ES2900017T3 - Procedimiento e instalación de producción de electricidad a partir de una carga de combustible sólido de recuperación - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de producción de electricidad, en el que se realizan las siguientes etapas sucesivas: a) proporcionar un combustible sólido de recuperación CSR no fermentable, b) producir (10) un gas de síntesis bruto a partir del combustible sólido de recuperación, c) purificar (12) dicho gas de síntesis bruto para generar un gas de síntesis cuya concentración disminuida de alquitranes determina un punto de rocío de dichos alquitranes inferior o igual a 20ºC, comprendiendo dicha etapa de purificación inyectar dicho gas de síntesis bruto en una zona de mezcla, en la que dicho gas de síntesis bruto se encuentra y se mezcla con al menos un dardo de plasma y/o al menos un flujo oxidativo, e iniciar una reacción entre dicho gas de síntesis y dicho al menos un dardo de plasma y/o dicho al menos un flujo oxidativo en una zona de reacción situada aguas abajo de dicha zona de mezcla para craquear térmicamente los alquitranes, siendo la temperatura del gas de síntesis que sale de dicha zona de reacción superior o igual a 1100ºC, d) limpiar (22) dicho gas de síntesis purificado de este modo para obtener un gas de síntesis limpio, e) reducir el grado de humedad relativa del gas de síntesis limpio, f) inyectar al menos una parte del mismo en al menos un motor (26) de gas para producir electricidad.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento e instalación de producción de electricidad a partir de una carga de combustible sólido de recuperación Estado de la técnica
Sector de la técnica
La presente invención se refiere al campo general del aprovechamiento de residuos de recursos renovables, en particular, una carga de combustible sólido de recuperación (CSR). Más específicamente, se refiere a un procedimiento de producción de energía eléctrica a partir de una carga de CSR de este tipo.
También se refiere a una instalación para la implementación de este procedimiento de producción de energía eléctrica.
Antecedentes tecnológicos
Actualmente, diversificar los recursos energéticos constituye un verdadero desafío para la mayoría de los países. A medida que los recursos fósiles se reducen, se hace necesario importar combustibles fósiles para estos países, lo que genera costes considerables en su balanza comercial.
Asimismo, la implementación de energías endógenas renovables constituye un desafío medioambiental y económico importante para estos países.
De este modo, se conoce producir energía eléctrica a partir de biomasa. Esta biomasa se convierte, en primer lugar, en gas de síntesis en un reactor de gasificación, enfriándose y limpiándose este gas y posteriormente inyectándose en motores de gas acoplados a un generador eléctrico para producir energía eléctrica.
Los procedimientos e instalaciones según el estado de la técnica se describen en los documentos WO2016/090198, US2013/017062 y WO2008/015777.
Sin embargo, se observa que los procedimientos del estado de la técnica para producir electricidad a partir de recursos renovables presentan muchas desventajas.
Asimismo, aunque se conoce que los motores de gas presentan un rendimiento más importante que las turbinas de vapor, no son capaces de responder instantáneamente a fluctuaciones significativas en cuanto a la cantidad y calidad del gas de síntesis inyectado en su entrada.
Sin embargo, estos procedimientos de la técnica anterior, particularmente debido a la naturaleza de la carga que va a tratarse, inducen amplias variaciones en la calidad del gas de síntesis producido, particularmente en cuanto a un poder calorífico inferior (PCI).
Además, puede observarse el deterioro de los motores de gas en el caso de condensación de agua y contaminantes tales como alquitranes, contenidos en el gas de síntesis producido, siendo su deposición susceptible de perjudicar el funcionamiento adecuado de determinados componentes constitutivos del motor y, en consecuencia, provocar que el motor se detenga.
Por otro lado, se conocen combustibles preparados a partir de residuos domésticos (OM) no fermentables y residuos industriales molidos comunes (DIB), que se denominan “combustibles sólidos de recuperación” (CSR).
Estos combustibles presentan la ventaja de presentar un poder calorífico inferior (PCI) importante, pero contienen, por ejemplo, cloro y azufre. Hasta ahora, tales combustibles se implementan principalmente en plantas de cemento porque la calidad variable de los combustibles (tamaño de partícula, contenido de cloro, contenido de cenizas, etc.) hace que su implementación sea compleja en otros campos.
Por tanto, existe la necesidad apremiante de un nuevo procedimiento de producción de energía eléctrica que permita superar las desventajas de la técnica anterior descritas anteriormente.
Objeto de la invención
El propósito de la presente invención es superar las desventajas de la técnica anterior proporcionando un procedimiento de producción de energía eléctrica a partir de residuos endógenos clasificados, no fermentables, con un diseño y un modo de operación sencillos, fiable y económico, que responda a las desventajas mencionadas anteriormente.
En particular, un objeto de la presente invención es un procedimiento de este tipo que permita la alimentación de motores de gas con un gas de síntesis limpio que presente las especificidades requeridas: contaminantes al mínimo, agua en cantidad mínima, temperatura inferior o igual a una temperatura de funcionamiento máxima, PCI constante o sustancialmente constante, y superior o igual a un valor umbral mínimo.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento de este tipo que garantice un caudal y una presión constantes de gas de síntesis limpio en la entrada de los motores de gas.
Todavía otro objeto de la presente invención es un procedimiento de este tipo que garantice una optimización energética global (eléctrica y térmica) del mismo.
La presente invención también se refiere a una instalación industrial tal como una central eléctrica, para la implementación de este procedimiento de producción de energía eléctrica.
Breve descripción de la invención
Para ello, la invención se refiere a un procedimiento de producción de electricidad.
