ES2229339T3 - Procedimiento y dispositivo que sirve para tratar desechos por gasificacion. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo que sirve para tratar desechos por gasificacion.

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ES2229339T3 ES97909579T ES97909579T ES2229339T3 ES 2229339 T3 ES2229339 T3 ES 2229339T3 ES 97909579 T ES97909579 T ES 97909579T ES 97909579 T ES97909579 T ES 97909579T ES 2229339 T3 ES2229339 T3 ES 2229339T3
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Shuichi Nagato
Takahiro Oshita
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Abstract

Un procedimiento y aparato para tratar residuos por gasificación en dos etapas permite recuperar metales o cenizas presentes en los residuos, en un estado tal que puedan reciclarse, y gases que contienen monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H{sub,2}) para usarlos como gas de síntesis de amoniaco (NH{sub,3}) o para la producción de gas hidrógeno. Los residuos se gasifican en un reactor (3) de lecho fluidizado a baja temperatura. Posteriormente, el material gaseoso y el carbón producidos en el reactor (3) de lecho fluidizado se introducen en un combustor (17) de alta temperatura, se gasifican a alta temperatura y la ceniza se convierte en escoria fundida. Después de la depuración de agua y de la reacción de conversión de CO, el gas se separa en H{sub,2} y gas residual. El gas residual después se suministra al reactor (3) de lecho fluidizado en forma de un gas fluidificador.

Description

Procedimiento y dispositivo que sirve para tratar desechos por gasificación.
Campo técnico
La presente invención consiste en un método y equipo para el tratamiento de residuos mediante gasificación, y, más específicamente, de un método y equipo para el tratamiento de residuos mediante una gasificación en dos fases para recuperar metales o el contenido de ceniza de los residuos en un estado que permita su reciclaje y el de los gases, que se componen principalmente de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H_{2}), para su uso como gas de síntesis del gas de hidrógeno o del amoniaco (NH_{3}).
Tecnología anterior
El amoniaco es un material básico de producción en masa que se emplea en la producción de ácido nítrico, fertilizantes entre los que se encuentran el nitrato amónico, sulfato amónico y urea, cianuro de vinilo, caprolactam y semejantes. Es un catalizador sintetizado del nitrógeno (N_{2}) y gas de hidrógeno (H_{2}) en condiciones de alta presión. El gas de hidrógeno se ha producido ya sea mediante un proceso de reformado por vapor del gas natural o nafta, o por la combustión parcial, es decir, la gasificación de hidrocarburos como el petróleo, aceites pesados, residuos de destilación de petróleo, carbón, alquitrán o coque de petróleo.
Dado que la mayoría de los materiales necesarios para producir hidrógeno se tienen que importar del extranjero, los productos químicos derivados del amoniaco han perdido competitividad en el mercado mundial tras las crisis del petróleo. Por este motivo, se han querido conseguir materiales que sean económicos y que se puedan conseguir en el mercado nacional.
Hasta la fecha era habitual tratar residuos orgánicos tales como los residuos municipales, residuos plásticos, incluidos los plásticos reforzados con fibra, residuos de biomasa y desechos de automóvil mediante la incineración para reducir su volumen para su recuperación o se desechaban sin tratar en cualquier vertedero.
Por ello, solamente se había recuperado una pequeña cantidad de los recursos de los residuos orgánicos para su reciclaje, sin importar si era para su uso directo o indirecto.
Por otro lado, la incineración de materia orgánica ha sido poco ventajosa por las razones siguientes:
Hasta la fecha se han utilizado hornos de carbón o de lecho fluido para la incineración de desechos orgánicos. No obstante, este tipo de incineración ha resultado problemático en lo que respecta a la conservación del medioambiente o del reciclaje de recursos o a la energía. Más específicamente, se liberan grandes cantidades de gases de escape como consecuencia de la alta proporción de aire y las dioxinas tóxicas que contienen estos gases. Además, los metales que se expulsan del horno no pueden reciclarse por sufrir una grave corrosión y los vertederos son cada vez más escasos. Últimamente está aumentando el número de instalaciones para el tratamiento de residuos que incorporan equipos para el fundido de cenizas, pero esto ha conllevado un problema, a saber: el incremento en los costes de construcción y/o los costes operativos de dichas instalaciones. Además, se está imponiendo recientemente la tendencia de emplear la energía de los residuos más eficazmente.
Se ha hecho también más difícil realizar vertidos de residuos en terrenos recuperados dada la escasez de vertederos y tampoco se ha permitido desde el punto de vista de la conservación medioambiental. Por ello, el problema relativo al entierro de basuras dañinas, tales como el polvo procedente de las trituradoras de chatarra de coches está empeorando de día en día.
Además, cuando se utiliza una gran cantidad de vapor con el gas de oxígeno (O_{2}) como agente gasificante en el reactor de lecho fluido aumentan los costes operativos. Incluso si se utiliza aire, que es fácil de conseguir, como agente gasificante, existe un límite para la cantidad de aire debido a la limitación establecida sobre la cantidad de nitrógeno necesario para la síntesis del amoniaco.
DE-A-44 35 349 muestra un proceso de gasificación en el que los desechos se gasifican en un combustor de lecho fluido, el gas generado y la hulla residual se introducen en un combustor y gasifican a elevadas temperaturas para producir gas, y el gas resultante se enfría al ponerlo en contacto directo con agua para producir gas de síntesis enfriado y escoria granulada. Además, se sugiere que el gas de síntesis producido se refine mediante un proceso de intercambio de calor, limpieza y enfriamiento por agua, y desulfurización, y el gas de síntesis refinado se pase a una reacción de conversión del CO. No obstante, la presente patente previa no expone que el producido como resultado de la reacción de conversión del CO se divida en H_{2} y gas residual, y este último se devuelva al horno de lecho fluido como gas fluidificante. Además, esta patente no explica que el gas generado por contacto directo entre el gas producido y el agua se utiliza junto con el gas de síntesis enfriado para realizar una reacción de conversión del CO. Es decir, en esta patente previa, cuando se somete el gas de síntesis al intercambio de calor y a la limpieza y enfriamiento por agua, la mayor parte del vapor existente en el gas de síntesis se expulsa. Esta patente tampoco explica que el gas de síntesis se pase a la reacción de conversión del CO sin separar el CO_{2} existente en el mismo.
EP-A-0 008 469 muestra un proceso de gasificación en el que se gasifican los combustibles sólidos principalmente por vapor en un primer horno de lecho fluido para conseguir el gas del producto, los sólidos que se producen en el primer horno de lecho fluido se recogen y pasan a un segundo horno de lecho fluido para su gasificación con O_{2} y vapor, y la mayor parte (preferentemente, la totalidad) del gas del producto generado en el segundo horno de lecho fluido se devuelve al primero para su uso como gas fluidificante. Además, esta patente anterior menciona que el gas del producto del segundo horno de lecho fluido se purifica para quitar el CO_{2}, y este CO_{2} que se ha retirado se devuelve junto con el gas del producto del segundo horno de lecho fluido al primero como agente gasificante. No obstante esta patente anterior no explica que el vapor se genera al poner en contacto el gas de síntesis con el agua directamente y que el vapor generado se pasa junto con el gas de síntesis enfriado a la reacción de conversión del CO. Además esta patente no explica que el gas de síntesis se pasa a la reacción de conversión del CO sin separar el CO_{2}, y el gas del producto obtenido por la reacción de conversión del CO se divide en H_{2} y gas residual, y éste último se devuelve al horno de lecho fluido como gas fluidificante.
US-A-4 583 993 muestra un proceso de gasificación en el que se provoca una reacción del coque con CO_{2} y O_{2} en un generador de CO, el CO_{2} se separa del gas producido (gas de síntesis) y el gas recuperado rico en CO se somete a la reacción de conversión del CO y entonces se separa el CO_{2} del gas obtenido por la reacción de conversión del CO y se devuelven ambos CO_{2} al generador de CO. El vapor necesario para la reacción de conversión del CO se suministra desde la fuente externa. No obstante, esta patente previa no expone que el vapor se genere al poner en contacto el gas de síntesis directamente con el agua y el vapor generado se aporte, junto con el gas de síntesis enfriado, a la reacción de conversión del CO. Además, esta patente anterior no dice que el gas de síntesis pase a la reacción de conversión del CO sin separar el CO_{2} y el gas del producto obtenido por la reacción de conversión del CO se divida en H_{2} y gas residual, y que éste se devuelva al primer horno de lecho fluido como gas fluidizante.
EP-A-0 217 505 muestra un proceso de gasificación en el que el material carbonáceo se gasifica por aire en un horno de gasificación de lecho fluido, el gas producido (gas de síntesis) se somete al intercambio de calor para generar vapor, el vapor generado se envía a la turbina para su uso en la generación de electricidad, el gas que se produce, del que se separan los componentes ácidos, tales como el CO_{2}, mediante metanol frío se pone en contacto con agua caliente que se ha aportado por separado con el fin de saturar el gas producido con vapor, y el gas producido saturado de vapor pasa a la reacción de conversión del CO. No obstante, esta patente anterior no menciona que el vapor se genere al poner en contacto el gas de síntesis directamente con agua y vapor generado se suministre junto con el gas de síntesis enfriado a la reacción de conversión del CO. Además tampoco detalla que el gas de síntesis se suministre a la reacción de conversión del CO sin separar el CO_{2}, y el gas del producto obtenido por la reacción de conversión del CO se divida en H_{2} y gas residual, y este gas residual se devuelva al primer horno de lecho fluido como gas fluidificante.
Descripción de la invención
Uno de los objetivos de la presente invención es suministrar un método y equipo para el tratamiento de residuos mediante una gasificación en dos etapas que permitan recuperar recursos de los desechos para su reciclaje, la producción de gas de síntesis que cuente con componentes para su uso como gas de síntesis de amoniaco mediante una combustión parcial, la resolución de distintos problemas causados por la incineración o enterramiento de basura orgánica y la obtención de un gas de síntesis de bajo coste que permita conseguir gas de hidrógeno o amoniaco.
