ES2397447B1

ES2397447B1 - Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis.

Info

Publication number: ES2397447B1
Application number: ES201131437A
Authority: ES
Inventors: Daniel González González
Original assignee: Guradoor SL
Current assignee: Guradoor SL
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2014-01-14
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: BRPI1105768A2; CL2011002472A1; WO2013030412A1; EP2752476A1; US20140209447A1; ES2397447A1; AR083473A1

Abstract

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis.#El dispositivo descrito incluye: un alimentador de carbón molido húmedo desde una tobera de alimentación superior (1) en dos ramas (1a) y (1b), disponiendo éstas de molinos adecuados; un elemento mezclador/distribuidor de carbón tamizado (2) aguas abajo de la toberas (1); una cámara (3) aguas abajo del elemento (2) de gasificación donde el material tamizado se oxida mediante una alimentación de oxígeno a aproximadamente 1.800ºC-1.900ºC, dividida la cámara (3) en dos subcámaras por una membrana de difusión de gases; un ciclón (4) aguas abajo de la cámara (3), que retiene las partículas sólidas presentes en el gas de síntesis; una cámara esencialmente pirolítica (5) donde los sólidos arrastrados del ciclón (4) se pirolizan, realimentándose los gases residuales a la cámara (3); una rejilla de dientes de sierra (6) que recoge los residuos sólidos, almacenándose éstos en forma de escorias en un elemento de almacenamiento (7).

Description

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis.

La presente invención se refiere a un dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis especialmente diseñado para su utilización en un procedimiento de gasificación-pirólisis a partir de una alimentación de carbón molido con el fin de obtener un gas de síntesis, esencialmente consistente en CO, CO2 y H2, empleando la energía solar obtenida en una planta termoeléctrica solar de alta temperatura en forma de vapor de agua y oxígeno.

Básicamente, en el dispositivo reactor dual de la invención se producen las reacciones de gasificación y pirólisis de carbón, que el dispositivo permite moler tras su alimentación en continuo, para obtener un gas de síntesis. El vapor de agua procedente de una central termoeléctrica solar de alta temperatura se alimenta al dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis ya alimentado con carbón molido, oxidándose éste parcialmente mediante O2, preferentemente procedente de una etapa de electrolisis, y el vapor de agua procedente de la central solar, en un gasificador provisto en el interior del dispositivo reactor dual. El gas así formado consiste básicamente en H2, CO, con pequeñas cantidades de CO2, CH4, H2S y carbón libre. Para eliminarlas y acondicionar el gas de síntesis, se lleva a cabo una pirólisis en el mismo dispositivo reactor dual, eliminándose esencialmente el carbón libre, el H2S y parte del CO2. Brevemente, entre 38 y 705ºC se produce la desvolatilización y el desprendimiento de carbono e hidrógeno, entre 705 y 1480ºC de C y H2O(g) y entre 1480 y 1815ºC de C y O2.

CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2

El dispositivo reactor dual de la invención dispone de los catalizadores adecuados para que puedan tener lugar las diferentes reacciones, así como de los medios necesarios para mantener su integridad, tales como revestimientos refractarios, materiales aislantes, camisas de refrigeración, etc. Por otro lado, el dispositivo reactor dual de la invención incorpora un ciclón con el fin de eliminar cualquier residuo sólido del gas de síntesis obtenido.

Igualmente, el dispositivo reactor dual de la invención permite recoger los residuos del proceso anteriormente descrito, que se almacenan para su posterior reutilización en otros procesos, por ejemplo en procesos donde se emplean cenizas o para su reciclaje en forma de fertilizantes.

La gasificación de un sólido es un proceso termoquímico que engloba la descomposición térmica de la materia orgánica y la acción de un gas que reacciona principalmente con el residuo carbonoso procedente de esa descomposición térmica.