Según la invención, se realizan las siguientes etapas sucesivas:
a) proporcionar un combustible sólido de recuperación CSR, no fermentable,
b) producir gas de síntesis bruto a partir de combustible sólido de recuperación,
c) purificar dicho gas de síntesis bruto para generar un gas de síntesis cuya concentración de alquitrán disminuida determina un punto de rocío de dichos alquitranes inferior o igual a 20°C, comprendiendo dicha etapa de purificación inyectar dicho gas de síntesis bruto en una zona de mezcla, en la que dicho gas de síntesis bruto se encuentra y se mezcla con al menos un dardo de plasma y/o al menos un flujo oxidativo, e iniciar una reacción entre dicho gas de síntesis y dicho al menos un dardo de plasma y/o dicho al menos un flujo oxidativo en una zona de reacción situada aguas abajo de dicha zona de mezcla para craquear térmicamente alquitranes, siendo la temperatura del gas de síntesis que sale de dicha zona de reacción superior o igual a 1100°C,
d) limpiar dicho gas de síntesis purificado de este modo para obtener un gas de síntesis limpio,
e) reducir el grado de humedad relativa del gas de síntesis limpio,
f) inyectar al menos una parte del mismo en al menos un motor de gas para producir electricidad.
Por tanto, la carga de combustible sólido de recuperación (CSR) que va a tratarse está libre de materiales fermentables y se presenta en forma triturada.
En la etapa c), el craqueo térmico permite que las cadenas de alquitrán se rompan en cadenas más pequeñas, así como en monóxido de carbono CO y dihidrógeno H2. De este modo, se obtiene una disminución del punto de rocío de los alquitranes, que pasa de aproximadamente 170C antes del tratamiento a una temperatura del orden de 20°C. Además, ventajosamente, se conserva el PCI del gas de síntesis purificado de este modo.
A título puramente ilustrativo, en la etapa c) el flujo oxidativo es aire o aire enriquecido con oxígeno.
Ventajosamente, se evita la formación de condensados en el motor o motores de gas eliminando del gas de síntesis producido en la etapa b), en particular alquitranes en la etapa c), partículas sólidas, bromo, flúor y cloro en la etapa d) y agua en la etapa e).
El gas de síntesis limpio obtenido de este modo mediante el procedimiento de la invención permite una alimentación segura al motor o motores de gas, evitando cualquier posible degradación del mismo o de los mismos. De este modo, se preservan la integridad física y el rendimiento de los motores de gas.
En diferentes realizaciones particulares de este procedimiento de producción de electricidad, teniendo cada una sus ventajas particulares y siendo susceptibles de muchas combinaciones técnicas posibles:
- después de la etapa c) y antes de la etapa d), se enfría el gas de síntesis purificado en una caldera de recuperación de calor alimentada con agua e implementando el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dicho gas de síntesis para producir vapor y alimentar con dicho vapor al menos una turbina de vapor,
- en la etapa e), se enfría el gas de síntesis limpio a una temperatura inferior a una temperatura de introducción del gas de síntesis limpio en dicho al menos un motor de gas para producir electricidad, para desaturar dicho gas de síntesis limpio de su humedad.
Ventajosamente, para una presión dada del gas de síntesis limpio, se reduce la temperatura del gas de síntesis purificado y limpio por debajo de la temperatura de rocío del agua, evacuándose el agua por gravedad y, a continuación, dicho gas de síntesis se comprime, elevando dicha compresión la temperatura del gas de síntesis.
De este modo, se obtiene un gas desaturado.
Ventajosamente, después de la compresión del gas de síntesis, el gas comprimido se enfría de este modo a una temperatura de funcionamiento que permite su inyección en dicho al menos un motor y se eliminan los ácidos, en particular H2S, contenidos en el gas de síntesis comprimido de este modo antes de la inyección en dicho al menos un motor de gas. Preferiblemente, dicho gas de síntesis se enfría a una temperatura inferior o igual a una temperatura de funcionamiento máxima Ts = 50°C para alimentar dicho al menos un motor de gas.
- dicho al menos un motor de gas se alimenta continuamente con dicho gas de síntesis limpio, siendo la presión del gas de síntesis en la entrada de dicho al menos un motor de gas constante o sustancialmente constante.
Preferiblemente, en la etapa a), dicho combustible sólido de recuperación CSR se suministra en la cantidad necesaria para producir más gas de síntesis del necesario para alimentar dicho al menos un motor en la etapa f), y se regulan las fluctuaciones en el volumen del gas de síntesis limpio generado produciendo, a partir del gas de síntesis no inyectado en dicho al menos un motor, vapor para alimentar al menos una turbina de vapor.
Dependiendo de las fluctuaciones en el volumen de gas de síntesis generado, una proporción comprendida entre al menos el 70% y el 90% del gas de síntesis limpio generado puede dirigirse de este modo a dicho al menos un motor de gas. Ventajosamente, al menos una cámara de combustión se alimenta con el exceso de dicho gas de síntesis limpio no inyectado en dicho al menos un motor de gas, dirigiéndose los humos resultantes de la combustión de dicho gas de síntesis limpio a una unidad de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos humos para producir vapor.
Dicha al menos una cámara de combustión y dicha unidad de recuperación de calor son solidarias con una caldera de combustión.
- en la etapa d), el hollín se recupera con el fin de quemarlo en al menos una cámara de combustión, dirigiéndose los humos resultantes de la combustión de dicho hollín a una unidad de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos humos para producir vapor y alimentar con dicho vapor al menos una turbina de vapor.