Para poder lograr el objetivo citado arriba, de acuerdo con uno de los aspectos de la presente invención, se ofrece un método para el tratamiento de residuos por gasificación que consiste en gasificar los residuos en un reactor de lecho fluido a una temperatura relativamente baja, introducir el material gaseoso y la hulla residual producidos en el reactor de lecho fluido en un combustor de alta temperatura; producir gas de síntesis en el combustor de alta temperatura a una temperatura relativamente alta; convertir el gas de síntesis mediante una reacción de cambio de CO tras realizar tareas de limpieza para quitar los componentes ácidos; producir hidrógeno mediante un proceso de separación de gases; y aportar el gas residual al lecho fluido del reactor de lecho fluido.
El proceso de separación de gas se puede llevar a cabo por la adsorción por presión cíclica (PSA, presión swing adsorption) o mediante una la membrana de separación del gas de hidrógeno.
Según otros aspectos de la invención, se proporciona un método para tratar residuos mediante su gasificación que consiste en: gasificar los residuos en un reactor de lecho fluido a una temperatura relativamente baja; introducir material gaseoso y hulla residual producidos en el reactor de lecho fluido en un combustor de alta temperatura; producir gas de síntesis en el combustor de alta temperatura; convertir el gas de síntesis por reacción de cambio de CO; quitar los componentes ácidos del gas de la reacción de cambio de CO para obtener gas de hidrógeno; proporcionar una parte de los componentes ácidos citados al reactor de lecho fluido. La reacción de cambio de CO mencionada anteriormente se puede llevar a cabo tras quitar los componentes ácidos existentes en el gas de síntesis.
Según otro aspecto más de la presente invención, se suministra un equipo para el tratamiento de desechos mediante la gasificación, que consiste en: un reactor de lecho fluido para gasificar los desechos a una temperatura relativamente baja para producir material gaseoso y hulla residual; un combustor de alta temperatura para producir el gas de síntesis a unas temperaturas relativamente elevadas; una cámara de refrigeración que contiene agua para enfriar el gas de síntesis; una depuradora por vía húmeda para quitar los componentes ácidos del gas procedente de la cámara de enfriamiento; un convertidor de cambio de CO para llevar a cabo la reacción de cambio de CO y convertir el CO, H_{2}O del gas de la depuradora por vía húmeda en CO_{2}; un separador de gas para dividir el gas existente en gas de hidrógeno y gas residual; y un conducto para llevar el gas residual al reactor de lecho fluido.
Según otro aspecto más de la presente invención, se proporciona un equipo para el tratamiento de desechos por gasificación que consiste en: un reactor de lecho fluido para gasificar desechos a una temperatura relativamente baja para producir material gaseoso y hulla residual; un combustor de alta temperatura para introducir el gas de síntesis a una temperatura relativamente alta; una cámara de refrigeración que contiene agua para enfriar dicho gas de síntesis; un convertidor de cambio de CO para llevar a cabo la reacción de cambio de CO con el fin de convertir el CO y H_{2}O del gas de dicha cámara de refrigeración en CO_{2} y H_{2}; una unidad para expulsar los gases ácidos con el fin de quitar los componentes ácidos existentes en el gas tras la reacción de cambio de CO; y un conducto para llevar parte de dichos componentes ácidos al reactor de lecho fluido.
La unidad para quitar el gas ácido se puede situar entre la cámara de refrigeración y el convertidor de cambio de CO.
La gasificación en dos etapas de la presente invención se puede llevar a cabo bajo condiciones de presión atmosférica normal, pero se puede realizar económicamente bajo la presión de entre 5 y 90 atmósferas, preferentemente entre 10 y 40 atmósferas. Como agente gasificante se puede utilizar aire y/o el oxígeno obtenido mediante separación del aire. Otra posibilidad sería añadir vapor o dióxido de carbono (CO_{2}) a éstos.
La temperatura del lecho fluido del reactor de lecho fluido estará preferiblemente entre 450 y 950ºC. Los residuos tendrán preferentemente un valor calorífico inferior medio de 3500 kcal/kg o mayor. Si el valor calorífico inferior medio de los desechos fuera de 3500 kcal/kg o menor, se puede añadir un combustible adicional a éstos para que aumente su valor calorífico inferior medio a 3500 kcal/kg o más. Como combustible suplementario se puede utilizar un combustible fósil tal como el carbón o coque del petróleo.
Se preferirá utilizar como reactor de lecho fluido la presente invención un reactor de lecho fluido de flujo giratorio. En el reactor de lecho fluido de flujo giratorio se forma un flujo giratorio del medio fluidificado en el lecho fluido mediante controlar la velocidad lineal del gas fluidificante. El lecho fluido de flujo giratorio cuenta con unas funciones de dispersión y trituración de la hulla residual superiores a las del lecho fluido del tipo de burbuja en el que la velocidad lineal del gas fluidificante es uniforme. Además el reactor de lecho fluido de flujo giratorio es más sencillo estructuralmente y de menor tamaño que los reactores de lecho fluido de circulación externa. El reactor de lecho fluido de flujo giratorio tiene una forma cilíndrica y vertical puesto que funciona en condiciones de presurización.
En el combustor de alta temperatura, el material gaseoso que contiene la ceniza y hulla residual producidos en el reactor de lecho fluido se gasifican a una temperatura superior a la del punto de fundición de la ceniza. La temperatura del combustor de alta temperatura es de 1200ºC o superior.
En la presente invención, la cantidad total de oxígeno que se suministra al reactor de lecho fluido y al combustor de alta temperatura puede estar entre el 0,1 y el 0,6 de oxígeno teórico para la combustión. La cantidad de oxígeno que se suministra al reactor de lecho fluido puede estar entre el 0,1 y el 0,3 del oxígeno teórico para la combustión.
El reactor de lecho fluido tiene una atmósfera reductora y, por ello, se pueden recuperar los metales existentes en los residuos sin corrosión desde el fondo del reactor de lecho fluido. Además la temperatura del combustor de alta temperatura se establece en 1200ºC o más para que la temperatura de esta cámara esté entre 50º y 100ºC sobre el punto de fundición de la ceniza de modo que el contenido de ceniza se elimine como escoria fundida desde la parte inferior del combustor.
En la presente invención se suministra una unidad separadora de gases para separar el gas en gas de nitrógeno y gas de oxígeno. En el caso de se produzca amoniaco, se pueden suministrar los medios para llevar el gas de nitrógeno separado a un reactor de síntesis de amoniaco y para llevar el gas de oxígeno separado al reactor de lecho fluido y/o el combustor de alta temperatura.
Los desechos que se utilizan en la presente invención pueden ser residuos municipales, residuos plásticos incluidos los plásticos reforzados con fibra, residuos de biomasa, desechos de automóvil, carbón de baja calidad, aceite usado y combustibles alternativos tales como los CDD (combustibles derivados de desperdicios) y la MSA (mezcla sólido-agua) obtenidos de los desechos anteriores.
Los combustibles alternativos incluyen los combustibles derivados de desperdicios que se producen al pulverizar y clasificar los desechos municipales, añadir cal viva y compactarlos para su granulación, y la mezcla sólido-agua que se produce al triturar los desechos municipales, añadir agua y mezclar hasta convertir en un combustible oleoso mediante una reacción hidrotermal. Los desechos de biomasa incluyendo desechos de depuradoras o plantas de depuración de aguas cloacales (materiales desplazados, residuos de la criba, fangos de depuración y semejantes), desechos agrícolas (cascarilla y paja de arroz, excedentes o semejantes), desechos forestales (serrín, corteza, madera de corte en planchas o semejantes) desechos industriales (polvo de pulpa/astillas o semejantes) y desechos de construcción. El carbón de baja calidad incluye la turba con nivel bajo de carbonificación o desperdicios de la preparación de carbón.
La presente invención también se puede emplear con materiales orgánicos entre los que se incluyen la pizarra bituminosa, basuras, cuerpos de animales, ropa y papel usados y cualquier otro material.
Los anteriores y otros objetos, características y ventajas de la presente invención serán más evidentes tras la siguiente descripción que se acompaña de los correspondientes gráficos, que ilustran la forma física de la presente invención a modo de ejemplo.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama esquemático del equipo que realiza el método de tratamiento según una primera concepción de la presente invención;
la Fig. 2 es un diagrama esquemático del equipo que realiza el método de tratamiento según una segunda concepción de la presente invención;
la Fig. 3 es un diagrama esquemático del equipo que realiza el método de tratamiento según una tercera concepción de la presente invención;
la Fig. 4 es un diagrama de flujo que muestra el proceso de síntesis del amoniaco (NH_{3}) a partir de residuos, según una concepción de la presente invención;
la Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra un proceso para la producción de amoniaco (NH_{3}) a partir de residuos, según otra concepción de la presente invención;
la Fig. 6 es un diagrama de bloques que muestra otro proceso para la producción de hidrógeno en gas (H_{2}) a partir de residuos, según una concepción de la presente invención;
la Fig. 7 es un diagrama esquemático del equipo conocido para la clasificación y combustión de desechos; y
la Fig. 8 es un gráfico que muestra las características de pirólisis de CDD en una atmósfera de nitrógeno.
Realización óptima de la invención
A continuación se describe un método y equipo para el tratamiento de residuos por gasificación, haciendo referencia a los dibujos.
En la presente invención, entre otros residuos orgánicos se pueden emplear uno o más de los siguientes: residuos municipales, combustibles derivados de desperdicios, la mezcla sólido-agua, residuos plásticos, residuos de plásticos reforzados con fibra, residuos de biomasa, desechos de automóvil, carbón de baja calidad y aceite usado. Dependiendo de las propiedades de los residuos orgánicos, se pueden añadir a los residuos orgánicos combustibles fósiles tales como carbón o coque de petróleo como combustible suplementario.