El término genérico gasificación engloba una gran variedad de procesos en los que pueden obtenerse muy diversos productos. Basándose en el agente gasificante empleado puede establecerse una primera clasificación de los procesos de gasificación:

•: Con aire: La reacción de combustión parcial con el aire da lugar a una reacción exotérmica que da lugar a un gas de bajo poder calorífico, aprovechable con fines de carácter energético.

•: Con oxígeno: Se produce un gas de poder calorífico medio, pero de mayor calidad al no estar diluido con N2. Además de aplicaciones de carácter energético puede utilizarse como gas de síntesis para la obtención de metanol.

•: Con vapor de agua y/o oxígeno (o aire): Se produce un gas enriquecido en H2 y CO que se puede utilizar como gas de síntesis para diversos compuestos (amoníaco, metanol, gasolinas, etc).

•: Con hidrógeno: Se produce un gas de alto contenido energético que, por tener altos porcentajes de metano, puede utilizarse como sustituto del gas natural.

Otra clasificación interesante de los procesos de gasificación utiliza como criterio el movimiento relativo de los agentes gasificante y sólido gasificado en el interior del gasificador. En base a este criterio los principales tipos de gasificadores son: de lecho móvil (también denominado de lecho fijo) en corrientes paralelas (downdraft) o en contracorriente (updraft), y de lecho fluidizado. Otros tipos de gasificadores utilizados en menor medida son los hornos rotatorios, reactores ciclónicos, lechos fluidizados circulantes, de arrastre, etc.

En el proceso de gasificación tienen lugar una gran variedad de reacciones cuyo orden de importancia relativa dependen de las condiciones de operación y del agente gasificante utilizado, pero que pueden agruparse en tres bloques o etapas en los que conceptualmente puede dividirse un proceso de gasificación:

•: Pirólisis o descomposición térmica, en la que mediante calor, el sólido original se descompone en una mezcla sólido, líquido, gas. Al sólido originado en esta etapa se le suele denominar char y, a los líquidos, debido a la presencia mayoritaria de alquitranes y vapores condensables, tar.

•: Oxidación o combustión. Tiene lugar cuando el agente gasificante es un oxidante como oxígeno o aire e implica el conjunto de reacciones de oxidación, tanto homogéneas como heterogéneas, fundamentalmente exotérmicas, mediante las que se genera el calor necesario para que el proceso se mantenga.

•: Reducción o gasificación. La constituyen las reacciones sólido-gas o en fase gas, mediante las que el sólido remanente se convierte en gas. Se trata de reacciones fundamentalmente endotérmicas, algunas de las cuales tienen lugar en muy poca extensión, o solo tienen lugar en determinadas condiciones, como ocurre con algunas reacciones de hidrogenación y/o reformado.

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Las etapas de oxidación y reducción pueden considerarse conjuntamente en una sola etapa de gasificación en la que tienen lugar todo tipo de reacciones posibles entre el char y la mezcla gaseosa presente.

Existen una serie de factores que influyen en el proceso de gasificación, pudiendo distinguirse entre los que se refieren al modo de operación y al sólido gasificado, y los que son inherentes al diseño del gasificador y de los equipos auxiliares.

La temperatura es un parámetro importante en todas las etapas, y por tanto en el rendimiento final del proceso. En concreto, las proporciones entre char, tar y gas en los productos de pirólisis dependen estrechamente de la velocidad de calentamiento y de la temperatura final alcanzada. Como idea general puede decirse que a altas velocidades de calentamiento y alta temperatura final se produce mayoritariamente gas, mientras que a temperaturas finales y velocidades de calentamiento menores se producen mayoritariamente líquidos o sólidos. En los gasificadores de lecho fluidizado se tiene normalmente velocidades de calentamiento altas (hasta miles de EC/s), mientras que en los reactores de lecho móvil las velocidades de calentamiento suelen ser moderadas (del orden de 0,2 - 0,5 EC/s).