De este modo, al generar el procedimiento de la invención determinado hollín, se optimiza energéticamente el mismo recuperando dicho hollín, quemándolo y produciendo vapor a partir del mismo. Preferiblemente, al menos una cámara de combustión de tipo ciclón se alimenta con dicho hollín.
La extracción del hollín se realiza ventajosamente mediante medios de extracción que comprenden un tornillo sin fin.
Ventajosamente, se controla el nivel de hollín que sale del filtro de mangas para garantizar una cantidad adecuada, es decir, comprendida entre un mínimo y un máximo, de hollín que alimenta dicha al menos una cámara de combustión. A título puramente ilustrativo, se implementan sensores de nivel configurados para determinar estos umbrales. El hollín se transporta en un medio estanco, preferiblemente en un medio no oxidativo, hasta dicha al menos una cámara de combustión con el fin de evitar su combustión durante su transporte. A modo de ejemplo, este hollín se transporta mediante un transportador neumático.
Según otro aspecto del procedimiento, el agua se transporta hacia dicha o dichas calderas de recuperación y el vapor producido hacia dicha al menos una turbina de vapor en un circuito cerrado.
La presente invención también se refiere a una instalación para la implementación del procedimiento de producción de electricidad tal como se describió anteriormente, comprendiendo dicha instalación:
- un reactor de gasificación para producir un gas de síntesis bruto,
- una unidad para purificar el gas de síntesis bruto, comprendiendo dicha unidad una zona de mezcla, en la que dicho gas de síntesis bruto inyectado a través de al menos un orificio de entrada de dicha unidad se encuentra y se mezcla con al menos un dardo de plasma y/o al menos un flujo oxidativo, generándose cada dardo de plasma mediante un soplete de plasma, produciéndose preferiblemente cada flujo oxidativo por un medio de introducción de un flujo oxidativo en dicha unidad, comprendiendo también dicha unidad una zona de reacción situada aguas abajo de dicha zona de mezcla en la que se produce una reacción entre dicho gas de síntesis y dicho al menos un dardo de plasma y/o dicho al menos un flujo oxidativo con el fin de reducir mediante craqueo térmico la concentración de alquitranes contenidos en el gas de síntesis bruto y alcanzar un punto de rocío de dichos alquitranes inferior o igual a 20°C, siendo la temperatura del gas de síntesis que sale de dicha zona de reacción superior o igual a 1100°C,
- una caldera de recuperación de calor alimentada con agua y configurada para calentar dicha agua mediante la recuperación del calor de dicho gas de síntesis para producir vapor,
- una unidad de filtración que comprende al menos un filtro de mangas para limpiar gas de síntesis purificado, - un dispositivo de lavado/enfriamiento y un dispositivo de compresión del gas de síntesis situado aguas abajo de dicho dispositivo de lavado/enfriamiento, en el sentido de desplazamiento de dicho gas de síntesis hacia al menos un motor de gas, los cuales permiten reducir el grado de humedad relativa del gas de síntesis limpio generado al salir del sistema de limpieza,
- al menos un motor de gas,
- una caldera de combustión para quemar el excedente del gas de síntesis producido no dirigido a dicho al menos un motor de gas, comprendiendo dicha caldera de combustión al menos una cámara de combustión y al menos un orificio de salida de gases de combustión conectado a una unidad de recuperación de calor, estando dicha unidad de recuperación de calor alimentada con agua y estando configurada para calentar dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos gases de combustión para producir vapor, y
- al menos una turbina de vapor alimentada con vapor por al menos dicha caldera de recuperación de calor y dicha unidad de recuperación de calor para producir electricidad, permitiendo el conjunto de estos elementos maximizar la eficiencia energética de dicha instalación.
Según un aspecto de la instalación de la invención, dicho al menos un motor de gas y dicha caldera de combustión están dispuestos en paralelo de manera que el gas de síntesis no dirigido a dicho al menos un motor de gas se envía hacia dicha caldera.
Según otro aspecto de la instalación de la invención, dicha unidad de filtración comprende, en su parte inferior, medios de extracción de dicho hollín, que se dirigen a al menos una cámara de combustión de dicha caldera por un medio de transporte colocado en un medio estando y no oxidativo.
Se aprovecha de este modo el hollín resultante del craqueo térmico de los alquitranes en la etapa c) porque estos últimos presentan un poder calorífico muy importante.
Preferiblemente, estos medios de extracción comprenden un tornillo sin fin.
Estos medios de extracción también pueden comprender sondas de nivel, concretamente, una sonda que determina un nivel umbral inferior al cual la cantidad de hollín que va a transportarse para alimentar la caldera de combustión sería insuficiente.
Según otro aspecto de la instalación de la invención, dicha caldera de combustión comprende al menos una cámara ciclónica para recibir dicho hollín.
Según otro aspecto de la instalación de la invención, el circuito que suministra el agua a dichas calderas y que transporta el vapor hacia dicha al menos una turbina de vapor es un medio de transporte en circuito cerrado.
Descripción de las figuras
Otras ventajas, objetivos y características particulares de la presente invención surgirán de la siguiente descripción, realizada, con un propósito explicativo y de ninguna manera limitativo, en relación con los dibujos adjuntos, en los que: - La figura 1 representa esquemáticamente las etapas del procedimiento de producción de electricidad a partir de una carga de CSR según una realización particular de la presente invención;
- La figura 2 es una vista en sección de un filtro de mangas de la instalación para la producción de electricidad según una realización de la presente invención,
- La figura 3 representa esquemáticamente una caldera de combustión de la instalación de la figura 2, permitiendo dicha caldera de combustión volver a aprovechar el hollín obtenido del filtro de mangas y el exceso de gas de síntesis limpio generado por el procedimiento y no inyectado en los motores de gas;
Descripción detallada de la invención
En primer lugar, se observa que las figuras no están realizadas a escala.