La gasificación en dos fases de la presente invención es una combinación de la gasificación a temperaturas relativamente bajas y a temperaturas relativamente altas; se utiliza un reactor de lecho fluido para la gasificación a temperaturas relativamente bajas y un el combustor de alta temperatura para la gasificación a temperaturas relativamente altas. En el reactor de lecho fluido empleado para la gasificación a bajas temperaturas, el lecho fluido se mantiene a una temperatura de entre 450 y 950º para realizar una combustión parcial, es decir, gasificar los residuos suministrados. Los metales, tales como el hierro o cobre, que se encuentren entre los residuos se pueden recuperar sin corrosión del reactor de lecho fluido. Un material compuesto típico de metal y plástico es el cable y los plásticos que cubren el alambre de cobre son pirolizados y eliminados totalmente en el reactor de lecho fluido y solamente se recupera el alambre de cobre sin sufrir corrosión, en una condición adecuada para su reciclaje. En el combustor de alta temperatura que se emplea para la gasificación a altas temperaturas, se quema parcialmente el gas que contiene hulla residual y alquitrán procedentes del reactor de lecho fluido, es decir, se gasifica instantáneamente a una temperatura de 1200ºC o superior, y el contenido de la ceniza se elimina como escoria fundida de la parte inferior del combustor de alta temperatura.
En el caso de que se emplee un combustor de tipo giratorio como combustor de alta temperatura, se puede realizar una combustión de carga superior para permitir que dicha cámara sea de pequeño tamaño. Dada la fuerza centrífuga del flujo giratorio, el vaho de la escoria generado por la combustión de la hulla residual se fija a la pared interna del combustor para formar la fase de escoria fundida, de modo que se consiguen una elevada recuperación de escoria, de entre el 80 y el 90%. Esto reduce la carga de un dispositivo de recuperación de calor y un recuperador de polvo que se suministra a continuación del combustor. Por ello es preferible utilizar el combustor de tipo giratorio.
En caso de que se realice la síntesis de amoniaco, se emplea como agente gasificante en el reactor de lecho fluido una mezcla de vapor y gas de oxígeno obtenido mediante la separación del aire, mientras que el gas de nitrógeno obtenido de la separación del aire se puede utilizar para la síntesis del amoniaco. La separación del aire se puede realizar mediante una separación a bajas temperaturas, un proceso de adsorción como puede serlo el PSA o TSA y el método que emplea una membrana de separación.
Además, al utilizar aire como parte del agente gasificante, se produce un gas cuya proporción molar de H_{2} a N_{2} es de 3:1, y el gas producido se emplea para la síntesis del amoniaco. Es decir, como agente gasificante provisto al reactor de lecho fluido, para evitar la formación de aglomeración o escoria, es necesario reducir el contenido de gas de oxígeno hasta alcanzar entre un 20 y un 30%. Si se emplea una mezcla de gas de oxígeno y vapor como agente gasificante, se requerirá una gran cantidad de vapor. No obstante en caso de que se produzca amoniaco como producto final, será posible utilizar aire. El motivo es que si el gas de nitrógeno permanece en el gas que se produce y la fracción molar de H_{2} a N_{2} es de 3:1, el gas producido podrá utilizarse para la síntesis del amoniaco tal cual está.
En la presente invención, el equipo consta de un reactor de lecho fluido para la combustión parcial de los residuos orgánicos, una cámara de gasificación en el combustor de alta temperatura para los materiales gaseosos y hulla residual sometidos a combustión parcial del reactor de lecho fluido a altas temperaturas, y una cámara de refrigeración para enfriar el gas de la cámara de gasificación. Para enfriar el gas, se prefiere hacerlo mediante contacto directo con el agua. Al hacerlo así, el gas, que se encuentra a la elevada temperatura de 1300ºC o más, desciende instantáneamente hasta unos 200ºC y de este modo se evita que las dioxinas vuelvan a sintetizarse posteriormente porque el gas a altas temperaturas pasa rápidamente por la temperatura adecuada para que esto ocurra, entre 300ºC y 500ºC, y los catalizadores necesarios para esta síntesis, tales como el CuCL_{2}, quedan totalmente separados del gas por este procedimiento. El equipo, además, consta de un depurador más adelante en el recorrido de la cámara de refrigeración para quitar el HCl y polvo del gas, un convertidor de CO para convertir el CO y H_{2}O del gas en CO_{2} y H_{2}, un eliminador de gases ácidos para absorber gases como el CO_{2}, H_{2}S y COS, un refinador de gas para quitar el CO y CO_{2}, que son perjudiciales para el catalizador de síntesis del amoniaco, o para hacer que el CO y CO_{2} no sean dañinos, y un reactor para sintetizar NH_{3} al hacer que reaccionen el H_{2} refinado con N_{2}.
Además, el equipo preferentemente incluirá un separador de aire y los medios para introducir el gas de oxígeno separado en el reactor de lecho fluido y/o el combustor de alta temperatura.
Se ha desarrollado un sistema de gasificación y combustión a altas temperaturas, como nueva tecnología para el tratamiento de residuos adecuada para la conservación medioambiental en lugar de la incineración, y el equipo de la presente invención utiliza básicamente este sistema. Si se utiliza para el tratamiento de residuos, este sistema presenta las siguientes ventajas:
1.
Dado que se realiza la combustión del gas en lugar de la combustión de sólidos, se consigue una combustión con una baja proporción de aire de 1:3, con lo que se reduce significativamente la cantidad de gases de escape.
2.
Dada la combustión a altas temperaturas, las dioxinas y los precursores de las mismas de los gases de escape prácticamente se pueden descomponer.
3.
Se puede recuperar el contenido de ceniza de los residuos como escoria inofensiva de la no surgen materiales dañinos. De este modo se puede prolongar la vida del terreno recuperado y la escoria se puede utilizar como materia prima para pavimentos.
4.
Al incorporarse al sistema distintas funciones para la descomposición de las dioxinas y para la fundición de la ceniza, toda la instalación puede tener un pequeño tamaño, el costo de construcción de la misma es inferior al de las instalaciones convencionales de incineración, a las que se han añadido las dos funciones anteriores. La reducción en la cantidad de gases de escape lleva aparejada también una reducción en el coste de equipos necesarios para el tratamiento de dichos gases.
5.
Dado que se puede utilizar eficazmente la energía del gas, hulla residual y alquitrán producidos en el reactor de lecho fluido para generar escoria fundida, se puede ahorrar la energía eléctrica necesaria para el equipo que debe derretir la ceniza, de modo que se reducen notablemente los costes operativos.
6.
Es posible utilizarlo en un sistema de generación eléctrica de gran eficacia.
7.
Se puede recuperar metales tales como el hierro o cobre sin sufrir corrosión, en un estado que permite su reciclaje.
8.
Dado que el gas generado mediante la gasificación a altas temperaturas se enfría directamente, el gas refinado de síntesis no contiene dioxinas.
Aunque se emplea aire en el proceso de incineración como fuente de gas de oxígeno, en la presente invención se emplea gas de oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno para la combustión parcial de los residuos, y de este modo se recupera gas combustible compuesto principalmente de CO y H_{2}. De acuerdo con la presente invención, el sistema de gasificación y combustión a altas temperaturas se usa para combinar con una instalación productora de gas de hidrógeno y una de producción de amoniaco, de modo que se gasifican de una vez los desechos orgánicos, entre los que se pueden contar los desechos municipales, desechos plásticos, plásticos reforzados con fibra, carbón de poca calidad y aceite usado, y de este modo se soluciona los problemas que causan de incineración o vertido de residuos orgánicos y se utilizan éstos de manera eficaz.
Se prefiere utilizar un sistema de gasificación y combustión a altas temperaturas que combine un reactor de lecho fluido y un combustor de alta temperatura en el reactor de lecho fluido; como medio fluidificado se puede utilizar arena de sílice o arena olivina, alúmina, hierro granulado, piedra caliza, dolomita u otras semejantes.
De entre estos residuos, los municipales, de biomasa, plásticos y los desechos de automóvil se trituran hasta alcanzar un tamaño aproximado de 30 cm. El combustible derivado de desperdicios y la mezcla sólidos-agua se emplean tal cual. El carbón de baja calidad se tritura hasta alcanzar un tamaño de 40 mm o menor.
Los residuos detallados anteriormente se separan y cargan por separado en distintas tolvas, se mezclan bien en éstas y pasan al reactor de lecho fluido. Los residuos que se encuentran en la tolva pueden llevarse al reactor de lecho fluido por separado o una vez mezclados.
Es posible suprimir la fluctuación del valor calorífico de los residuos por medio de añadir a los desechos carbón o coque de petróleo como combustible adicional según la calidad (valor calorífico y humedad) de los residuos orgánicos que se han de gasificar. La cantidad de combustible adicional que se deberá añadir quedará determinada por la calidad de los residuos. Según cálculos de prueba, sería deseable, desde un punto de vista económico, que el valor calorífico inferior medio de los residuos orgánicos como materia prima sea de 3500 kcal/kg o superior.
Los desechos no orgánicos pasan al reactor de lecho fluido y se les gasifica en éste a una temperatura de entre 450º y 950ºC, y una segunda vez a una temperatura de 1200ºC o superior en el combustor de alta temperatura. Como agente gasificante se mezclan gas de oxígeno, aire y vapor y, si es necesario, se precalientan. Además, se puede emplear dióxido de carbono en lugar de vapor. La cantidad de calor necesaria para la gasificación en las distintas etapas se puede obtener mediante la combustión parcial de los desechos. A esto se le denomina "tipo de calentamiento interno". El gas, el alquitrán y la hulla residual se generan por gasificación en el lecho fluido. En caso de que la temperatura de éste sea baja, aumenta el ritmo de generación de alquitrán y hulla residual y desciende el de generación de gas. Los metales que tengan un punto de fusión superior a la temperatura del lecho fluido se expulsan junto con el medio fluidificado y los cascotes del fondo del reactor sin ser vaporizados. Las sustancias expulsadas pasan a un clasificador donde se les separa entre elementos incombustibles de gran tamaño que contienen metales sobre la criba y medio fluidificado de menor tamaño bajo ésta. Los elementos valiosos, tales como los metales, se separan de los incombustibles y el medio fluidificado se devuelve al reactor. El reactor de lecho fluido tiene una porción de mayor diámetro sobre el lecho fluido a la que se denomina "francobordo". El francobordo sirve para evitar la salida del medio fluidificado y de la hulla residual y suprimir las posibles fluctuaciones de presión. En esta invención, es posible que una parte del agente gasificante pase al francobordo para gasificar el gas y la hulla residual que se encuentra en él a una temperatura de entre 600º y 950ºC mientras el lecho fluido se mantiene una temperatura de entre 450º y 650ºC para recuperar metales cuyo punto de fusión sea relativamente bajo, tales como el aluminio. La gasificación de las sustancias se lleva a cabo a una temperatura de 1200º o superior en el siguiente combustor de alta temperatura, de modo que se produce gas compuesto principalmente de H_{2}, CO, CO_{2}, N_{2} y H_{2}O. Si no se emplea aire como agente gasificante, el gas que se produzcan no contendrá N_{2}. El contenido de ceniza se convierte en escoria fundida que, a su vez se expulsa del fondo de la cámara de gasificación y se enfría al ponerla en contacto con agua en la cámara de refrigeración, y la escoria granulada se puede utilizar como grava u otro material de construcción.
