) y un enfriador de gases que presenta superficies de enfriamiento conectado al separador de partículas. Según esta invención, se proporcionan medios para separar un flujo de material solido de lecho del material separado en el separador de partículas y para introducir dicho material del lecho separado en el enfriador de gas. Un flujo de material de lecho se separa del flujo principal de partículas solidas, antes o después de descargar dicho primer flujo de partículas solidas procedentes del separador de partículas. El flujo de partículas separado se introduce en el gas descargado a partir del separador durante o antes de enfriar dicho gas, de forma que dichas partículas desalojan mecánicamente los depósitos de las superficies enfriadas.

Otro sistema patentado, es el protegido en la patente EP1286113 que se refiere a un aparato para procesar material combustible, que comprende: un horno de gasificaci�n de lecho fluidizado que tiene un medio de suministro de gas para suministrar en dicho horno de gasificaci�n y para crear una corriente de circulación de un medio fluidizado dentro de dicho horno; medios para suministrar dicho material combustible en dicho horno de gasificaci�n de lecho fluidizado para ser gasificado en dicha corriente de circulación de dicho medio fluidizado creado por dicho gas de fluidizaci�n, generando de esta manera gas combustible y carbón vegetal; y un horno de fundición en el que dicho gas combustible y carbón vegetal descargados son introducidos desde dicho horno de gasificaci�n de lecho fluidizado y para fundir ceniza para formar escoria fundida.

Un tercer documento de patente del estado de la técnica es la invención EP0433547 que se refiere a un aparato para gasificar combustibles sólidos, que consiste en un productor de gas con un silo de pre-carga un silo de carbonización o coquizaci�n y un silo de gasificaci�n y un horno que es especialmente adecuado para gasificar productos de bajo coste tales como residuos de madera, y astillas, biomasas solidas en general, llantas, turba, lignito, hulla, y otros materiales, y ventajosamente, residuos urbanos sólidos.

Otro documento del estado del arte es la patente europea EP1432779 que se refiere a un procedimiento para gasificar un combustible en un flujo de gas ascendente en un reactor de lecho fluidizado, que contiene partículas de material fluidizado sólidas, que comprende el suministro de combustible, en el fondo del reactor y la conducción del gas de producto formado en la parte superior del reactor a un separador, por medio del cual las partículas sólidas se separan del gas y se devuelven al reactor, caracterizado porque el flujo de gas se usa para mantener en el reactor un lecho fluidizado burbujeante que contiene partículas de material fluidizado más gruesas que tienen un tamaño en el intervalo de 0, 2 a 1, 5 mm y por encima de éste un lecho circulante que contiene partículas de material fluidizado más finamente divididas que tienen un tamaño en el intervalo de 50 a 300 �m, y porque las partículas que se han separado del gas de producto para circulación se devuelven a la parte superior del lecho fluidizado burbujeante del reactor o por encima de éste.

Sin embargo, estos documentos del estado de la técnica presentan la desventaja de la complejidad de los reactores y de que mayoritariamente en ellos se producen una elevada cantidad de productos inquemados o residuos sólidos carbonosos (char) que son arrastrados del lecho antes de que se degraden por completo, disminuyendo as� la conversión del carbono a gas, que se produce generalmente en el interior de los gasificadores con geometría cilíndrica, donde el tiempo de retención o permanencia del sólido en el interior del lecho de partículas inertes no es suficiente para lograr dicha degradación y depende mucho de las condiciones de operación, como son la velocidad de fluidizaci�n, la altura de lecho, la carga térmica del reactor, la capacidad de procesamiento de los combustibles sólidos, entre otros factores.

Este efecto puede minimizarse con el objeto de la presente invención, ya que se ha logrado aumentar el tiempo de retención del combustible sólido orgánico en el interior del lecho recircul�ndolo de forma sistemática. Además un ventaja clara de la presente invención es que como se consigue mayor tiempo de retención, y por consiguiente de degradación de sólidos carbonoso en el lecho, también ocurre mayor homogeneidad de la mezcla de material inerte del lecho/sólido carbonoso/catalizador, por lo que se obtiene un alto índice de conversión a gas y se minimiza la cantidad de material carbonoso arrastrado con la corriente de gas.