La figura 1 representa esquemáticamente las diferentes etapas en el procedimiento de producción de electricidad a partir de una carga de combustible sólido de recuperación (CSR) según una realización particular de la presente invención.
Los elementos idénticos que aparecen en las diferentes figuras llevan las mismas referencias.
Etapa de gasificación 10 de la carga en un gasificador de lecho fijo.
La carga que va a tratarse se introduce, en primer lugar, en un elemento de gasificación, también denominado “gasificador”, con un caudal conocido.
De este modo, y, preferiblemente, la carga que va a tratarse se inyecta en este gasificador mediante un tornillo sin fin enfriado.
Esta carga que va a tratarse es un combustible sólido de recuperación (CSR) inyectado en forma triturada. El combustible se trabaja para alimentar el gasificador con la carga más homogénea posible. Una carga de este tipo también tiene la ventaja de presentar un poder calorífico inferior (PCI) importante, pero, por otro lado, contiene contaminantes tales como cloro.
La gasificación consiste en la descomposición en presencia de un gas reactivo tal como aire, de la carga de CSR triturada con el fin de obtener un producto gaseoso bruto, es decir, no purificado. Este gas de síntesis, también denominado “producto de gas”, es ventajosamente rico en monóxido de carbono (CO), dihidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), agua (H2O) y nitrógeno (N2).
Durante este procedimiento, la carga que va a tratarse se somete a diferentes fenómenos termoquímicos que se producen sucesivamente:
- pirólisis, durante la cual se produce una descomposición térmica de materiales carbonosos sin presencia de oxígeno y la liberación de gases combustibles y no combustibles por la carga. De este modo, estos gases comprenden vapores no condensables (metano, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono...) y alquitranes.
- la combustión de materia volátil resultante de la etapa de pirólisis que conlleva la producción de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), acompañada de una liberación de calor,
- la gasificación, que consiste en la reacción del tanque presente en la carga que va a tratarse con dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua resultado de la etapa de combustión.
Las reacciones de combustión son exotérmicas y proporcionan la energía necesaria para la gasificación, que es endotérmica.
El gasificador está equipado ventajosamente con un dispositivo de inyección de oxígeno que garantiza un enriquecimiento del aire de gasificación con el fin de reducir el contenido de nitrógeno en el gas de síntesis bruto producido y, por tanto, limitar su dilución.
A título puramente ilustrativo, puede aumentarse de este modo el contenido de oxígeno del aire de gasificación del 21% al 40%. Al mismo tiempo, el contenido de nitrógeno en el gas disminuye entonces del 79% al 60%.
Al verse limitada de este modo la dilución del gas por nitrógeno, el gas de síntesis bruto obtenido en la salida del gasificador es más rico. Ventajosamente, esta adición de oxígeno al aire de gasificación permite aumentar el PCI del gas de síntesis bruto producido, así como aumentar el caudal de entrada de la carga que va a tratarse en el gasificador.
Este gasificador presenta, en este caso, un lecho fijo a contracorriente.
Ha de señalarse que, en un gasificador de este tipo, la alimentación de la carga de CSR triturada se realiza desde la parte superior del reactor mientras que el aire se inyecta en la parte inferior de este reactor a través de una rejilla, la cual adopta, en este caso, la forma de un suelo de hormigón perforado.
Este gasificador comprende al menos un agitador, comprendiendo cada agitador un brazo móvil para distribuir la carga en el suelo perforado con una altura de lecho determinada con el fin de promover las reacciones de gasificación en el conjunto del lecho.
El gasificador también puede estar equipado con un dispositivo de inyección de vapor por debajo del lecho de gasificación. Esta inyección de vapor, que genera reacciones endotérmicas, permite entonces limitar el aumento de temperatura del suelo perforado para evitar la vitrificación de la ceniza, debido a la inyección de aire enriquecido.
La inyección de este vapor tiene ventajosamente un impacto doble. No solo permite aumentar el contenido de CO y H2 en el gas y, por consiguiente, aumentar el poder calorífico inferior (PCI) del gas de síntesis bruto producido, sino que también permite reducir el contenido de carbono en la ceniza recuperada bajo el gasificador.
Esta ceniza residual, no arrastrada en el gas, se extrae del gasificador y se transporta hacia una unidad 16 de almacenamiento.
Sin embargo, un gasificador de lecho fijo de este tipo produce una cantidad significativa de alquitrán, que convendría eliminar del gas de síntesis bruto producido para su aprovechamiento.
El gas de síntesis bruto producido por el gasificador se dirige de este modo hacia una unidad de purificación con el fin de someterse a una denominada etapa 12 de purificación durante la que los alquitranes contenidos en este gas se eliminan en particular.
De antemano, y al salir del gasificador, el gas de síntesis bruto se dirige hacia un dispositivo 11 de eliminación de polvo, que permite atrapar el polvo contenido en este gas y, de este modo, tener un gas de síntesis bruto menos cargado con partículas sólidas.
Etapa 12 de purificación
La unidad de purificación recibe el gas de síntesis bruto generado a nivel del gasificador 10 y desprovisto de polvo por el dispositivo 11 de eliminación de polvo para garantizar la eliminación de los alquitranes presentes en grandes cantidades en este gas.