A continuación se describirá la razón por la que se mantiene el lecho fluido del reactor de lecho fluido a una temperatura de entre 450º y 950ºC.
La Fig. 8 muestra las características de pirólisis del CDD en una atmósfera de nitrógeno. En un proceso de gasificación primario llevado a cabo en el reactor de lecho fluido, se desea generar la mayor cantidad de componentes gaseosos posible, incluidos gas y alquitrán, y la menor cantidad de contenido en ceniza. Los componentes sólidos, es decir, la hulla residual, que son de pequeño diámetro, se pasan al combustor de alta temperatura con el flujo ascendente del gas generado en el reactor de lecho fluido, pero los componentes sólidos de mayor diámetro se expulsan junto con los materiales no combustibles desde el fondo del reactor.
Según desciende la temperatura de pirólisis, aumenta la proporción de componentes sólidos que se genera. Si el ritmo de generación de componentes sólidos es elevado, la cantidad de este tipo de componentes que se expulsan del fondo del reactor deberá aumentar para evitar que se acumulen en el lecho fluido. Los componentes sólidos expulsados del reactor se volverán a utilizar una vez se separen de éstos la arena y los materiales no combustibles, pero resulta deseable reducir la cantidad de componentes sólidos que se expulsan del reactor. Además la tasa de reacción de pirólisis se hace extremadamente lenta a una temperatura de 450º o inferior y los materiales sin descomponer se tienden a acumular en el lecho fluido, por lo que el funcionamiento del reactor se hace más difícil. Por el contrario, al aumentar la temperatura de lecho fluido, la tasa de generación de componentes sólidos disminuye, lo que resulta favorable para la gasificación de los desechos.
No obstante, aumentar la temperatura de pirólisis produce en el lecho fluido unos problemas concretos, tales como la producción de aglomeración o escorias. Por ello, la temperatura crítica que no ocasiona los fenómenos citados anteriormente dependerá de los residuos y del tipo de medio fluidificado se emplee y está en torno a los 950º. Por consiguiente, la máxima temperatura del lecho fluido se establece en los 950º.
La mayoría de los residuos contiene metales, y es importante recuperarlos sin que sufran corrosión para poder reciclarlos. Entre los metales, para poder recuperar aluminio, la temperatura del lecho fluido debe ser inferior a 660ºC, ya que ésta es su temperatura de fusión.
No obstante, en el caso de la gasificación bajo condiciones presurizadas, existen algunos casos en los que la temperatura de gasificación en el reactor de lecho fluido se eleva para garantizar una cierta tasa de reacción incluso si esto significa que no se pueda recuperar el aluminio.
En general, en caso de que se produzca gas de síntesis para su uso como materia prima para la industria química, la gasificación se llevará a cabo bajo una presión de entre 5 y 90 atmósferas. Sin embargo, se puede considerar que la gasificación se lleva a cabo bajo una presión atmosférica normal y la refinación del gas generado tras la conversión del CO se realiza con una presión de entre 30 y 40 atmósferas. Como agente gasificante se utiliza generalmente en el reactor de lecho fluido una mezcla de gas de oxígeno puro (O_{2}), obtenido mediante la separación a baja temperatura del aire, y vapor, pero el CO_{2} que se recupera al quitar el gas ácido se puede añadir al gas de oxígeno. El gas de nitrógeno obtenido mediante la separación a bajas temperaturas se puede utilizar en la síntesis del amoniaco (NH_{3}). Otra opción es utilizar aire como parte del agente gasificante. Al controlar la tasa de composición del agente gasificante para que la proporción de H_{2} a N_{2} del gas que se produzcan sea de 3:1 tras la conversión del CO, se puede utilizar directamente el gas producido para la síntesis de amoniaco. No obstante, este método presenta desventajas puesto que la tasa de flujo del gas producido aumenta y esto tiene como resultado que se debe aumentar el tamaño de los equipos para la refinación del gas.
Si se utiliza basura orgánica como materia prima para el H_{2} o para el gas de síntesis del amoniaco, es necesario garantizar la cantidad de residuos y hacer que ésta se mantenga estable. Además, se debe tener en consideración el cambio en la calidad de los residuos durante el funcionamiento del sistema.
Para poder solucionar el problema anterior, según la presente invención, cuando el sistema no pueda funcionar de manera estable únicamente con los residuos, o si el sistema está en fase de puesta en marcha, se puede añadir un combustible sólido, como, por ejemplo, carbón o coque de petróleo, que tienen un elevado valor calórico y unas propiedades estables y que se emplean, de hecho, para la producción de H_{2}. Es decir, al añadir carbón, coque de petróleo o aceite pesado a los residuos para que contengan entre el 20 y el 40% del total, se puede hacer que los materiales que se han de gasificar se estabilicen tanto en calidad como en cantidad. Cuando la calidad de los residuos baje por cualquier causa durante el proceso, y la concentración de H_{2} o de CO del gas producido descienda, se pueden estabilizar las propiedades del gas al aumentar el porcentaje de mezcla del combustible sólido. El carbón que se emplee el sistema no puede ser uno de baja calidad, al que se considera de desecho, sino uno subbituminoso o bituminoso, con un elevado grado de carbonización.
La Fig. 7 muestra un ejemplo de referencia del sistema de gasificación y combustión a altas temperaturas que se utiliza para la incineración, es decir, la combustión total de los residuos.
El equipo que se muestra la Fig. 7 incluye una tolva 1, un conducto de alimentación constante para la introducción de los residuos 2, y un reactor de lecho fluido 3 con su lecho fluido 4. El reactor de lecho fluido 3 cuenta con un francobordo 5 y un quemador 6, está conectado a un tromel 7 que, a su vez, está conectado a un transportador de cubos 8. El equipo también incluye un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 9 con una cámara de combustión primaria 10, una cámara de combustión secundaria 11 y una cámara de separación de escorias 12. El combustor de alta temperatura de tipo giratorio 9 cuenta con quemadores 13. En la Fig. 7, "a" representa los residuos orgánicos, "b" representa el aire para la fluidización, "b" representa el aire para la entrada en el francobordo, "b" representa el aire para el combustor de alta temperatura 9, "c" representa los materiales no combustibles de gran tamaño, "d" representa la arena de sílice, "e" representa el gas generado, "e_{1}" representa el gas de escape y "f" representa la escoria.
Los residuos orgánicos "a" que, si es necesario, se han triturado, se introducen en la tolva 1, y entonces pasan por un conducto de alimentación constante 2 al reactor de lecho fluido 3. El aire "b" se introduce como agente gasificante al reactor de lecho fluido 3 desde su parte inferior, para formar un lecho fluido 4 de arena de sílice sobre un distribuidor en el reactor de lecho fluido 3.
Los residuos orgánicos "a" se introducen en el lecho fluido 4, entran en contacto con el gas de oxígeno del aire de lecho fluido 4, que se mantiene a una temperatura de entre 450º y 650ºC, y quedan rápidamente pirolizados y gasificados. El medio fluidificado y los elementos no combustibles se expulsan del fondo de reactor de lecho fluido 3 y pasan al tromel 7, donde se retiran los elementos no combustibles "c". La arena de sílice "d" que se ha separado se devuelve al reactor de lecho fluido 3 mediante un transportador de cubos 8 desde el extremo superior de éste. Los materiales no combustibles "c" separados contienen metales. El lecho fluido 4 se mantiene en una temperatura de entre 500º y 600ºC para que se puedan recuperar sin que sufran corrosión el hierro, cobre y aluminio.
Cuando los residuos "a" se gasifican en el lecho fluido 4, se genera gas, alquitrán y hulla residual. El gas y el alquitrán ascienden por el reactor de lecho fluido 3. La hulla residual queda pulverizada por una acción de movimiento del lecho fluido 4. Dado que la hulla residual es porosa y ligera, sube con el flujo ascendente del gas, y puesto que el medio fluidificado del lecho 3 es de arena de sílice dura, se estimula su pulverización. El aire "b" se introduce en el francobordo 5 para gasificar el gas, el alquitrán y la hulla residual a una temperatura de entre 600º y 950ºC para entonces convertir el gas, alquitrán y hulla residual en componentes moleculares.
El gas producido "e" y expulsado del reactor de lecho fluido 3 pasa a la cámara de combustión primaria 10 del combustor de alta temperatura de tipo giratorio 9, y se produce la combustión a una temperatura de 1200ºC o superior mientras se mezcla con aire "b" precalentado en un flujo que gira. La combustión se completa en una segunda cámara de combustión 11, y el gas de escape generado "e_{1}"se expulsa de la cámara de separación de escorias 12. Dada la elevada temperatura del combustor de alta temperatura de tipo giratorio 9, el contenido de ceniza de la hulla residual se convierte en un vaho de escoria y queda atrapado por la fase de escoria fundida en una pared interna de la cámara de combustión primaria 10 por la acción de las fuerzas centrífugas del flujo giratorio. La escoria fundida fluye hacia la parte inferior de la pared interna y entra en la cámara de combustión secundaria 11, de la cual se expulsa la escoria "f" por una abertura de la cámara de separación de escoria 12. Las cámaras de combustión primaria y secundaria 10 y 11 cuentan con sus quemadores respectivos 13 para la puesta en marcha. De este modo la combustión se realiza con una proporción de aire de 1:3 y el contenido de ceniza se convierte en escoria fundida.
A continuación, se describirá la presente invención detalladamente haciendo referencia a los esquemas.