En la etapa de gasificación propiamente dicha, dada la reversibilidad de la mayoría de las reacciones, la temperatura influye en los equilibrios de reacción. En general para distintos combustibles puede decirse que el aumento de temperatura favorece el aumento del contenido en el gas producto de H2 y CO en detrimento del CH4 y del H2O.

En general el aumento de la presión desfavorece las reacciones de gasificación, aumentando las proporciones de hidrocarburos y alquitranes. Los gasificadores de lecho móvil suelen trabajar a presión atmosférica y los de lecho fluidizado suelen trabajar a presión, alcanzándose hasta los 30 bar en algunos casos.

La relación agente gasificante/residuo es uno de los parámetros más importantes en la gasificación, especialmente cuando ésta se autoabastece energéticamente mediante la oxidación parcial, con aire u oxígeno del residuo tratado. Valores excesivamente bajos de este parámetro pueden no generar la cantidad suficiente de energía para mantener el proceso en las condiciones adecuadas, produciéndose una disminución del rendimiento. Por otro lado, cuando el agente gasificante es aire, existe además un efecto de dilución por parte del N2. Por ello hay un valor óptimo de la relación gasificante/residuo para cada proceso, que depende básicamente de la composición del residuo gasificado. Así, por ejemplo, cuando se trata de biomasa forestal la relación óptima en peso de aire/biomasa se ha comprobado que está entre 0,5 y 1,6 para los gasificadores de lecho fluido, y alrededor de 1,5 para los gasificadores de lecho móvil.

Así se conjuga, por un lado el aumento de temperatura que produce una disminución de la proporción de residuo sólido y condensables generados en la etapa de pirólisis, y por otro la disminución de la calidad del gas.

Por otro lado, el contenido en cenizas nos dice la cantidad de sólidos que será necesario retirar del gasificador por unidad de masa procesada. Aunque se han gasificado residuos con hasta un 24% de cenizas, no es deseable sobrepasar un contenido del 10%. Estas cenizas se han de retirar del gasificador para evitar su acumulación. En los gasificadores de lecho móvil esto se hace extrayéndolas por la parte inferior, y en los de lecho fluidizado la velocidad del gas ha de garantizar el arrastre de las cenizas. Una propiedad importante de las cenizas a este respecto es su punto de fusión. Si éste se sobrepasa se pueden formar escorias que obstruyan los equipos. Así mismo, las cenizas, al ser inertes, no intervienen en los equilibrios químicos de las reacciones de gasificación, pero pueden tener un efecto catalítico, acelerando la reacción de gasificación del residuo carbonoso con vapor de agua, especialmente cuando existen óxidos metálicos como K2O, CaO, MgO, P2O5, etc.

Igualmente es necesario tener en cuenta que en el proceso se van a calentar las partículas, que se produce una difusión de reactivos hacia la partícula y de productos desde ésta hacia el medio gaseoso que la rodea y que se producen reacciones sólido-gas en la superficie sólida. Por esto, el tamaño de partícula influye en el tiempo necesario para que el proceso tenga lugar y en el volumen de reactor adecuado para ello. En el caso de los lechos fluidos este parámetro incide además sobre la velocidad mínima de fluidización. Para variar el tamaño de partícula se pueden considerar la densificación y la molienda, pero estas posibilidades incurren en unos costes adicionales. Por otro lado residuos poco densos pueden crear problemas de formación de canalizaciones preferenciales o dificultar la fluidización. En los lechos fijos pueden crearse problemas de pérdida de carga y el colapso del movimiento del lecho, dependiendo de la forma de las partículas.