La unidad de purificación comprende en este caso sucesivamente:
- un recinto de introducción al que se conecta un reactor, teniendo cada uno del recinto de introducción y el reactor un volumen interno delimitado por paredes cubiertas al menos parcialmente por elementos refractarios, estando este recinto y el reactor en comunicación fluida,
- el recinto de introducción comprende un soplete de plasma con arco no transferido que tiene un eje principal, estando este soplete destinado a generar un dardo de plasma que tiene un eje de propagación sustancialmente colineal con el eje principal de este soplete,
- el recinto de introducción comprende al menos un orificio de entrada colocado aguas abajo de este soplete de plasma para la introducción de gas de síntesis que va a purificarse,
- al tener el reactor una forma alargada sustancialmente cilíndrica, el eje longitudinal de este reactor es sustancialmente colineal con el eje de propagación del dardo de plasma, comprendiendo el reactor en su parte aguas abajo un orificio de salida para el gas de síntesis purificado,
- el reactor comprende en su entrada, un anillo oxidativo, que comprende una pluralidad de orificios de introducción de un gas oxidativo, tal como aire.
Estos orificios de introducción están conectados a un circuito de alimentación de gas, que se distribuyen de manera uniforme o no alrededor de la periferia del reactor, definiendo de este modo un anillo oxidativo.
Este anillo oxidativo permite enviar aire caliente a la unidad de purificación con el fin de mantener unos niveles de temperatura elevados en toda esta unidad y de crear turbulencias en la parte superior del reactor con el fin de optimizar la mezcla del conjunto formado por el gas de síntesis, el aire de plasma y el gas oxidativo, y promover de este modo las reacciones de craqueo térmico.
Este aire caliente procede ventajosamente de una caldera de combustión destinada a quemar el hollín recuperado a nivel de un filtro de mangas durante la limpieza del gas de síntesis purificado y el exceso de gas de síntesis limpio no inyectado en los motores de gas (véase más adelante).
Esta unidad de purificación puede describirse como un sistema que tiene una configuración en línea, es decir, un soplete de plasma, después el dispositivo de inyección y luego el reactor. Una configuración en línea de este tipo presenta muchas ventajas, en particular, una gran sencillez de funcionamiento, un efecto de succión del gas de síntesis y del gas oxidativo por el dardo de plasma que garantiza de este modo una mezcla ajustada del gas de síntesis, del dardo de plasma y del gas oxidativo, pero también un arrastre del gas de síntesis/dardo de plasma/gas oxidativo a lo largo de una línea recta (el eje de propagación) lo que minimiza cualquier posible interacción entre esta mezcla sobrecalentada y las paredes del recinto de introducción y el reactor.
La mezcla ajustada realizada de este modo garantiza, por otro lado, una transferencia de energía directa, lo que no solo permite un menor consumo de energía sino también lograr temperaturas más elevadas de la mezcla de gas de síntesis/dardo de plasma/gas oxidativo que con los dispositivos de la técnica anterior.
Gracias al dardo de plasma, se alcanzan temperaturas del orden de 3000°C localmente, las cuales son necesarias para el craqueo de los alquitranes. El gas de síntesis purificado de este modo presenta, a la salida de la unidad de purificación, una temperatura típicamente del orden de 1200°C.
Las reacciones que tienen lugar en el reactor comprenden reacciones de craqueo térmico, de reformado con vapor y de oxidación. Estas reacciones enriquecen ventajosamente el gas de síntesis producido durante la etapa de gasificación transformando las moléculas en H2 y CO. Estas reacciones también conllevan la formación de hollín en el gas de síntesis, el cual se tratará aguas abajo de esta unidad de purificación. Estas reacciones permiten reducir al menos el 90% de los alquitranes contenidos en el gas de síntesis bruto.
El contenido de alquitranes en el gas de síntesis purificado que sale de la unidad de purificación está en línea con las especificaciones requeridas para un aprovechamiento en motores de gas (punto de rocío inferior a 20°C). El gas de síntesis purificado de este modo se envía hacia una cadena de tratamiento antes de dirigirse a motores de gas para generar electricidad.
Caldera de recuperación
A la salida de la unidad de purificación, el gas de síntesis purificado se dirige hacia una caldera 13 de recuperación de energía para enfriar este gas de síntesis.
Esta caldera 13 de recuperación está compuesta por una cámara de radiación con tubos de agua, luego una serie de intercambiadores de tipo vaporizadores/sobrecalentadores y economizadores.
El papel de esta caldera 13 de recuperación, en este caso, es doble:
- por un lado, garantizar una disminución de la temperatura del gas de síntesis purificado a una temperatura que permita su tratamiento aguas abajo de esta caldera, y
- por otro lado, recuperar el calor del gas de síntesis purificado con el fin de producir un máximo de vapor que se utilizará para alimentar una o más turbinas 14 de vapor.
De este modo, la temperatura del gas de síntesis purificado pasa de 1200°C en la entrada de dicha caldera 13 de recuperación a una temperatura de aproximadamente 200°C. La energía térmica del gas de síntesis purificado se recupera, en este caso, en forma de vapor a 370°C y 32 bar absolutos.
Esta caldera 13 de recuperación también está equipada con un transportador de cadena de tipo Redler para la evacuación de residuos. Esta parte es una protección hidráulica que permite tener un elemento de seguridad en la caldera. Garantiza un sellado perfecto del procedimiento.
Filtro de mangas
Al salir de la caldera 13 de recuperación, el gas de síntesis, purificado y enfriado, se dirige hacia un filtro 15 de mangas que permitirá recoger el conjunto del polvo y partículas sólidas contenidos en este gas.