La Fig. 1 muestra un sistema de gasificación en dos fases de la presente invención. El sistema que aparece en la Fig. 1 sirve para producir gas de síntesis para obtener amoniaco y tiene una presión de entre 5 y 90 atmósferas.
En la descripción siguiente, los elementos o partes que sean iguales o similares a los de la Fig. 7 se indicarán utilizando los mismos números de referencia. El sistema consta de un reactor de lecho fluido 3 y un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17. El reactor de lecho fluido 3 se conecta a una tolva de roca 14 que se conecta a una criba 15. El combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17 también se conecta a una tolva de roca 14'. La criba 15 se conecta al reactor de lecho fluido 3 a través de una línea circulante de medio fluidificado 16. El combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17 cuenta con una cámara de gasificación a altas temperaturas 18 y una cámara de refrigeración 19. En la Fig. 1, "a" representa el carbón o coque de petróleo como combustible adicional, "g" representa una mezcla de gas de oxígeno y aire como agente gasificante, y "g'" representa gas de oxígeno.
Los residuos "a" que han sido triturados pasan al reactor de lecho fluido 3 a un ritmo constante a través de una tolva de roca (que no se muestra). Se introduce una mezcla de gas de oxígeno y aire como agente gasificante "g" en el reactor de lecho fluido 3 desde una abertura del mismo, y se forma un lecho fluido 4 de arena de sílice sobre un distribuidor en el reactor de lecho fluido 3. Se cargan los residuos "a" en el lecho solicitado 4 y entran en contacto con el agente gasificante "g" dentro del lecho fluido 4, que se mantiene a una temperatura de entre 750º y 850ºC y a una presión de 40 atmósferas, y quedan rápidamente pirolizados y gasificados.
El medio fluidificado y los materiales no combustibles se expulsan de la parte inferior del redactor de lecho fluido 3, pasan a través de la tolva de roca 14, y de allí van a la criba 15, donde se separan los elementos no combustibles "c". La arena de sílice "d" que cae en la criba 15 se transporta por la línea circulante de medio fluidificado 16 que consiste en un transportador de cubos y se devuelve al reactor de lecho fluido 3 a través de una tolva de roca (que no se muestra). Los materiales incombustibles expulsados "c" contienen metales, y el hierro, cobre y semejantes pueden recuperarse sin sufrir los efectos de la corrosión.
Cuando se gasifican los residuos "a" en el lecho fluido 4, se genera gas, alquitrán y hulla residual. El gas y el alquitrán se vaporizan y ascienden por el reactor de lecho fluido 3. La hulla residual queda pulverizada por la acción del fuerte movimiento giratorio de lecho fluido 4, y entonces se transporta gracias al flujo ascendente del gas generado. Al utilizar la dura arena de sílice como medio fluidificado, se favorece la pulverización de la hulla residual.
El gas generado "e_{2}" expulsado del reactor de lecho fluido 3 pasa a la cámara de gasificación a altas temperaturas 18 del combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17, y se gasifica a una temperatura de 1300ºC o superior mientras está en contacto con el agente gasificante "g'"en un flujo giratorio del mismo. Dada la alta temperatura del combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17, el contenido de ceniza del gas generado se convierte en vaho de escoria que entra en la cámara de refrigeración 19 junto con el gas. En la cámara de refrigeración 19, la escoria "l" se enfría y forma escoria granulada que se expulsa del combustor de alta temperatura 17 a través de la tolva de roca 14'.
La Fig. 2 es una vista esquemática que muestra una concepción de la presente invención, que incluye un reactor de lecho fluido, un combustor de alta temperatura de tipo giratorio y distintos equipos periféricos de los anteriores. El equipo que se muestra en la Fig. 2 sirve para producir gas de síntesis a una presión de aproximadamente 40 atmósferas.
El equipo incluye un reactor de lecho fluido de tipo de flujo rotatorio 3 y un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 17. Lo que diferencia al equipo que se muestra en la Fig. 2 del que aparece la Fig. 1 es que el reactor de lecho fluido 3 es del tipo de circulación interna y las sustancias que se expulsaron desde la parte inferior del reactor de lecho fluido 3 se separan gracias a una criba 15 y los elementos no combustibles de gran tamaño "c" de la criba y el medio fluidificado "d" de debajo de la criba se despresurizan por separado en las tolvas de roca 14. Esta concepción ofrece las siguientes ventajas: incluso cuando se introducen residuos triturados en el lecho fluido, éstos pasan directamente al lecho sin acumularse en él. Dado que la hulla residual se esparce uniformemente por el lecho fluido, se favorece su gasificación. La pulverización de la hulla residual se realiza gracias al flujo rotatorio del medio fluidificado. Los elementos incombustibles de gran tamaño "c" se eliminan fácilmente del lecho fluido. Dado que no se generan puntos calientes en el lecho fluido, se evita la aparición de problemas tales como la formación de aglomeración o escorias. Pudiera ocurrir algún problema al expulsar los elementos incombustibles de gran tamaño, pero al separar éstos primero del medio fluidificado, los residuos no combustibles de gran tamaño se expulsan a través de una tolva de roca que evita que éstos se junten, y el medio fluidificado fino se elimina a través de una tolva de roca que normalmente se emplea para partículas finas a altas temperaturas, de modo que se mejora la fiabilidad del sistema.
La Fig. 3 es una vista esquemática que muestra un sistema de gasificación en dos fases, según otra concepción de la presente invención, que incluye un reactor de lecho fluido, un combustor de alta temperatura de tipo giratorio, y el equipo periférico de los mismos. El equipo que se muestra en la Fig. 3 sirve para producir gas de síntesis con una presión de aproximadamente 40 atmósferas.
El equipo que se muestra en la Fig. 3 incluye un reactor de lecho fluido de tipo de flujo rotatorio 3 y un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 9. La diferencia entre el equipo que se muestra en la Fig. 3 y el de la Fig. 2 reside en que las sustancias que se expulsan del reactor de lecho fluido 3 son separadas por la criba 15 tras ser despresurizadas en una tolva de roca 14, y el combustor de alta temperatura de tipo giratorio cuenta con dos cámaras de gasificación a altas temperaturas 10 y 11. En la presente concepción, dado que no se prevé la existencia de residuos incombustibles de gran tamaño "c", las sustancias expulsadas de la parte inferior del reactor de lecho fluido, tras ser despresurizadas por la tolva de roca 14 que normalmente se utiliza para partículas finas a altas temperaturas, se separan entre, por un lado, los elementos incombustibles "c" y, por otro, el medio fluidificado "d" en la criba 15. El combustor de alta temperatura no se compone de una sola cámara cilíndrica vertical, sino de una combinación de una cámara vertical 10 y la cámara lateral 11. De este modo, puede permanecer la escoria difundida en el combustor durante más tiempo, lo que permite se reduzca la cantidad de carbón que no se quema y que se acelere la evaporación de metales que tengan un punto de fusión bajo, tales como el zinc y el plomo.
La Fig. 4 es un diagrama de flujo que muestra un proceso que permite la producción de amoniaco (NH_{3}) a partir de residuos orgánicos, según una concepción de la presente invención.
Tal como se muestra en la Fig. 4, el proceso consiste en una fase 100 de gasificación, una fase 200 de conversión del CO, una fase 300 de expulsión del gas ácido, una fase 400 de refinación del gas con nitrógeno líquido, una fase 500 de síntesis del amoniaco, y una fase 600 de recuperación del azufre. En la Fig. 4, se ha suministrado como agente gasificante al reactor de lecho fluido una mezcla de gas de oxígeno y vapor. El equipo utilizado para el proceso citado anteriormente incluye un limpiador de gas 21, un separador de aire a baja temperatura 23, un reactor de lecho fluido 24 para realizar una primera fase de gasificación de los residuos orgánicos, un combustor de alta temperatura 25 para realizar la segunda fase de gasificación a altas temperaturas, un convertidor de CO 36, una torre de absorción 40, un tanque de condensación 41, una torre de separación de CO_{2}, 44, una torre de separación de H_{2}S 50, una torre de adsorción 53, un limpiador de nitrógeno líquido 56, y un refrigerador 57. El equipo también incluye un compresor 58 para gas de nitrógeno, un compresor 59 para gas de oxígeno, un compresor 60 para gas de síntesis, una torre de síntesis de amoniaco 62, un refrigerador del amoniaco 68 un separador de amoniaco 70 y un tanque de almacenamiento de amoniaco 72. El equipo también incluye intercambiadores de calor 38, 39, 48, 52, 64 y 66 y bombas 30,46 y 54. En la Fig. 4, los símbolos i, j y q representan aire, gas de oxígeno (O_{2}) y azufre (S), respectivamente.
El separador de aire 23 divide el aire "i" en gas de oxígeno "j" y de nitrógeno "k". El compresor 59 comprime el gas de oxígeno separado y entonces pasa al reactor de lecho fluido 24 y al combustor de alta temperatura 25 como agente gasificante. El compresor 58 comprime el gas de nitrógeno "k" y se utiliza para la síntesis del amoniaco. Normalmente se emplea un método de separación en baja temperatura para separar el aire.
En la fase 100 de la gasificación, se gasifican los residuos orgánicos "a" y el combustible adicional "a'" a una temperatura de entre 750º y 850ºC y con una presión de unas 40 atmósferas en el reactor de lecho fluido 24, y entonces se gasifican en el combustor de alta temperatura 25 a una temperatura de 1200ºC o superior para generar gas que contenga CO, H_{2}, H_{2}O y CO_{2} como componentes principales al ponerlos en contacto con el gas de oxígeno "j" y el vapor "m". La temperatura en el combustor de alta temperatura 25 se ajusta principalmente controlando el ritmo de alimentación de gas de oxígeno. El combustor de alta temperatura 25 es del tipo de enfriamiento directo y cuenta con una cámara de gasificación a altas temperaturas 18 en una parte superior del mismo y una cámara de refrigeración 19 en una parte inferior. El gas generado se enfría por contacto directo con el agua en la cámara de refrigeración 19, y entonces se le expulsa del combustor de alta temperatura 25. Al realizar esta operación se genera una gran cantidad de vapor, que se mezcla con el gas generado. La mayor parte de la escoria que se genera en la cámara de gasificación a altas temperaturas 18 se retira. El cieno que forman la escoria y el agua se pasa al proceso de tratamiento de escoria (que no se muestra). El gas generado, que va acompañado de una gran cantidad de vapor, se expulsa de la cámara de refrigeración 19, y se limpia en un limpiador Venturi (que no se muestra) y entonces pasa al limpiador de gas 21 para eliminar el polvo de éste. A continuación, el gas va al paso 200 de conversión del CO. La bomba de circulación 30 suministra el agua para la limpieza 21 del fondo a la cámara de refrigeración 19 y parte del agua de limpieza pasa al proceso de tratamiento de escorias (que no se muestra).