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Las reacciones involucradas en la gasificación de carbón son las siguientes:

•: C + ½ O2 �CO LHr = -9,25 MJ/Kg

•: C + CO2 �2CO LHr = 14,37 MJ/Kg

•: C + H2O �CO + H2 LHr = 10,94 MJ/Kg

•: CH4 + ½ O2 �CO + 2H2 LHr = -35,7 MJ/kmol

•: H2 + ½ O2 �H2O LHr = -242 MJ/kmol

•: CO + ½ O2 �CO2 LHr = -283 MJ/kmol

•: CH4 + H2O �CO + 3H2 LHr = 206 MJ/kmol

•: CO + H2O �CO2 + H2 LHr = -41,1 MJ/kmol

Entre los principales tipos de gasificadores se pueden señalar aquel de lecho fluidizado, donde el sólido se mantiene en suspensión en el gas. En este caso no existen zonas más o menos diferenciadas en las que se lleven a cabo los distintos procesos de secado, pirólisis, etc. Cada partícula es sometida de forma instantánea/consecutiva/simultánea a estos procesos en cualquier punto del gasificador tras su entrada en él, siendo finalmente las cenizas elutriadas por el gas emergente. Estas características de elevada velocidad de reacción y excelente mezcla hacen que los perfiles de temperatura y conversión sean uniformes a lo largo del reactor, permitiendo un control preciso de las condiciones de operación. Esta es también la causa de la alta capacidad específica (Kg de sólido/m3 de reactor) frente a otros tipos de reactores.

Incluso aunque se empleen otros tipos de gasificadores, la tendencia actual es a juntar las zonas de pirólisis y oxidación en una sola, de forma que los productos de pirólisis se producen y se queman simultáneamente, en tanto que en una zona inferior se produce la reducción de forma análoga al downdraft tradicional.

Así, es el objeto de la invención proporcionar un dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis que aúne las ventajas de los diversos tipos de reactores conocidos produciendo un gas de síntesis esencialmente libre de alquitranes y que permita trabajar con materiales iniciales sólidos de alto contenido en humedad, sin que exista la necesidad de un caro secado previo y que ello afecte al rendimiento del proceso final, empleando para ello carbón y procediendo los reactivos necesarios para los distintos procesos y aportándose la energía en forma de vapor de agua producido en una planta de energía solar de alta temperatura. Para ello, el dispositivo reactor dual de la invención permite mantener las condiciones óptimas de temperatura, velocidad de calentamiento y tiempo de residencia sin que se produzcan los inconvenientes habitualmente asociados a este tipo de sistemas, como son la deposición de escorias en los elementos interiores del sistema, la pérdida de volátiles y los procesos pulverización y secado del material inicial.

Del documento EP 98949009.9 se conoce un procedimiento y un dispositivo para producir gas combustible, gas de síntesis y gas de reducción a partir de combustibles renovables y fósiles, otras biomasas, basura o fangos por combustión en un quemador con adición de oxígeno gaseoso y/o gases conteniendo oxígeno en proporciones subestequiométricas por encima de la temperatura de fusión de las fracciones inorgánicas, para obtener un medio de gasificación que contiene CO2 y H2O, donde se ponen en rotación combustible y/o gas a la entrada en la cámara de combustión y se proyectan los componentes minerales líquidos producidos en la combustión contra la pared del quemador dispuesta en posición sustancialmente vertical y se separan del medio de gasificación entonces producido; se conduce el medio de gasificación a un reactor de gasificación a través de una abertura central del fondo de la cámara de combustión y este medio forma allí un chorro de inmersión; se evacuan los componentes líquidos separados a través de la abertura central del fondo de la cámara de combustión y se hace que dichos componentes sean arrastrados por el chorro de inmersión del medio de gasificación en forma de gotitas de escoria, evacuados paralelamente al gas y acelerados contra el fondo del reactor, acumulados allí y retirados de éste; se alimenta en el gasificador polvo combustible conteniendo carbono al medio de gasificación, reduciéndose durante el desarrollo de la reacción de gasificación dióxido de carbono a monóxido de carbono y vapor de agua a hidrógeno; se desvía el chorro de gas de inmersión por encima del fondo del reactor y se evacua el gas de gasificación producido en la parte superior del reactor y, con subsiguiente desempolvado y depuración química, se le transforma en gas combustible, gas de síntesis o gas de reducción.