DESCRIPCI�N DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un reactor de gasificaci�n de lecho fluidizado en el que intervienen una mezcla de partículas inertes, un catalizador y un sólido orgánico (materia prima a gasificar), este último, por efecto de la temperatura en presencia de un catalizador y en reacción con un agente gasificante (aire, oxígeno, vapor o una mezcla de estos componentes), se descompone para dar lugar a una mezcla de gases de medio/bajo poder calorífico, alquitranes y partículas sólidas carbonosas.

La corriente de producto (mezcla de gases, vapores y partículas sólidas que se arrastran del lecho) se evac�a por la parte superior del reactor después de permanecer durante un tiempo en su interior, y las escorias (aglomerados) formadas son extraídas con la ayuda de medios mecánicos de forma continua por la parte inferior del reactor.

El reactor objeto de la presente invención es de los que funciona haciendo fluidizar un lecho de partículas de material inerte a través de una corriente de un agente fluidizante (aire, oxígeno, vapor o una mezcla de estos componentes) que se introduce vía una parrilla distribuidora ubicada en la base inferior de la sección tronco c�nica invertida del reactor, dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo “tuy�re” (o tobera).

El material sólido orgánico, comúnmente llamado combustible sólido, es alimentado al interior del lecho por una o varias entradas, de forma preferida dos, donde por efecto de la temperatura y las reacciones químicas que se producen en presencia del catalizador, es descompuesto dando lugar a una corriente producto compuesta por: mezcla de gases, hidrocarburos condensables (alquitrán), residuos sólidos carbonosos (char), partículas del material inerte que componen el lecho y partículas de catalizador que son arrastradas hacia el exterior. Esta corriente de producto es evacuada por la parte lateral superior del gasificador, de forma transversal a la sección cilíndrica del reactor.

Este tipo de reactores, de lecho fluidizado burbujeante, son muy empleados por la versatilidad que poseen en cuanto a la diversidad de combustibles sólidos a gasificar, porque logra mejorar la mezcla entre material inerte y el combustible, por su elevado índice de transferencia de calor y por lograr altas velocidades de calentamiento, entre otras ventajas. Sin embargo, es cierto que habitualmente se producen una gran cantidad de inquemados o residuos sólidos carbonosos (char) que son arrastrados del lecho antes de que se degraden por completo, disminuyendo as� la tasa de conversión del carbono a gas.

Este fenómeno se produce generalmente con sólidos, en el interior de gasificadores con geometría constante (cilíndrica/cuadrada o rectangular), donde el tiempo de retención o permanencia de dicho sólido en el interior del lecho de partículas inertes no es suficiente para lograr su degradación, lo que a su vez depende de las condiciones de operación, entre las que se encuentran la velocidad de fluidizaci�n, la altura del lecho, la carga térmica del reactor, la capacidad de procesamiento de los combustibles sólidos, entre otros. Al descomponerse y tener diferente granulometr�a y densidad, los sólidos son arrastrados con la corriente de gas que asciende hacia la salida debido a que el patrón de flujo es predominantemente ascendente.

Este efecto puede minimizarse modificando el patrón de flujo en la base del gasificador para favorecer que las partículas de combustible sólido, inmediatamente después que entran al reactor, describan una fuerte trayectoria descendente, logrando as� un mayor tiempo de retención del sólido orgánico en el interior del lecho vía una mayor circulación en el mismo, distribuy�ndose este tiempo de la siguiente forma:

Tiempo que transcurre desde la entrada del sólido orgánico hasta que llega a la parte inferior del lecho fluido,

Tiempo que transcurre desde que el sólido orgánico recorre la distancia desde la parte inferior hasta la parte superior del lecho y

Tiempo en que se degrada el sólido orgánico para ser arrastrado en forma de ceniza en la salida de la corriente de producto o gases.