El gas que contiene vapor de la fase 100 de la gasificación va al paso 200 de conversión del CO. El gas del limpiador de agua 21 se precalienta por el intercambio de calor con un gas procedente del lecho catalizador de la primera fase a una temperatura adecuada para la conversión del CO por el intercambiador de calor 38, y entonces pasa al convertidor de CO 36. En el convertidor de CO 36, el monóxido de carbono (CO) del gas reacciona con el vapor que le acompaña (H_{2}O) en presencia del catalizador para producir gas de hidrógeno (H_{2}) y dióxido de carbono (CO_{2}). El convertidor de CO 36 consta de lechos catalizadores de dos fases. La temperatura del gas de admisión en el lecho catalizador de la primera fase es de 300ºC, por ejemplo, y la temperatura del gas de expulsión del lecho catalizador de primera fase es de 480ºC,
por ejemplo.
La temperatura del gas de admisión del lecho catalizador de segunda fase es de 300ºC, por ejemplo. La proporción total de conversión en los lechos catalizadores de primera y segunda fase es del 90% o superior, y la concentración de CO en el gas seco del convertidor de CO 36 del 1 al 2%. La reacción de conversión del CO queda expresada por la fórmula siguiente:
CO + H_{2}O = CO_{2} + H_{2}
La presente es una reacción exotérmica, y el gas caliente del lecho catalizador de primera fase se enfría por el intercambio de calor con el gas del convertidor de CO 36, y entonces pasa al lecho catalizador de segunda fase. En el lecho catalizador de segunda fase continúa la reacción de conversión del CO.
El gas que pasa por el convertidor de CO 36 se enfría por acción del intercambiador de calor 39 hasta una temperatura aproximada de 40ºC, y se divide en el tanque de condensación 41 en agua condensada y gas, y entonces se enfría a -17ºC por el intercambio de calor con una parte de gas purificado de la parte superior del limpiador de nitrógeno líquido 56. A continuación, el gas enfriado va al paso 300 de expulsión de gas ácido en el que se lleva a cabo un proceso de absorción física, a saber, el proceso Rectisol, para eliminar las impurezas existentes, entre las que se incluyen el ácido sulfhídrico (H_{2}S), sulfuro de carbonilo (COS) y dióxido de carbono (CO_{2}), del gas proveniente de la fase 200 de la conversión del
CO.
El gas enfriado a -17ºC se introduce en la torre de absorción 40 en la que se absorbe el gas ácido al ponerlo en contacto con metanol líquido a aproximadamente -60ºC a contracorriente. Como resultado de ello, el gas expulsado de la torre de absorción 40 contiene una cantidad de dióxido de carbono (CO_{2}) de entre 10 y 20 ppm y de ácido sulfhídrico (H_{2}S) de aproximadamente 0,1 ppm. Mientras el metanol empleado como absorbente quita el gas ácido, la temperatura del metanol aumenta, y, por consiguiente, su capacidad de absorción se reduce. Por ello, se retira el metanol de la torre de absorción 40, se enfría con refrigerante de amoniaco y metanol ya enfriado y se devuelve a la torre de absorción 40.
Se disuelven el hidrógeno (H_{2}) y monóxido de carbono (CO) además del dióxido de carbono (CO_{2}) y el ácido sulfhídrico (H_{2}S) en el metanol sacado de la torre de absorción 40. Para recuperar el hidrógeno (H_{2}) y el monóxido de carbono (CO) del metanol, se libera la presión del metanol para vaporizar el hidrógeno (H_{2}) y el monóxido de carbono (CO) de éste. Un compresor comprime el hidrógeno y monóxido de carbono vaporizados para que vuelvan a circular. Por otro lado, para recuperar el dióxido de carbono (CO_{2}) de gran pureza que absorbe el metanol, se envía el metanol a la torre de Torre de limpieza de CO_{2} 44, y allí se despresuriza y limpia de gas de nitrógeno, de modo que la mayor parte del dióxido de carbono (CO_{2}) del metanol se vaporiza y recupera, si es necesario. El dióxido de carbono recuperado puede utilizarse para la síntesis de urea o para la producción de dióxido de carbono líquido.
El metanol que contiene ácido sulfhídrico (H_{2}S) condensado se saca del fondo de la torre de limpieza de CO_{2} 44 y se manda al intercambiador de calor 48 utilizando la bomba 46. Tras precalentarlo el intercambiador de calor 48, el metanol se envía a la torre de limpieza de H_{2}S 50, en la que se regenera indirectamente con vapor. El gas enriquecido con ácido sulfhídrico expulsado de la parte superior de la torre de limpieza de H_{2}S 50 es enfriado por el intercambiador de calor 52, y entonces va al paso 600 para la recuperación del azufre, en el que se recupera el azufre "q". El metanol sacado del fondo de la torre de limpieza de H_{2}S 50 se enfría y la bomba de circulación 54 lo envía a la parte superior de la torre de absorción
40.
El gas enriquecido con hidrógeno que contiene una pequeña cantidad de monóxido de carbono (CO) y trazas de dióxido de carbono (CO_{2}) procedente de la torre de absorción 40 pasa por la torre de adsorción 53 para quitar el metanol y el dióxido de éste, y lo enfría el refrigerador 57 a aproximadamente -190ºC y entonces lo envía al limpiador de nitrógeno líquido 56. En la fase 400 de refinación del gas con nitrógeno líquido, se limpia el gas suministrado con trazas de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), argón (Ar) y metano (CH_{4}) con nitrógeno líquido superenfriado para quitar dichos gases de éste. El nitrógeno líquido no absorbe el gas de hidrógeno porque el gas de hidrógeno tiene un punto de ebullición inferior al del gas de nitrógeno. Por ello, se obtiene gas enriquecido con hidrógeno purificado que contiene gas de nitrógeno de la parte superior del limpiador de nitrógeno líquido 56.
El gas purificado de la parte superior del limpiador de nitrógeno líquido 56 se mezcla con gas de nitrógeno que tiene una presión elevada y que comprime el compresor 58 tras pasar por el refrigerador 57 para que la proporción molar del gas de hidrógeno con respecto del gas de nitrógeno se ajuste aproximadamente a 3, adecuada para la síntesis del amoniaco, y se pasa el gas mezclado al paso 500 para la síntesis del amoniaco. Una parte del gas de nitrógeno comprimido por el compresor 58 la enfría y licua el refrigerador 57 y se transporta al limpiador de nitrógeno líquido 56, en el que el gas de nitrógeno se contrae con el gas que se ha proporcionado desde el fondo del limpiador de nitrógeno líquido 56 en dirección contraria a la corriente, y el nitrógeno líquido absorbe y elimina impurezas como el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), argón (Ar) y metano (CH_{4}) del gas. El nitrógeno líquido que ha absorbido las impurezas, es decir, el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), argón (Ar) y metano (CH_{4}), entre otras, se expulsa del fondo del limpiador de nitrógeno líquido 56, y despresuriza y utiliza como combustible para una caldera. El gas proveniente de la fase 400 para su refinación se comprime hasta alcanzar una presión de 150 atmósferas, por ejemplo, en la primera fase del compresor 60, y entonces el gas comprimido se mezcla con el gas que vuelve a circular del separador de amoniaco 70. De allí, el gas mezclado se comprime hasta alcanzar una presión de 165 atmósferas en la segunda fase del compresor 60, y se pasa a la torre para la síntesis del amoniaco 62. La torre para la síntesis del amoniaco cuenta con lechos catalizadores de dos fases compuestos de un catalizador de base de hierro. El gas de admisión de la torre para la síntesis del amoniaco 62 tiene una presión de 164 atmósferas y una temperatura de 250ºC. La reacción de síntesis del amoniaco se lleva a cabo mientras el gas de síntesis pasa por los lechos catalizadores. La reacción se expresa según la fórmula siguiente:
N_{2}+3H_{2} = 2NH_{3}
Mientras el gas pasa por los lechos catalizadores, su temperatura supera los 500ºC una vez, no obstante, se enfría con el gas de recirculación enfriado que se introduce en la torre para la síntesis del amoniaco 62.
El amoniaco de la torre para la síntesis del amoniaco 62 tiene una presión de 160 atmósferas y una temperatura de 450ºC. El amoniaco se enfría hasta alcanzar la temperatura ambiente por la acción de los intercambiadores de calor 64 y 66, y se enfría aún más con el refrigerador de amoniaco 68, y de este modo se condensa la mayor parte del amoniaco. El amoniaco condensado se divide en amoniaco líquido y gas en el separador de amoniaco 70, y el amoniaco líquido pasa al tanque de almacenamiento de amoniaco 72. El gas separado se introduce en la segunda fase del compresor 60, donde se le comprime a una presión de 165 atmósferas y de allí se manda a la torre para la síntesis del amoniaco 62 para su recirculación.
En el proceso detallado anteriormente, se emplea la mezcla de gas de oxígeno y vapor como agente gasificante. No obstante, el agente gasificante no se limita a lo anterior y también puede utilizarse una mezcla de aire y gas de oxígeno. En este caso, la cantidad de aire depende de la cantidad de gas de nitrógeno necesaria para la síntesis del amoniaco. Dado que el gas producido incluye el gas de nitrógeno que se requiere para la síntesis del amoniaco, se prefiere un proceso de metanización al proceso de refinado del gas con nitrógeno líquido.
La Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra un proceso en el que el gas producido obtenido de la gasificación de los residuos en dos fases se separa en gas de hidrógeno y gas residual y el gas residual obtenido este modo puede utilizarse en un reactor de lecho fluido 110 como gas fluidificante. Tal como se muestra la Fig. 5, el proceso consta de una gasificación primaria en un reactor de lecho fluido 110, una gasificación secundaria en un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112, un limpiador de agua 114, una fase de expulsión de gas ácido 116, una fase de conversión del CO 118, una fase de separación del gas de hidrógeno 120, y un compresor de gas circulante 122. En la Fig. 5, "a" representa los residuos y "g'" representa el gas de oxígeno.
Los residuos triturados hasta alcanzar el tamaño deseado se introducen sobre el lecho fluido de arena dura de sílice del reactor de lecho fluido de baja temperatura 110. Se añaden como agente gasificante gas de oxígeno "g'" y un gas fluidificante (que se describe a continuación) a la parte inferior del reactor de lecho fluido 110. La temperatura del lecho fluido se mantiene entre 450º y 950ºC. En tal situación, los residuos quedan rápidamente pirolizados y gasificados mediante una oxidación parcial.
Se producen gas, alquitrán y hulla residual por la gasificación de los residuos "a" en el reactor de lecho fluido 110. La mayor parte del alquitrán y de la hulla residual se transportan con el flujo ascendente del gas generado y entran en el combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112, y se descomponen en gas sin refinar compuesto principalmente por monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), gas de hidrógeno (H_{2}), y agua (H_{2}O) mediante una oxidación parcial del mismo una temperatura de 1350ºC y bajo una presión de 40 atmósferas. El gas sin refinar a esta temperatura tan elevada se enfría en la cámara de refrigeración situada en la parte inferior del combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112, y entonces se limpia para quitar impurezas tales como el ácido clorhídrico (HCI) y polvo en el limpiador de agua 114.
En la fase de expulsión de gases ácidos 116, se eliminan del gas compuestos tales como el dióxido de carbono (CO_{2}), ácido sulfhídrico (H_{2}S) y sulfuro de carbonilo (COS). En la fase siguiente de conversión del CO 118, el CO y H_{2}0 se convierten en presencia del catalizador en H_{2} y CO_{2} por la reacción de conversión del CO. Si es necesario, el vapor utilizado para la conversión del CO se añade al gas en un saturador (que no se muestra) en la fase de conversión del monóxido de carbono 118.
Dado que se aporta el gas desulfurizado al paso de conversión del CO, se pueden utilizar como catalizadores de conversión del CO tanto el catalizador de conversión a altas temperaturas (con base de hierro) o el catalizador a bajas temperaturas (con base de cobre), con lo que se mejora la tasa de conversión del CO. El gas refinado de la fase de conversión del CO 118, que se compone de H_{2}, CO_{2}, H_{2}O y una pequeña cantidad de CO, se separa H_{2} de gran pureza y un gas residual compuesto principalmente de CO_{2} y CO ya sea mediante el método de adsorción por presión cíclica o por el método de la membrana de separación de gas de hidrógeno. El compresor de gas circulante 122 comprime el gas residual y entonces pasa al reactor de lecho fluido 110 junto con el gas de oxígeno g' del fondo de éste como parte del gas fluidificante.
Si se utiliza una gran cantidad de vapor como agente gasificante, el costo operativo de la planta aumenta. Por el contrario, si se utiliza aire como agente gasificante, el gas producido contendrá una gran cantidad de gas de nitrógeno. Para evitar los inconvenientes anteriores, será preferible reutilizar el gas residual como parte del agente gasificante. El N_{2} de un equipo de separación de aire (que no se muestra) se añade al gas de H_{2} separado en la fase de separación del hidrógeno 120, y se envía al paso de la síntesis del amoniaco. Otra opción consiste en sacar el H_{2} de la fase de separación del hidrógeno 120 sin añadir
N_{2}.
En todas las concepciones ya descritas anteriormente resulta deseable que la cantidad de gas inerte distinto del N_{2} y del H_{2} sea lo más pequeña posible para reducir la cantidad de gas de depuración. En la gasificación en dos fases de la presente invención, cuando se pirolizan y gasifican los residuos "a" en el reactor de lecho fluido de baja temperatura 110, el gas que se produce contiene una gran cantidad de hidrocarburos. Este gas sufre una combustión parcial y reacciona con el vapor en el combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112 para convertirse en CO, CO_{2}, H_{2} y H_{2}O. Cuando la temperatura de gasificación existente en el combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112 no es suficientemente elevada, el gas producido que se expulsa de este combustor 112 contiene hidrocarburos que no han reaccionado tales como CH_{4} o C_{2}H_{4}. Cuando se lleva a cabo el proceso de metanización en la fase siguiente, el hidrocarburo que no ha reaccionado funciona como el gas inerte en la fase de síntesis del amoniaco. Por ello, para reducir la cantidad de hidrocarburos sin reaccionar, la temperatura de gasificación en el combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112 será preferiblemente de 1300ºC o superior.
La Fig. 6 es un diagrama de bloques que muestra otra concepción de la Fig. 5 en la presente invención. Después de haber separado el gas de hidrógeno del gas producido en la fase de purificación, el gas residual ácido que se compone principalmente de CO_{2} vuelve a utilizarse en el reactor de lecho fluido como gas fluidificante. Tal como se muestra en la Fig. 6, el proceso consiste en una gasificación de primera fase en un reactor de lecho fluido 110, una gasificación de segunda fase en un combustor de alta temperatura de tipo giratorio 112, un limpiador de agua 114, una fase de expulsión de gases ácidos (1ª) 116, una fase de conversión del CO 118, una fase de expulsión de gases ácidos (2ª) 121, y un compresor de gas circulante 122. En la Fig. 6, "a" representa los residuos, y "g" representa el gas de oxígeno.
Los residuos "a" triturados hasta alcanzar el tamaño deseado se introducen sobre el lecho fluido de arena dura de sílice en el reactor de lecho fluido 110. La presión interna del reactor de lecho fluido 110 es de unas 40 atmósferas.
Como agente gasificante se suministran gas de oxígeno "g'" y un gas fluidificante (que se describe más adelante) procedentes del compresor de gas circulante 122 a la parte inferior del reactor de lecho fluido 110. La temperatura del lecho fluido se mantiene entre 450º y 950ºC. En estas condiciones, los residuos se pirolizan y gasifican rápidamente mediante una oxidación parcial.
Como consecuencia de la gasificación de los residuos "a" en el reactor de lecho fluido 110 se producen gas, alquitrán y hulla residual. La mayor parte de la hulla residual queda pulverizada y se transporta con el flujo ascendente del gas y entra en el combustor de alta temperatura 112, entonces se descompone en un gas refinado compuesto principalmente de CO, CO_{2}, H_{2} y H_{2}O por la oxidación parcial del mismo a una temperatura de 1350ºC y bajo una presión de 40 atmósferas. La elevada temperatura del gas sin refinar se reduce en la cámara de refrigeración que se encuentra en la parte inferior del combustor de tipo giratorio 112, y entonces se limpia para eliminar impurezas tales como el ácido clorhídrico (HCI) y polvo en el limpiador de agua.
En la fase de expulsión de gases ácidos (1ª) 116, se expulsan gases ácidos tales como el CO_{2}, H_{2}S y COS del gas. En la fase siguiente de conversión del CO 118, el CO_{2} y H_{2}O se convierten en presencia del catalizador en H_{2} y CO_{2} mediante la reacción de conversión del CO. El vapor utilizado para la conversión del CO se añade al gas en un saturador 30 (que no se muestra) en la fase de conversión del CO 118.
Del gas refinado producido en la fase de conversión del CO 118 y que contiene H_{2}, CO_{2}, H_{2}O y una pequeña cantidad de CO, se quita el CO_{2} en la fase de expulsión de gases ácidos (2ª) 121 para obtener un gas compuesto principalmente por H_{2}. El compresor de gas circulante 122 comprime el CO_{2} que se ha expulsado durante la fase de eliminación de gases ácidos 121, y se manda al fondo del reactor de lecho fluido 110 junto con oxígeno "g'" como parte del gas fluidificante. El gas obtenido compuesto principalmente por H_{2} puede sacarse sin necesidad de añadir N_{2}. Otra opción consiste en enviar el H_{2}, tras añadir N_{2}, a la fase de síntesis del amoniaco para producir amoniaco. El uso y aplicación del gas de H_{2} obtenido no queda limitado de modo alguno.
Tal como se describió con anterioridad, el método y equipo para el tratamiento de residuos mediante la gasificación en dos fases según la presente invención ofrece las ventajas siguientes:
1.
Se puede producir gas de hidrógeno, que es un material necesario para la producción de amoniaco (NH_{3}), a partir de residuos orgánicos que son baratos y que hay disponibles en nuestro país. De este modo, el coste de producción del gas de hidrógeno se reduce notablemente.
2.
Al gasificar los residuos orgánicos para producir gas de hidrógeno se pueden solucionar algunos problemas que causa el tratamiento de incineración convencional, entre los que se incluyen la importante reducción en la cantidad de gas de escape y que no se generen dioxinas ni los precursores de éstas. Además, puesto que el contenido de ceniza de los residuos se convierte en escoria fundida inofensiva, se puede prolongar la vida del terreno recuperado y la escoria recuperada se puede utilizar como materia prima para pavimentos.
3.
Se pueden recuperar metales como el hierro y el cobre sin sufrir corrosión de modo que puedan reciclarse. Desde el punto de vista de la utilización eficaz de los residuos y de la conservación medioambiental, las instalaciones de gasificación, las instalaciones productoras de gas de hidrógeno y las de síntesis del amoniaco se han de construir unas junto a las otras, y de este modo se combinan orgánicamente con respecto al uso de los materiales para mejorar las funciones de todas ellas y formar un sistema total.
4.
Al utilizar un combustible suplementario como el carbón o el coque de petróleo con los residuos, resulta posible resolver el problema de la fluctuación en la cantidad o calidad de los desechos. Concretamente, las instalaciones de gasificaron pueden funcionar de manera estable contra el deterioro de las propiedades del gas producido al aumentar la proporción del combustible suplementario en la mezcla.
5.