En el documento EP 92121724.6 se describe una instalación para la producción de gas de síntesis a partir de un material carbonoso que comprende un sistema para la alta concentración de energía solar en una zona focal alargada de alta temperatura, un reactor gasificador solar con regiones superiores e inferiores y que tiene al menos una porción transparente capaz de transmitir una radiación solar altamente concentrada; medios para permitir la proyección de dicha zona focal alargada de alta temperatura dentro del reactor; medios de tobera en la región superior del reactor; medios para la inyección de una dispersión de un material carbonoso particular en el reactor a

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través de dichos medios de tobera; y medios de evacuación para la extracción del producto de gas de síntesis de la región superior del reactor.

El objeto de la invención se explica a continuación en detalle en referencia a la figura 1 adjunta, que representa una forma de realización del presente dispositivo reactor dual.

En general, las reacciones de gasificación y pirólisis de carbón molido húmedo producidas en el dispositivo reactor dual se inician con la alimentación al dispositivo de vapor de agua procedente de una central termoeléctrica solar de alta temperatura, alimentándose este vapor de agua mediante las toberas adecuadas al reactor dual de gasificación/pirólisis. Previamente a la alimentación de vapor de agua, el dispositivo reactor se alimenta de carbón molido húmedo, para ello dispone de una tobera de alimentación superior (1) en dos ramas (1a) y (1b) en cuyo interior se lleva a cabo el tamizado de la molienda de carbón a un tamaño de partícula adecuado de 90 mesh y 490 mesh respectivamente en cada una de las ramificaciones (1a, 1b), preferentemente mediante un molino de mandíbula y bolas con tamiz de 90 mesh en una de las ramas y mediante un molino de bolas con tamiz de 490 mesh en la otra. El material resultante del tamizado se recoge en un elemento mezclador/distribuidor de carbón tamizado (2) situado aguas abajo de las toberas de alimentación y molienda (1), cayendo el carbón tamizado al elemento mezclador/distribuidor (2) tanto debido a que parte del vapor de agua alimentado ha forzado una circulación descendente del polvo carbonoso como al peso del polvo en sí, favoreciendo esta circulación de gas el flujo de las partículas carbonosas y minimizando su deposición en las paredes del elemento mezclador/distribuidor (2). Los molinos anteriormente mencionados así como el mezclador se alimentan con la energía necesaria para su operación, energía preferentemente obtenida de una planta solar de alta temperatura.

Manteniéndose este flujo de partículas carbonosas por el vapor de agua en sentido descendente procedente del elemento (2) a aproximadamente una temperatura de 220-250ºC, y aportando adicionalmente vapor de agua procedente de la central solar, el material inicial tamizado y húmedo pasa a la cámara (3), esencialmente de gasificación, donde este material inicial se oxida parcialmente mediante una alimentación adicional de oxígeno, preferentemente procedente de un dispositivo de electrolisis asociado a la central solar. Esta cámara (3) mantiene en su interior una temperatura de aproximadamente 1.800ºC-1.900ºC gracias a la alta temperatura del vapor de agua alimentado desde la central solar. La cámara (3) está provista de un revestimiento refractario en su interior, con el fin mantener la mantener la temperatura interna, así como, en un exterior, de un revestimiento aislante para minimizar las pérdidas caloríficas por radiación al exterior de las paredes. En una realización preferente de la invención, el material refractario de la cámara (3) se basa en un material de fibrocemento de alúmina, sílice y calcáreo, preferentemente del tipo Superboard®, manteniendo un aislamiento con estabilidad dimensional hasta 3.500ºC.

La cámara (3) está dividida en dos subcámaras (3a, 3b) por una membrana de difusión de gases que permite mantener separados los gases H2 y los basados en carbono (CO2, CO) obtenidos como una mezcla de gas de síntesis

CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2

de forma que el hidrógeno se recircula desde el reactor hacia el exterior para ser empleado en otros procesamientos químicos o directamente como combustible.