De esta forma no se hace necesario tener que recurrir a lechos muy altos que provocan aumentos de los tamaños de burbuja que producen fenómenos de “slugging” (proceso que

5 se produce por incremento del caudal de gas en un lecho fluidizado, donde las burbujas crecen con la altura y coalescen formando “pisos” de lecho a lo largo de la zona de reacción), por lo que se ve disminuida la transferencia de calor y la conversión de carbono.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se est� realizando y con objeto de facilitar una mejor

10 comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, las siguientes figuras, donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

15 Figura 1.- Es una vista frontal del reactor de gasificaci�n objeto de la presente invención en donde:

(1): Representa esquemáticamente el cuerpo cilíndrico del reactor,

(2): Representa el fondo del reactor que comprende una sección tronco c�nica invertida y

una base inferior (2’), 20 (3) Representa esquemáticamente la entrada del sólido orgánico,

(4): Representa esquemáticamente la entrada de recirculaci�n de los sólidos arrastrados del lecho,

(5): Representa esquemáticamente la entrada de producto de inertizaci�n,

(6) Representa esquemáticamente la entrada del agente fluidizante, situada en la caja 25 de aire o plenum (12)

(7): Representa esquemáticamente la entrada del catalizador y del material inerte,

(8): Representa esquemáticamente la salida de aglomerados, y

(9): Representa esquemáticamente la salida de la corriente de producto. (HL) Representa la altura de lecho efectiva

30 (B) Representa el ángulo � de inclinación de la sección tronco c�nica. (h2) Representa la cota de entrada (3) de alimentación de sólido orgánico.

(h) Representa la altura de la sección tronco c�nica.

Figura 2.- Es una vista desde abajo del reactor (1) de gasificaci�n objeto de la presente invención, muestra el fondo (2) tronco-c�nico invertido y la base inferior (2’) de la sección tronco c�nica invertida.

5 Figura 3.- Muestra el esquema que ilustra el patrón de flujo de sólidos que representa la fluidodin�mica de las partículas en el reactor (1) de lecho fluidizado con fondo (2) tronco c�nico invertido y con placa distribuidora (10) de tipo tuyer�, según el procedimiento objeto de la presente invención.

10 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para gasificar materiales sólidos orgánicos en un reactor (1) de lecho fluidizado con un cuerpo cilíndrico y un fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida mediante un flujo de gas que hace circular las partículas

15 sólidas que comprende las etapas de:

a.-) suministrar combustible mediante al menos una entrada (3) para la alimentación del sólido orgánico, b.-) suministrar un agente catalizador o mezcla de este con material inerte mediante una

20 entrada (7) dispuesta a 60� de la entrada (3) de alimentación del sólido orgánico de la etapa a), c.-) introducir un agente fluidificante mediante una entrada (6) situado en la caja de aire o plenum (12), d.-) distribuir el agente fluidificante a través de la base inferior (2`) de la sección tronco

25 c�nica invertida, en la que se encuentra una parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo tuyer� (11), y e.-) producir la salida de la corriente de producto por la parte superior del reactor (1) de forma transversal a la sección cilíndrica del mismo, mediante un elemento de salida (9).

30 Adicionalmente, la invención también se refiere a un aparato consistente en un reactor (1) de gasificaci�n para implementar el procedimiento descrito anteriormente.

Concretamente el reactor (1) de gasificaci�n objeto de la presente invención se caracteriza porque est� formado por una envolvente de configuración exterior cilíndrica, unida por su 35 parte inferior a un tronco de cono invertido, siendo la parte superior de mayor diámetro del tronco de cono, igual al diámetro del cilindro (Dcilindro). El reactor (1) objeto de la presente

invenci�n es un reactor de lecho fluidizado de configuración cilíndrica con fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida, con una parrilla distribuidora (10) situada en la base inferior (2`) de la sección tronco-c�nica invertida y dotada con una pluralidad de difusores de tipo “tuy�re” (11).

Dicha parrilla distribuidora (10) no altera la carga térmica específica superficial (kW/m2), estando concebida dicha carga térmica para un reactor de gasificaci�n de sección continua (Dcilindro) y de igual velocidad superficial. El reactor (1) objeto de la presente invención cumple por tanto con la siguiente relación:

Dcilindro/Dbase=1+tangente

Siendo el ángulo que forma la generatriz de la sección tronco-c�nica con la generatriz de la sección cilíndrica.