El filtro 15 de mangas está configurado no solo para capturar polvo y otras partículas contenidas en el gas, sino también para atrapar ácidos (SOx, HCl y HF).
El reactivo utilizado es cal apagada para permitir la neutralización de los compuestos clorados contenidos en el gas de síntesis. El gas de síntesis purificado se envía hacia el filtro 15 de mangas, desde la parte inferior hacia la parte superior, con una captura de partículas en las mangas filtrantes. Estas mangas filtrantes se limpian de manera cíclica mediante inyección de nitrógeno a contracorriente.
El gas de síntesis purificado, una vez limpio, se recoge en la parte superior del filtro 15 de mangas y se dirige hacia un dispositivo de lavado/enfriamiento.
Ventajosamente, también se recupera hollín al nivel de este filtro 15 de mangas con el fin de volver a aprovecharlo. Con este fin, el hollín recuperado de este modo se transporta para alimentar una caldera 17 de combustión, dirigiéndose los humos resultantes de la combustión de dicho hollín a una unidad de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua recuperando el calor de dichos humos para producir vapor y alimentar con dicho vapor al menos una turbina 14 de vapor.
La figura 2 es una representación esquemática de este filtro 15 de mangas. La extracción del hollín se realiza ventajosamente mediante medios de extracción que comprenden un tornillo 18 sin fin. Estos medios de extracción también comprenden uno o más sensores 19 de nivel, en este caso, sensores colocados a ambos lados de una línea 20 central para garantizar que exista una cantidad suficiente de hollín. A modo de ejemplo, un primer sensor determina un umbral máximo y un segundo sensor determina un umbral mínimo que no debe superarse para garantizar una dosificación adecuada del hollín, así como un sellado perfecto.
El hollín extraído de este modo se transporta en un entorno desprovisto de aire para evitar su combustión. Este hollín se transporta, en este caso, mediante un transportador 21 neumático.
Templado (Quench)
El gas de síntesis liberado de sus cenizas y partículas se somete a una etapa 22 de templado, o “quench”, en un dispositivo de lavado/enfriamiento, el cual enfriará este último de una temperatura en la entrada del dispositivo del orden de 200°C a una temperatura a la salida del dispositivo de aproximadamente 40°C.
Esta disminución de la temperatura del gas de síntesis se logra, en primer lugar, gracias a la evaporación de una disolución acuosa pulverizada en una cámara de saturación, la cual permite reducir la temperatura del gas de síntesis a aproximadamente 70°C. Luego se lava circulando a contracorriente un flujo de gotas de disolución de lavado que caen desde arriba, las cuales permiten capturan los alquitranes y el polvo residuales. El gas de síntesis penetra entonces en lechos de revestimiento estructurados en donde se enfría aún más hasta una temperatura del orden de 40°C gracias a una disolución de enfriamiento que gotea sobre el revestimiento, circulando esta disolución en circuito cerrado. Una purga de desconcentración que contiene los compuestos absorbidos por la disolución de lavado se envía a una planta de tratamiento de agua de procesamiento.
El gas de síntesis totalmente limpio y enfriado se dirige entonces hacia un surpresor 23.
Surpresor 23
A la salida del dispositivo de lavado/enfriamiento, el gas de síntesis limpio se envía a un surpresor 23. Este último está configurado para aceptar un gas de síntesis en un vacío aguas arriba del mismo y para comprimir este gas de síntesis para transportar este último hacia los motores de gas y una caldera 17 de combustión, al tiempo que se limitan posibles riesgos de fuga. Habitualmente, el gas de síntesis sale del surpresor con una presión del orden de cien milibares en la entrada de los motores 26.
De este modo, el surpresor permite compensar las diversas pérdidas de carga en línea y garantizar que la presión en la entrada de los motores 26 de gas cumpla con las especificaciones de funcionamiento. La compresión del gas de síntesis por el surpresor 23 provoca un ligero aumento de su temperatura, siendo esta última, en este caso, del orden de 60°C.
Sistema de enfriamiento
En la salida del surpresor 23, el gas se envía a un sistema 24 de enfriamiento, tal como un intercambiador de calor. El propósito de este último es reducir la temperatura del gas de síntesis limpio a una temperatura de funcionamiento permisible por los motores 26 de gas. Esta temperatura de funcionamiento máxima es, en este caso, de 50°C.
Sistema de reducción de H2S
Después del enfriamiento, el gas de síntesis limpio se dirige a un sistema 25 de reducción de derivados de azufre. Una reacción de adsorción química permite que los derivados de azufre contenidos en el gas de síntesis limpio queden atrapados.
Para ello, una parte del gas de síntesis limpio se envía a un lecho de carbón activado compuesto por partículas que tienen un diámetro medio del orden de varios milímetros.
Se produce una reacción química entre el H2S contenido en el gas de síntesis (SG) y el carbón activado, lo que permite capturar el azufre. Para que la adsorción sea óptima, la temperatura del gas de síntesis debe ser de aproximadamente 50°C.
Una reacción de este tipo presenta la ventaja de no requerir fuelóleo, pero también de no oxidar el gas de síntesis. Caldera 17 de combustión
La caldera 17 de combustión se coloca en la salida del sistema 25 de reducción de H2S colocándose en paralelo con los motores 26 de gas. Esta caldera 17 está equipada con un quemador que permite la combustión del gas de síntesis excedente no inyectado en los motores 26 de gas.