Aguas abajo de la citada cámara (3), un ciclón (4) retiene las partículas sólidas presentes en el gas de síntesis y, operando a una temperatura de 600ºC, mantenida por el propio de gas en su interior, arrastra los sólidos hacia una cámara esencialmente pirolítica (5). Las pequeñas cantidades de CH4, H2S y carbón libre que pueden quedar como residuos en el gas de síntesis se someten a una pirólisis en la cámara (5) del mismo reactor dual, eliminándose esencialmente el carbón libre, el H2S y parte del CO2. Brevemente, entre 38 y 705ºC se produce la desvolatilización y el desprendimiento de carbono e hidrógeno, entre 705 y 1480ºC de C y H2O(g) y entre 1480 y 1815ºC de C y O2. Los gases residuales se realimentan a la cámara (3)

Posteriormente, los residuos sólidos de los procesos simultáneos de gasificación y pirólisis atraviesan una rejilla de dientes de sierra (6) y son recogidos en forma de escorias y cenizas en un elemento de almacenamiento (7) para su posterior reutilización, por ejemplo en procesos de obtención de concretos donde se emplean cenizas o para su reciclaje en forma de fertilizantes.

En el interior de la cámara (3) se disponen los catalizadores adecuados para que puedan tener lugar las diferentes reacciones, así como los medios necesarios para mantener su integridad, tales como revestimientos refractarios, materiales aislantes, camisas de refrigeración, etc. Esto es igualmente aplicable a la cámara (5).

El dispositivo reactor dual de la invención permite la recirculación de los gases intermedios residuales obtenidos desde una cámara a la otra, de forma que el régimen de flujo o flujo arrastrado permite la alimentación en continuo de carbón y extraer fácilmente las escorias de todas las cámaras, disminuyendo las pérdidas de gas de síntesis por la salida de la escoria.

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Así, el dispositivo reactor dual descrito permite un tiempo de residencia bajo, en el rango de aproximadamente 1 a 7 segundos, el régimen de flujo arrastra las partículas de carbón a través del reactor, operando a una temperatura del gas de 1.000-1900ºC, lo que permite extraer las cenizas como escoria fundida y evitar la formación de alquitranes e hidrocarburos y minimizando la formación de metano, ya que su producción implica una liberación no deseada de energía.

Como es conocido por el experto en la materia, las dimensiones del dispositivo reactor dual de la invención estarán relacionadas y adaptadas al tamaño de partícula, la reactividad del combustible, las temperaturas de reacción y la velocidad de la fase gas, características que definen el tiempo necesario para que las reacciones de gasificación ocurran. Por tanto, el tiempo de residencia en el reactor es un parámetro a asegurar mediante el diseño descrito.

Un ejemplo de realización correspondiente al diseño descrito permite obtener las siguientes características funcionales:

T= aprox. 1870ºC

Eficiencia= 69%.

CO: 60-64% v/v

H2: 26-27% v/v

CH4: 0-0,1% v/v

CO2: 6-7% v/v

Reacción global:

C + 0,38 H2O + 0,36 O2 �0,38 H2 + 0,90 CO + 0,10 CO2 + 0.00 CH4

En una forma de realización preferente de la presente invención, las temperaturas indicadas para llevar a cabo los procesos en el interior del dispositivo reactor dual descrito se derivan de una planta solar de alta temperatura, e igualmente los diversos reactivos necesarios, vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, etc. se derivan de un procedimiento de obtención de subproductos de la planta solar mencionada, con especial preferencia del procedimiento descrito en la solicitud de patente española 201031280.