El inventor ha determinado en base a su esfuerzo inventivo, que la geometría reivindicada mejora el patrón de circulación de sólidos en el interior de un gasificador con esta configuración, aumentando as� el tiempo de retención del sólido en el interior del mismo. Es decir, se consigue que las partículas de sólido orgánico, a su entrada en el reactor (1) describan una trayectoria descendente al ser arrastradas por el material del lecho, hacia la zona del tronco de cono y se incorporen a la corriente del lecho desde la zona de entrada del agente fluidizante, disponiendo por tanto de mayor recorrido y de mayor tiempo de reacción, que si lo hiciesen desde mediados del lecho.

La figura 1 es una vista frontal del reactor de gasificaci�n objeto de la presente invención en donde (1) representa esquemáticamente el cuerpo cilíndrico del reactor, (2) representa el fondo tronco-c�nico invertido que comprende una sección o parte inferior del tronco del cono y una base inferior (2’), (3) representa esquemáticamente la entrada del sólido orgánico, que en una realización preferida pueden ser al menos dos entradas, (4) representa esquemáticamente la entrada de recirculaci�n de los sólidos arrastrados del lecho, (5) representa esquemáticamente la entrada de producto de inertizaci�n, la que en una realización preferida pueden ser dos entradas, y en una realización más preferida pueden ser cuatro entradas. El producto de inertizaci�n puede ser seleccionado de entre nitrógeno o agua. (6) representa esquemáticamente la entrada del agente fluidizante, situada en la caja de aire o plenum (12). (7) representa esquemáticamente la entrada del catalizador o de una mezcla de este con el material inerte, de manera que sea posible reponer al proceso las sustancias consumibles, como es el catalizador y el material inerte que conforma el lecho.

(8) representa esquemáticamente la salida de aglomerados o escorias que se producen durante el proceso y (9) representa esquemáticamente la salida de la corriente de producto, la cual comprende una mezcla de gases, vapores y partículas sólidas que se arrastran del lecho.

5 La figura 2 es una vista desde abajo del reactor (1) de gasificaci�n objeto de la presente invención, muestra el fondo (2) del tronco de cono invertido y la base inferior (2’) de dicho tronco de cono. En dicha base inferior (2`) se encuentra la parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de difusores de tipo “tuyer�” (11), por los que se introduce el agente gasificante al lecho. Dicho agente gasificante puede ser seleccionado de entre aire, oxígeno,

10 vapor o una mezcla de los elementos anteriores. Adicionalmente se muestran dos entradas

(3) de alimentación de sólido orgánico, situadas 120� entre ellas, dos entradas (5) de producto de inertizaci�n, una entrada (4) para la recirculaci�n de productos arrastrados del lecho y la salida de aglomerados (8).

15 La figura 3 muestra el esquema que ilustra el patrón de flujo de sólidos que representa la fluidodin�mica de las partículas en el reactor (1) de lecho fluidizado de fondo (2) tronco c�nico invertido, con una entrada (3) de alimentación de sólido orgánico y parrilla distribuidora (10), según el procedimiento objeto de la presente invención.

20 De acuerdo a la ubicación de la parrilla distribuidora (10) y a sus difusores de tipo “tuyer�”(11), se genera una fuerte corriente ascendente en la zona central del lecho, proporcional al diámetro de la base inferior (2`) donde se encuentra ubicada dicha parrilla distribuidora (10), y una baja velocidad del lecho en la zona cercana a las paredes del reactor, con corrientes laterales del material del lecho fluidizado, como por ejemplo

25 partículas de arena, que describen por los laterales un retorno a la parte inferior del lecho, arrastrando consigo las partículas de sólido orgánico (biomasa, por ejemplo) que entran al reactor (1) de gasificaci�n por la entrada (3), y experimentan un movimiento marcadamente descendente, estando la cota (h2) de dicha entrada (3) ubicada a una altura de la base mayor del cono (Dbase), igual en metros al seno del ángulo de la sección tronco c�nica

30 invertida.

As� se observa, que con este arrastre de partículas sólidas orgánicas hacia la parte inferior del lecho se aumenta el tiempo de residencia del combustible sólido dentro del reactor, teniendo las partículas sólidas orgánicas mayor recorrido dentro del lecho, existiendo mayor

35 tiempo de reacción y con ello aumentando el rendimiento del proceso.