Esta caldera de combustión tiene varias tareas:
• Regular la presión del gas en la entrada de los motores de gas,
• Garantizar la flexibilidad en el control de estos motores. De hecho, esta se dimensiona para aceptar entre el 10 y el 30% del caudal total del gas de síntesis producido.
• Quemar el gas de síntesis (SG) no enviado a los motores, así como el hollín recuperado por el filtro de mangas, antes de ser liberado a la atmósfera para cumplir con las regulaciones vigentes en la chimenea 27, y
• Producir vapor que se enviará hacia una turbina 14 de vapor para producir electricidad.
La figura 3 es una representación esquemática de esta caldera 17 de combustión. La combustión de hollín y de gas de síntesis limpio en exceso producido por el procedimiento de la invención se realiza en cámaras 28 ciclónicas integradas en esta caldera 17 de combustión. Esta última también comprende un orificio de salida de gases de combustión conectado a una unidad 29 de recuperación de calor, alimentándose esta unidad de recuperación de calor con agua y estando configurada para calentar esta agua mediante la recuperación del calor de los gases de combustión para producir vapor.
Red de agua-vapor
Una recuperación de calor se prevé ventajosamente en la instalación para la implementación del procedimiento de producción de electricidad con el fin de maximizar la eficiencia energética global del procedimiento.
Después de la unidad de purificación, el gas de síntesis se envía ventajosamente de este modo hacia una caldera 13 de recuperación de energía que permite producir un vapor a alta presión.
Para ello, la caldera de recuperación de calor se alimenta con agua y se configura para calentar esta agua mediante la recuperación del calor del gas de síntesis purificado con el fin de producir vapor.
Finalmente, una caldera 17 de combustión se instala en paralelo a los motores de gas con el fin de tratar el exceso de gas de síntesis limpio no dirigido a los motores de gas. Tal como se ha descrito anteriormente, esta caldera 17 de combustión también produce vapor.
Por tanto, la instalación para la producción de electricidad comprende una red de suministro de vapor que es una red en bucle cerrado, que comprende los siguientes elementos:
- una caldera de recuperación de calor: la caldera de recuperación, situada en el exterior, enfría el gas de síntesis purificado procedente de la unidad de purificación y produce vapor sobrecalentado en las mismas condiciones de presión y temperatura que la caldera 17 de combustión.
- una caldera 17 de combustión que se ha descrito anteriormente,
- un barril de alta presión, que forma el colector de los vapores producidos por las distintas calderas.
Este tiene varias funciones y en particular:
• En funcionamiento nominal: la totalidad del vapor generado se envía a la entrada de la turbina.
• En funcionamiento degradado, por ejemplo, en caso de existir un problema con la turbina o con la calidad del vapor, el vapor se envía hacia un hidrocondensador a través de un elemento de derivación.
• También se extrae vapor del barril para alimentar la unidad de vacío del hidrocondensador. Una parte del vapor producido también puede utilizarse para alimentar el desgasificador térmico durante periodos transitorios.
- una turbina de vapor: en funcionamiento normal, el vapor generado en la instalación se envía a la turbina, que está acoplada a un generador de producción eléctrica.
El vapor a baja presión procedente de la turbina se condensa entonces mediante un hidrocondensador de vacío. - bombas de extracción: a la salida del hidrocondensador, el condensado se extrae mediante bombas de extracción. Su función es evacuar el condensado del hidrocondensador para enviarlo a un depósito de alimentos.
- un depósito de alimentos y un desgasificador térmico: la función del depósito de alimentos es alimentar con agua las calderas con agua de calidad óptima y, más particularmente, agua que presente un contenido de oxígeno muy bajo. La temperatura del agua es de aproximadamente 105°C calentada por el barril de extracción o la turbina de extracción, con el fin de eliminar el oxígeno contenido en el agua.
- bombas de alimentos: se instalan tres bombas de alimentos, dos para funcionar, colocándose la última en caso de fallo de las otras dos, con el fin de garantizar la alimentación continua de agua a la caldera.
La red de agua-vapor es un circuito cerrado que permite que todo el vapor producido en dicha instalación se recupere mediante el procedimiento y se reinyecte en la instalación para producir electricidad.