El gas producido mediante la gasificación en dos fases se refina y divide en gas de hidrógeno y gas residual, que incluye monóxido de carbono y dióxido de carbono, y el gas residual obtenido este modo puede utilizarse como gas fluidificante en el reactor de lecho fluido. Así se puede solucionar una escasez de gas fluidificante como consecuencia de una ampliación de las instalaciones.
Aunque se han presentado y descrito en detalle algunas de las concepciones preferidas de la presente invención, debería entenderse que se pueden realizar distintos cambios modificaciones en los mismos sin que por ello se salga del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
Aplicación industrial
La presente invención es válido como sistema de tratamiento de residuos en el que desechos tales como los municipales, residuos plásticos o de biomasa se tratan mediante un proceso de gasificación en dos fases para recuperar metales o el contenido de ceniza de éstos en un estado que permita su reciclaje y de gases compuestos principalmente de monóxido de carbono (CO) y gas de hidrógeno (H_{2}) para su uso como gas de síntesis de gas de hidrógeno o de amoniaco (NH_{3}).

Claims (13)

1. Un método para el tratamiento de residuos mediante la gasificación que consiste en:
la gasificación por combustión parcial de al menos un tipo de residuos seleccionado del grupo que comprenden los siguientes: residuos municipales, residuos plásticos, incluidos los plásticos reforzados con fibra, residuos de biomasa, desechos de automóvil y combustible derivado de desperdicios en un reactor de lecho fluido a una temperatura de entre 450º y 950ºC para producir un material gaseoso que contenga ceniza y hulla residual;
la introducción de dicho material gaseoso en un combustor de alta temperatura que cuenta con una cámara de gasificación a altas temperaturas y una cámara de refrigeración;
la gasificación por combustión parcial de dicho material gaseoso en la mencionada cámara de gasificación a altas temperaturas con una temperatura superior a la del punto de fusión de la ceniza para producir gas de síntesis y escoria fundida;
el enfriamiento de dicho gas de síntesis y de dicha escoria fundida por contacto directo con el agua en la mencionada cámara de refrigeración para formar un gas de síntesis enfriado y escoria granulada y para generar vapor;
la expulsión de dicha escoria granulada de la mencionada cámara de refrigeración;
la limpieza de dicho gas de síntesis enfriado y del vapor generado de la mencionada cámara de refrigeración para quitar el ácido clorhídrico y polvo;
la introducción de dicho gas de síntesis y de dicho vapor limpios en un reactor de conversión del CO y la realización de la reacción de conversión del CO para convertir el CO y H_{2}O en H_{2} y CO_{2};
la separación del gas obtenido por dicha reacción de conversión del CO en H_{2} y gas residual; y
el suministro de dicho gas residual en el mencionado reactor de lecho fluido como gas fluidificante.
2. El método según la reivindicación 1, por el que el mencionado reactor de lecho fluido consiste en un reactor de lecho fluido de flujo rotatorio.
3. El método según la reivindicación 1, por el que se expulsaron del fondo de dicho reactor de lecho fluido los materiales incombustibles y un medio fluidificado, y los citados materiales incombustibles se expulsaron de dicho medio fluidificado, el cual se devuelve al citado reactor de lecho fluido.
4. El método según la reivindicación 1, por el que el mencionado combustor de alta temperatura consiste en un combustor de alta temperatura de tipo giratorio.
5. El método según la reivindicación 1, por el que la mencionada gasificación en el citado reactor de lecho fluido y la mencionada gasificación de dicho combustor de alta temperatura se realizan con una presión de entre 5 y 90 atmósferas.
6. El método según la reivindicación 1, por el que la mencionada temperatura del citado combustor de alta temperatura es de 1200ºC o superior.
7. El método según la reivindicación 1, por el que los residuos mencionados tienen un valor calorífico inferior medio de 3500 kcal/kg o más.
8. El método según la reivindicación 1, por el que cuando los mencionados residuos tienen un valor calorífico inferior medio de 3500 kcal/kg o menos se añade un combustible suplementario a dichos residuos para conseguir que el mencionado valor calorífico inferior medio sea de 3500 kcal/kg o superior.
9. El método según la reivindicación 1, por el que se suministra gas de oxígeno o una mezcla de gas de oxígeno y vapor al mencionado reactor de lecho fluido como agente gasificante, y se suministra gas de oxígeno o una mezcla de gas de oxígeno y vapor al mencionado combustor de alta temperatura como agente gasificante.
10. El método según la reivindicación 1, por el que se suministra una mezcla de gas de oxígeno y aire o una mezcla de oxígeno, aire y vapor al mencionado reactor de lecho fluido como agente gasificante, y se suministra una mezcla de gas de oxígeno, aire y vapor a dicho combustor de alta temperatura como agente gasificante, para que el citado gas de síntesis producido en este combustor de alta temperatura contenga CO, H_{2} y N_{2} y la proporción molar de la suma del CO y H_{2} con el N_{2} sea aproximadamente de 3.
11. Un equipo para tratamiento de residuos por gasificación que consiste en:
un reactor de lecho fluido para la gasificación por combustión parcial de al menos un tipo de residuos seleccionado del grupo que comprenden los residuos municipales, los residuos plásticos, incluidos los plásticos reforzados con fibra, residuos de biomasa, desechos de automóvil y combustible derivado de desperdicios a bajas temperaturas para producir un material gaseoso con contenido de ceniza y hulla residual;
una cámara de gasificación a altas temperaturas dentro de un combustor de alta temperatura para la gasificación por combustión parcial de dicho material gaseoso a altas temperaturas para producir gas de síntesis y escoria fundida;
una cámara de refrigeración en el citado combustor de alta temperatura para el enfriamiento de dicho gas de síntesis y de dicha escoria fundida por contacto directo con el agua para formar un gas de síntesis enfriado y escoria granulada y para generar vapor;
un limpiador de agua para quitar el ácido clorhídrico y polvo del gas de dicha cámara de refrigeración;
un reactor de conversión del CO para realizar la reacción de la conversión del CO para convertir el CO y el H_{2}O existentes en el gas de dicho limpiador de agua en H_{2} y CO_{2};
un equipo de separación para dividir el gas obtenido mediante dicha reacción de conversión del CO en H_{2} y gas residual; y
una línea de suministro para aportar dicho gas residual al mencionado reactor de lecho fluido como gas fluidificante.
12. El equipo según la reivindicación 11, por el que el mencionado reactor de lecho fluido consiste en un reactor de lecho fluido de flujo rotatorio.
13. El equipo según la reivindicación 11, por el que el mencionado combustor de alta temperatura consiste en un combustor de alta temperatura de tipo giratorio.
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ES (1) ES2229339T3 (es)
WO (1) WO1998047985A1 (es)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5289055B2 (ja) 2005-10-21 2013-09-11 テイラー・バイオマス・エナジー・エルエルシー 現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）タール除去によるガス化プロセスとシステム
WO2009139894A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 Enersol Power Llc Radiant heat flux enhanced organic material gasification system
DE102008032957A1 (de) * 2008-07-12 2010-01-14 Dinano Ecotechnology Llc Verfahren zur Gewinnung von synthetischem Diesel
US8192647B2 (en) * 2008-12-19 2012-06-05 Enerkem Inc. Production of synthesis gas through controlled oxidation of biomass
US8821598B2 (en) 2009-07-27 2014-09-02 General Electric Company Control system and method to operate a quench scrubber system under high entrainment
US8535518B2 (en) * 2011-01-19 2013-09-17 Saudi Arabian Oil Company Petroleum upgrading and desulfurizing process
CN102585912B (zh) * 2012-02-04 2014-05-28 王俊 一种多仓微波加热连续工业制取煤气方法
KR102092080B1 (ko) * 2012-07-09 2020-03-23 서던 컴퍼니 고 애쉬, 고 애쉬 용융 온도의 역청탄의 가스화
CN105561743B (zh) * 2014-10-14 2018-04-03 中国石油化工股份有限公司 一种用于合成气膜法脱碳的增湿缓冲***
CN105694984A (zh) * 2016-04-06 2016-06-22 杭州燃油锅炉有限公司 一种生物质气化装置
MX2019004646A (es) * 2016-10-25 2019-06-17 Nextchem S R L Proceso y aparato relacionado para producir hidrogeno puro a partir de un gas de sintesis originado de la gasificacion de desechos.
CN108929722B (zh) * 2018-07-26 2020-05-12 新奥科技发展有限公司 一种煤气化方法以及煤气化***
IT201900013239A1 (it) * 2019-07-29 2021-01-29 Milano Politecnico Impianto per la produzione di syngas a partire da polimeri plastici di recupero pretrattati
CN111457404A (zh) * 2020-05-18 2020-07-28 江苏金门能源装备有限公司 一种安全型有机废气蓄热催化氧化装置
CN114074919A (zh) * 2020-08-13 2022-02-22 国家能源投资集团有限责任公司 城市垃圾转化生产氢气的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3153091B2 (ja) * 1994-03-10 2001-04-03 株式会社荏原製作所 廃棄物の処理方法及びガス化及び熔融燃焼装置
US4583993A (en) * 1978-06-26 1986-04-22 Mobil Oil Corporation Process for the production of carbon monoxide and hydrogen from carbonaceous material
DE2836175A1 (de) * 1978-08-18 1980-02-28 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum vergasen fester, feinkoerniger brennstoffe
ZA842807B (en) * 1983-05-31 1984-11-28 Westinghouse Electric Corp Gasification process for ammonia production
FR2559776B1 (fr) * 1984-02-16 1987-07-17 Creusot Loire Procede de production de gaz de synthese
GB8519821D0 (en) * 1985-08-07 1985-09-11 Ici Plc Hydrogen streams
DE4026272A1 (de) * 1990-08-20 1992-02-27 Kurt Kugler Verfahren und einrichtung zur thermischen behandlung von stoffen nach dem wirbelschichtverfahren
DE4412004A1 (de) * 1994-04-07 1995-10-12 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum Vergasen von Abfallstoffen in der zirkulierenden Wirbelschicht
DE4435349C1 (de) * 1994-09-21 1996-05-02 Noell En Und Entsorgungstechni Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von brennbaren Rest- und Abfallstoffen

Also Published As

Publication number Publication date
EP0979262A1 (en) 2000-02-16
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DE69730870T2 (de) 2005-09-29

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