Seg�n otra característica del reactor (1), en la sección tronco c�nica no existen entradas de alimentación de sólidos y en cambio existen una o varias entradas (5), de forma preferida cuatro, a través de las cuales se introduce convenientemente vapor o nitrógeno de inertizaci�n para facilitar las condiciones de gasificaci�n o el control de la temperatura del proceso que tiene lugar, según convenga.

Seg�n otra característica del reactor (1), transversalmente a la sección cilíndrica existe al menos una entrada (3) para la alimentación del sólido orgánico combustible, en una realización preferida, pueden existir al menos dos entradas de combustible sólido dispuestas entre s� a 120� y otra entrada (4) que forma un ángulo agudo con la generatriz del cuerpo cilíndrico del reactor, dispuesta a 60� de cada una de las entradas de alimentación, cuando son al menos dos. A través de dicha entrada (4) se recirculan los sólidos arrastrados del lecho. Esta distribución de entradas (3) y (4) logra una mezcla homogénea en el interior del lecho y hace que las fuerzas sobre las paredes del reactor de gasificaci�n que generan vibraciones queden compensadas.

Seg�n otra característica del reactor (1), este comprende una entrada (7) situada a una altura mayor o igual que la altura del lecho efectiva (HL) y que est� destinada para introducir un agente catalizador o mezcla de este con material inerte que compone el lecho fluido, a efectos de mantener constante la altura y las condiciones del lecho.

En una realización preferida, el volumen ocupado por la sección tronco-c�nica, con relación al volumen total de lecho de partículas es equivalente en porcentaje al ángulo de la sección tronco c�nica medida en grados.

Seg�n otra realización preferida, la altura (h) de la sección tronco-c�nica es igual al radio (Rbase) de la base inferior (2`) del tronco de cono: Rbase=h

Seg�n otra realización preferida, la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico, medida en metros desde la unión de la sección cilíndrica con la sección troncoc�nica, es igual al seno del ángulo , medido en grados: h2= sen .

Seg�n otra realización preferida, en la que especialmente se alcanzan los resultados esperados, concretamente el aumento del tiempo de retención del sólido combustible en el interior del reactor (1) de gasificaci�n, debido a la modificación del patrón de flujo de sólidos orgánicos con dicha geometría, se ha podido comprobar que la altura del lecho efectiva (HL) tiene la siguiente relación con el ángulo y con el radio (Rcilindro) de la sección cilíndrica del reactor: HL=Rcilindro x tangente

Seg�n otra realización preferida, la relación entre la altura de lecho efectiva (HL) y el diámetro (Dbase) de la base del reactor (1) de gasificaci�n es mayor que la unidad:

HL/Dbase >1

DESCRIPCI�N DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

La realización preferente que se indica a continuación, se proporciona con fines ilustrativos y no limitativos, con la finalidad de una mejor comprensión de la invención.

Para el objeto de la presente invención se muestra un ejemplo comparativo para valorar el

10 rendimiento del proceso del reactor (1) de gasificaci�n objeto de la presente invención frente a un reactor de gasificaci�n cilíndrico que no posee fondo con sección tronco-c�nica invertida.

Se emple� el mismo material de partida, en este caso biomasa, se mantuvieron las mismas

15 condiciones de trabajo en ambos reactores y los resultados obtenidos se ilustran en la siguiente tabla:

De los resultados mostrados anteriormente, es conveniente resaltar que del análisis realizado en la corriente de producto, concretamente el gas, se obtuvo una mayor concentración de CO2, cuando el proceso se realizó en el reactor (1) de gasificaci�n objeto de la presente invención, resultado de una mayor combustión de carbono, as� como en los residuos sólidos extraídos se observ� una reducción del 50% aproximadamente del carbono fijo, as� como una reducción del 50% en los alquitranes condensados.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para gasificar materiales sólidos orgánicos en un reactor (1) de lecho fluidizado con un cuerpo cilíndrico y un fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida, mediante un flujo de gas que hace circular las partículas de material fluidizado sólidas que comprende las etapas de:

a.-) suministrar combustible mediante al menos una entrada (3) para la alimentación del sólido orgánico, b.-) suministrar un agente catalizador o mezcla de este con material inerte mediante una entrada (7) dispuesta a 60� de la entrada de alimentación del sólido orgánico de la etapa a), c.-) introducir un agente fluidificante mediante una entrada (6) situado en la caja de aire o plenum (12), d.-) distribuir el agente fluidificante a través de la base inferior (2`) de la sección tronco c�nica invertida, en la que se encuentra una parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo tuyer� (11), y e.-) producir la salida de la corriente de producto por la parte superior del reactor (1) de forma transversal a la sección cilíndrica del mismo, mediante un elemento de salida (9).

De forma preferida, el suministro del sólido orgánico se realiza mediante al menos dos entradas (3), distribuidas radialmente a 120� entre s�.

De forma preferida, el procedimiento anteriormente citado adicionalmente comprende la etapa de suministrar mediante al menos dos entradas de agente (5) de inertizaci�n, en la que el agente de inertizaci�n es seleccionado de entre nitrógeno, vapor o una mezcla de los anteriores.

De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado, el agente fluidificante es seleccionado de entre aire, oxígeno, vapor o una mezcla de los anteriores.

De forma preferida, el procedimiento anteriormente citado adicionalmente comprende la etapa de recirculaci�n de los sólidos arrastrados del lecho, a través de una entrada (4).

De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado, el radio (Rbase) de la base inferior (2`) del reactor de gasificaci�n es igual a la altura (h) de la sección tronco-c�nica: Rbase= h.

De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico, medida en metros desde la unión de la sección cilíndrica con la sección tronco-c�nica, es igual al seno del ángulo medido en grados: h2= sen .El ángulo de forma preferida tiene una inclinación entre 12-20 grados. De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado los diámetros mayor (Dcilindro) y menor (Dbase) de la sección tronco-c�nica guardan una relación igual a:

Dcilindro/Dbase = 1+ tangente

De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado el volumen de lecho ocupado en la sección cilíndrica por encima de la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico es igual al volumen ocupado por la sección tronco-c�nica.

De forma preferida, en el procedimiento anteriormente citado la relación entre la altura de lecho efectiva (HL) y el diámetro de la base (Dcilindro) de la sección cilíndrica del reactor (1) es mayor la que la unidad:

HL/Dcilindro>1.

Adicionalmente, la altura de lecho efectiva (HL) guarda la siguiente relación con el ángulo de inclinación de la sección tronco c�nica y el radio (Rcilindro) de la sección cilíndrica:

HL= Rcilindro x tangente

De acuerdo con un aspecto importante, la presente invención se refiere a un reactor (1) de gasificaci�n para implementar el procedimiento anteriormente citado que tiene la característica de que es de lecho fluidizado de configuración cilíndrica con fondo (2) c�nico invertido con una parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo tuyer� (11), situada en la base inferior (2`) de la sección tronco-c�nica invertida.

Seg�n otro aspecto, el reactor (1) de gasificaci�n anteriormente citado comprende las siguientes entradas de material:

al menos una entrada (3) de alimentación de sólidos orgánicos,

una entrada (4) para recirculaci�n de sólidos arrastrados del lecho, una entrada (7) para el catalizador y el material inerte, situada a una altura igual o mayor que la altura de lecho efectiva (HL), al menos dos entradas (5) de agente de inertizaci�n, en una realización 5 preferida cuatro entradas, en la que el agente de inertizaci�n es seleccionado de entre nitrógeno, vapor o una mezcla de los anteriores, una entrada (6) de agente fluidificante, en la que el agente fluidificante es seleccionado de entre aire, oxígeno, vapor o una mezcla de los anteriores.

10 Según otro aspecto, el reactor (1) de gasificaci�n anteriormente citado comprende las siguientes salidas de material:

una salida de aglomerados (8), y una salida de corriente de productos (9).