El calor que sale del reactor corresponde a una porción energética del Poder Calorífico del combustible empleado, en este caso 4895 Kcal/Kg, que no es arrastrado por los gases y escoria en forma de energía química o calor sensible, ni es utilizado en las reacciones. Así, una primera cota para la estimación del calor que debe salir a través de las paredes del reactor por unidad de tiempo es la máxima potencia generada con todo el poder calorífico del combustible empleado. Por ello, las paredes del dispositivo pueden opcionalmente presentar un serpentín de regulación de flujo de calor siempre que el flujo y la presión en el interior del serpentín sean adecuados a las condiciones de diseño y materiales empleados, la presión en el interior del serpentín sea suficiente para mantener en estado líquido el agua en todos las áreas del dispositivo dual, la temperatura de cada material esté en el rango de temperatura de servicio del mismo y el espesor final total de la pared sea el mínimo. La inclusión de un serpentín en la pared del reactor no es relevante para efectos de disminuir grosores de pared, pero puede ser de utilidad en aras de la eficiencia energética global de la unidad de gasificación.

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón caracterizado porque incluye los siguientes elementos:

un alimentador de carbón molido húmedo desde una tobera de alimentación superior (1) en dos

ramas (1a) y (1b), disponiéndose en el interior de una de las ramas un molino de mandíbula y bolas y, en el

interior de la otra, un molino de bolas, para la molienda del material carbonoso inicial;

un elemento mezclador/distribuidor de carbón tamizado (2) situado aguas abajo de las toberas de alimentación y molienda (1), cayendo el carbón tamizado al elemento mezclador/distribuidor (2) tanto debido a una alimentación de vapor de agua como gas de arrastre como al peso del polvo en sí, favoreciendo esta circulación de gas el flujo de las partículas carbonosas y minimizando su deposición en las paredes del elemento mezclador/distribuidor (2);

una cámara (3) aguas abajo del elemento (2) esencialmente de gasificación donde el material tamizado húmedo se oxida parcialmente mediante una alimentación adicional de oxígeno, a una temperatura de aproximadamente 1.800ºC-1.900ºC, estando la cámara (3) provista de un revestimiento refractario en su interior, con el fin mantener la mantener la temperatura interna, así como, en su exterior, de un revestimiento aislante para minimizar las pérdidas caloríficas por radiación al exterior de las paredes; y estando dividida la cámara (3) en dos subcámaras (3a, 3b) por una membrana de difusión de gases que permite mantener separados los gases H2 y los basados en carbono (CO2, CO) obtenidos como una mezcla de gas de síntesis

un ciclón (4) aguas abajo de la cámara (3), que retiene las partículas sólidas presentes en el gas de síntesis y operando a una temperatura de 600ºC mantenida por el propio de gas en su interior;

una cámara esencialmente pirolítica (5) en la cual los sólidos arrastrados del ciclón (4) se pirolizan

eliminándose esencialmente el carbón libre, el H2S y parte del CO2, siendo los gases residuales

realimentados a la cámara (3);

una rejilla de dientes de sierra (6) que recoge los residuos sólidos de los procesos simultáneos de

gasificación y pirólisis, almacenándose éstos en forma de escorias y cenizas en un elemento de

almacenamiento (7) para su posterior reutilización.
2.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque en cada una de las ramificaciones (1a, 1b) de la tobera de alimentación (1) se encuentran tamices de 90 mesh (1a) y 490 mesh (1b) respectivamente para el tamizado del carbón.
3.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque permite la recirculación del hidrógeno presente en la cámara (3) desde el reactor hacia el exterior para ser empleado en otros procesamientos químicos o directamente como combustible.
4.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de operación del elemento (2) se sitúa en el rango de 220-250ºC, la correspondiente de la cámara (3) se mantiene a 1.800ºC-1.900ºC y la correspondiente al ciclón (4) es de 600ºC.
5.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque el material refractario de las cámaras (3) y (5) se basa en un material de fibrocemento de alúmina, sílice y calcáreo, preferentemente del tipo Superboard®, manteniendo un aislamiento con estabilidad dimensional hasta 3.500ºC.
6.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además un serpentín regulador de flujo de calor en todas sus paredes.
7.

Dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis de carbón según la reivindicación 1, caracterizado porque permite la recirculación de los gases intermedios residuales obtenidos desde una cámara a la otra, de forma que el régimen de flujo o flujo arrastrado permite la alimentación en continuo de carbón y extraer fácilmente las escorias de todas las cámaras.

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OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201131437

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 01.09.2011

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

Y

WO 2010120495 A2(CONOCOPHILLIPS CO; JI SHUNCHENG) 21.10.2010, figura 2, 1-7

párrafos 20-39

Y

US 2005039400 A1 (LAU FRANCIS; DOONG SHAIN-JER) 24.02.2005, párrafos 4-6,21-22,30-31 1-7

A

US 4069024 A (COMBUSTION ENG) 17.01.1978, figura 1, columnas 2-5. 1-7

A

US 4799937 A (A. AHLSTROM CORP) 24.01.1989, figura 1, columnas 2-3 1-7

A

WO 9925792 A1( AECI LTD ET AL) 27.05.1999, figura 1, páginas 2-10. 1-7

Categoría 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 nº:

Fecha de realización del informe 17.04.2012

Examinador I. González Balseyro Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201131437

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD C10B49/02 (2006.01)

C10J3/00 (2006.01) C10B53/04 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

C10B, C10J

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXTUS, TXTEP1, TXTGB1

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201131437

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 17.04.2012

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 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

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201131437

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

WO 2010120495 A2 (CONOCOPHILLIPS CO; JI SHUNCHENG) 21.10.2010

D02

US 2005039400 A1 (LAU FRANCIS; DOONG SHAIN-JER) 24.02.2005
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 reactor de gasificación-pirólisis de carbón.

El documento D01 divulga un dispositivo dual para la gasificación-pirólisis de carbón que comprende un alimentador de carbón molido húmedo, una cámara de gasificación donde el material alimentado se oxida parcialmente en presencia de O2 y vapor (1093-1927ºC), un ciclón que separa las partículas presentes en el gas de síntesis desde donde se recirculan a la zona esencialmente pirolítica del reactor. El gasificador dual cuenta con dos zonas, una esencialmente pirolítica en la parte superior, y otra en la que predominan las reacciones de gasificación en la parte inferior. La alimentación del carbón molido húmedo se realiza en la zona intermedia del reactor (figura 2, párrafos 20-39).

La diferencia entre el documento D01 y el objeto de la reivindicación 1 de la solicitud radica en la incorporación de una membrana en la cámara de gasificación con objeto de mantener separados el H2 y los gases basados en carbono (CO, CO2) obtenidos como una mezcla de gas de síntesis.

El problema técnico que subyace por lo tanto de la presente invención se puede considerar como la obtención de una corriente de H2 puro del proceso de gasificación-pirólisis de carbón. La solución consiste en incorporar una membrana de difusión de gases a la cámara de gasificación que permite separar el H2 obtenido del resto de gases.

Este problema y su correspondiente solución aparecen ya recogidos en el documento D02 que divulga un reactor de gasificación de carbón para la obtención de hidrógeno, en el que la cámara de gasificación comprende una membrana de difusión de gases que permite separar el hidrógeno obtenido del resto de gases. Al reactor, además de carbón se alimenta vapor de agua y oxígeno, y se opera a 600-2000ºC. A la salida del reactor se sitúa un ciclón que retiene las partículas sólidas presentes en el gas de síntesis, desde donde se devuelven a la cámara de reacción (párrafos 4-6,21-22,30-31). Por lo tanto, resultaría obvio para el experto en la materia aplicar estas características con su correspondiente efecto al documento D01 de forma que se obtenga el dispositivo objeto de la invención.

Por tanto, el objeto de la invención tal y como aparece recogido en las reivindicaciones 1-7 de la solicitud, carece de actividad inventiva (art. 8.1. LP).

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4