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para gasificaci�n de materiales sólidos orgánicos en un reactor (1) de lecho fluidizado con un cuerpo cilíndrico y un fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida, mediante un flujo de gas circulante que contiene partículas de material fluidizado sólidas caracterizado porque comprende:

a.-) suministrar combustible mediante al menos una entrada (3) para la alimentación del sólido orgánico, b.-) suministrar un agente catalizador o mezcla de este con material inerte mediante una entrada (7) dispuesta a 60� de la entrada (3) de alimentación del sólido orgánico de la etapa a), c.-) introducir un agente fluidificante mediante una entrada (6) situado en la caja de aire o plenum (12), d.-) distribuir el agente fluidificante a través de la base inferior (2`) de la sección tronco c�nica invertida, en la que se encuentra una parrilla distribuidora (10) dotada de una pluralidad de orificios de salida o difusores de tipo tuyer� (11), y e.-) producir la salida de la corriente de producto por la parte superior del reactor (1) de forma transversal a la sección cilíndrica del mismo, mediante un elemento de salida (9).
2.- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende la etapa de suministrar mediante al menos dos entradas (5) de agente de inertizaci�n, el cual es seleccionado de entre nitrógeno, vapor o una mezcla de los anteriores,
3.- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el agente fluidificante es seleccionado de entre aire, oxígeno, vapor o una mezcla de los anteriores.
4.- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende la etapa de recirculaci�n de sólidos arrastrados del lecho, a través de una entrada (4).
5.- Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el volumen ocupado por la sección tronco-c�nica, con relación al volumen total de lecho de partículas es equivalente en porcentaje al ángulo de la sección tronco c�nica medido en grados.
6.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el radio (Rbase) de la base inferior (2`) del reactor de gasificaci�n es igual a la altura (h) de la sección tronco-c�nica: Rbase= h.
7.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico, medida en metros desde la unión de la sección cilíndrica con la sección tronco-c�nica, es igual al seno del ángulo , medido en grados: h2= sen .
8. Procedimiento según reivindicación anterior caracterizado porque el ángulo tiene una inclinación entre 12- 20 grados.
9.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los diámetros mayor (Dcilindro) y menor (Dbase) de la sección tronco-c�nica guardan una

relaci�n igual a: Dcilindro/Dbase = 1+ tangente .
10.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el volumen de lecho ocupado en la sección cilíndrica por encima de la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico es igual al volumen ocupado por la sección tronco-c�nica.
11.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la altura del lecho efectiva (HL) tiene la siguiente relación con el ángulo ( ) de la sección tronco-c�nica y con el radio (Rcilindro) de la sección cilíndrica del reactor: HL=Rcilindro x tangente .
12.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la relación entre la altura de lecho efectiva (HL) y el diámetro de la base (Dcilindro) de la sección cilíndrica del reactor (1) es mayor la que la unidad: HL/Dcilindro>1.
13.- Reactor de gasificaci�n para implementar el procedimiento de reivindicaciones 1 a 12 caracterizado porque es de lecho fluidizado de configuración cilíndrica con fondo (2) con sección tronco-c�nica invertida, con una parrilla distribuidora (10) situada en la base inferior (2`) de la sección tronco-c�nica invertida y dotada con una pluralidad de difusores de tipo “tuy�re” (11).
14. Reactor de gasificaci�n según la reivindicación 13 caracterizado porque comprende las

siguientes entradas de material: al menos una entrada (3) de alimentación de sólidos orgánicos,

una entrada (4) para recirculaci�n de sólidos arrastrados del lecho, una entrada (7) para el catalizador o mezcla de este con material inerte, situada a una altura igual o mayor que la altura de lecho efectiva (HL), al menos dos entradas (5) de agente de inertizaci�n, en la que el agente de 5 inertizaci�n es seleccionado de entre nitrógeno, vapor o una mezcla de los anteriores, una entrada (6) de agente fluidificante, en la que el agente fluidificante es seleccionado de entre aire, oxígeno, vapor o una mezcla de los anteriores.

10 15. Reactor de gasificaci�n según la reivindicación 13 caracterizado porque comprende las

siguientes salidas de material: una salida de aglomerados (8), y una salida de corriente de productos (9).

15 16. Reactor de gasificaci�n según la reivindicación 13 caracterizado porque la cota (h2) de la entrada (3) de alimentación de sólido orgánico, medida en metros desde la unión de la sección cilíndrica con la sección tronco-c�nica, es igual al seno del ángulo , medido en grados: h2= sen .

20 17. Reactor de gasificaci�n según la reivindicación 13 caracterizado porque el ángulo tiene una inclinación entre 12- 20 grados.

ES 2 436 844 Al

ES 2 436 844 Al

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.� solicitud: 201331380

ESPA�A

Fecha de presentación de la solicitud: 23.09.2013

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : B01J8/24 (2006.01) C10J3/56 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categor�a

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A

LEE J M et al. "Catalytic coal gasification in an internally circulating fluidized bed reactor with draft tube". APPLIED THERMAL ENGINEERING, 01.11.1998 VOL: 18 No: 11 P�gs: 1013-1024, puntos 1 y 2, fig 1. 1-17

A

US 2010040510 A1 (RANDHAVA SARABJIT S et al.) 18.02.2010, párrafos [8-13,49-52]; figuras 1,12. 1-17

A

US 2619415 A (HEMMINGER CHARLES E) 25.11.1952, figura 1; columna 4, líneas 31-55. 1-17

Categor�a de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones n�:

Fecha de realización del informe 20.12.2013

Examinador I. González Balseyro Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

N� de solicitud: 201331380

Documentaci�n mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B01J, C10J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

b�squeda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXTUS, TXTEP, TXTGB, XPESP

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINI�N ESCRITA

N� de solicitud: 201331380

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.12.2013

Declaraci�n

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINI�N ESCRITA

N� de solicitud: 201331380

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

LEE J M et al. "Catalytic coal gasification in an internally circulating fluidized bed reactor with draft tube". APPLIED THERMAL ENGINEERING, 01.11.1998 VOL: 18 No: 11 P�gs: 1013-1024, puntos 1 y 2, fig 1. 01.11.1998

D02

US 2010040510 A1 (RANDHAVA SARABJIT S et al.) 18.02.2010

D03

US 2619415 A (HEMMINGER CHARLES E) 25.11.1952
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

El objeto de la invención es un procedimiento de gasificaci�n de materiales sólidos orgánicos y el reactor de lecho fluidizado para llevarlo a cabo.

El documento D01 divulga un proceso de gasificaci�n de un material carbonoso en lecho fluidizado donde se introduce aire y oxígeno a través de un distribuidor de campanas situado en la parte inferior de la sección troncoc�nica invertida, y vapor de agua a través de la pared c�nica. Este proceso no contempla la adición del catalizador de forma independiente a la alimentación por una entrada dispuesta a 60� de la de la alimentación tal y como se recoge en la solicitud. (Ver puntos 1 y 2, fig 1).

El documento D02 divulga un proceso de gasificaci�n de biomasa en lecho fluidizado con sucesivos lechos de expansión donde la biomasa se alimenta en la zona inferior del lecho, as� como el oxígeno y el vapor de agua. Este proceso no menciona la necesidad de un distribuidor de los gases de fluidizaci�n. (Ver párrafos [8-13, 49-52], fig 1 y 12).

El documento D03 divulga un proceso de gasificaci�n de un material carbonoso en un reactor de lecho fluidizado con fondo c�nico donde la alimentación se introduce en el mismo a través de una línea que forma ángulo con la generatriz del reactor. El gas de fluidizaci�n se alimenta por la parte inferior del mismo y se distribuye gracias a un plato perforado situado en la base de la zona cilíndrica del reactor a diferencia de la solicitud que sitúa el plato distribuidor en la base inferior de la sección troncoc�nica. (Ver fig 1, columna 4 líneas 31-55).

Ninguno de los documentos D01-D03 citados o cualquier combinación relevante de los mismos revela un proceso de gasificaci�n de material carbonoso y un reactor para llevarlo a cabo con las características recogidas en las reivindicaciones 1 y 13 de la solicitud, consigui�ndose de esta manera un incremento del tiempo de residencia de la materia en el lecho dando lugar a una mayor conversión a gas.

Por lo tanto, se considera que la invención recogida en las reivindicaciones 1-17 cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva, según lo establecido en los Artículos 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4