A modo de ejemplo de implementación, los diversos equipos de la instalación, ya sea la turbina a través del hidrocondensador, o la recuperación de calor en los motores, permiten aprovechar una cantidad de calor del orden de 17 MW térmico.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de producción de electricidad, en el que se realizan las siguientes etapas sucesivas:
a) proporcionar un combustible sólido de recuperación CSR no fermentable,
b) producir (10) un gas de síntesis bruto a partir del combustible sólido de recuperación,
c) purificar (12) dicho gas de síntesis bruto para generar un gas de síntesis cuya concentración disminuida de alquitranes determina un punto de rocío de dichos alquitranes inferior o igual a 20°C, comprendiendo dicha etapa de purificación inyectar dicho gas de síntesis bruto en una zona de mezcla, en la que dicho gas de síntesis bruto se encuentra y se mezcla con al menos un dardo de plasma y/o al menos un flujo oxidativo, e iniciar una reacción entre dicho gas de síntesis y dicho al menos un dardo de plasma y/o dicho al menos un flujo oxidativo en una zona de reacción situada aguas abajo de dicha zona de mezcla para craquear térmicamente los alquitranes, siendo la temperatura del gas de síntesis que sale de dicha zona de reacción superior o igual a 1100°C,
d) limpiar (22) dicho gas de síntesis purificado de este modo para obtener un gas de síntesis limpio,
e) reducir el grado de humedad relativa del gas de síntesis limpio,
f) inyectar al menos una parte del mismo en al menos un motor (26) de gas para producir electricidad.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque después de la etapa c) y antes de la etapa d), el gas de síntesis purificado se enfría (13) en una caldera de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dicho gas de síntesis para producir vapor y alimentar con dicho vapor al menos una turbina (14) de vapor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la etapa e) el gas de síntesis limpio se enfría a una temperatura inferior a la temperatura de introducción del gas de síntesis limpio en dicho al menos un motor (26) de gas para producir electricidad, para desaturar dicho gas de síntesis limpio de su humedad.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque después de la compresión del gas de síntesis, el gas comprimido de este modo se enfría a una temperatura de funcionamiento que permite su inyección en dicho al menos un motor y los ácidos contenidos en el gas de síntesis comprimido de este modo se eliminan antes de la inyección en dicho al menos un motor (26) de gas.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho al menos un motor (26) de gas se alimenta continuamente con dicho gas de síntesis limpio, siendo la presión del gas de síntesis en la entrada de dicho al menos un motor (26) de gas constante o sustancialmente constante.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque en la etapa a), dicho combustible sólido de recuperación CSR se suministra en la cantidad necesaria para producir más gas de síntesis del que es necesario para la alimentación de dicho al menos un motor en la etapa f) y porque las fluctuaciones en el volumen de gas de síntesis limpio generado se controlan produciendo, a partir del gas de síntesis no inyectado en dicho al menos un motor, vapor para alimentar al menos una turbina (14) de vapor.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque al menos una cámara de combustión se alimenta con el excedente de dicho gas de síntesis limpio no inyectado en dicho al menos un motor (26) de gas, dirigiéndose los humos resultantes de la combustión de dicho gas de síntesis limpio a una unidad de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos humos para producir vapor.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa d), el hollín se recupera para quemarse en al menos una cámara de combustión, dirigiéndose los humos resultantes de la combustión de dicho hollín a una unidad de recuperación de calor alimentada con agua y que implementa el calentamiento de dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos humos para producir vapor y alimentar con dicho vapor al menos una turbina (14) de vapor.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho hollín se extrae por medio de medios (18-20) de extracción, y a continuación dicho hollín se transporta en un medio estanco y no oxidativo hasta dicha al menos una cámara de combustión.
10. Instalación para la implementación del procedimiento de producción de electricidad según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, comprendiendo dicha instalación:
- un reactor de gasificación para producir un gas de síntesis bruto,
- una unidad para purificar el gas de síntesis bruto, comprendiendo dicha unidad una zona de mezcla, en la que dicho gas de síntesis bruto inyectado a través de al menos un orificio de entrada se encuentra y se mezcla con al menos un dardo de plasma y/o al menos un flujo oxidativo, generándose cada dardo de plasma mediante un soplete de plasma, comprendiendo también dicha unidad una zona de reacción situada aguas abajo de dicha zona de mezcla en la que se produce una reacción entre dicho gas de síntesis y dicho al menos un dardo de plasma y/o dicho al menos un flujo oxidativo con el fin de disminuir mediante craqueo térmico la concentración de alquitranes contenidos en el gas de síntesis bruto y lograr un punto de rocío de dichos alquitranes inferior o igual a 20°C, siendo la temperatura del gas de síntesis que sale de dicha zona de reacción superior o igual a 1100°C,
- una caldera de recuperación de calor alimentada con agua y configurada para calentar dicha agua mediante la recuperación del calor de dicho gas de síntesis purificado para producir vapor,
- una unidad de filtración que comprende al menos un filtro (15) de mangas para limpiar gas de síntesis purificado,
- un dispositivo de lavado/enfriamiento y un dispositivo para comprimir el gas de síntesis situado aguas abajo de dicho dispositivo de lavado/enfriamiento, en el sentido de desplazamiento de dicho gas de síntesis hacia al menos un motor (26) de gas,
- al menos un motor (26) de gas,
- una caldera (17) de combustión para quemar el excedente del gas de síntesis producido no dirigido a dicho al menos un motor (26) de gas, comprendiendo dicha caldera (17) de combustión al menos una cámara de combustión y al menos un orificio de salida de gases de combustión conectado a una unidad de recuperación de calor, estando dicha unidad de recuperación de calor alimentada con agua y estando configurada para calentar dicha agua mediante la recuperación del calor de dichos gases de combustión para producir vapor, y
- al menos una turbina (14) de vapor alimentada con vapor por al menos dicha caldera de recuperación de calor y dicha unidad de recuperación de calor para producir electricidad, permitiendo el conjunto de estos elementos maximizar la eficiencia energética de dicha instalación.
11. Instalación según la reivindicación 10, caracterizada porque dicho al menos un motor (26) de gas y dicha caldera están colocados en paralelo de modo que el gas de síntesis no dirigido a dicho al menos un motor (26) de gas se envía hacia dicha caldera.
12. Instalación según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque dicha unidad de filtración comprende, en su parte inferior, medios (18-20) de extracción de dicho hollín, que se dirige a al menos una cámara de combustión de dicha caldera por un medio de transporte colocado en un entorno estanco.
13. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque dicha caldera (17) de combustión comprende al menos una cámara ciclónica para recibir dicho hollín.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113586376B (zh) * 2021-09-02 2022-07-01 四川合众精准科技有限公司 一种基于内燃式清洁燃料的温差气动发电***及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2206406Y (zh) * 1994-12-28 1995-08-30 西北农业大学 一种颗粒燃料燃烧炉
FR2797642B1 (fr) * 1999-08-16 2003-04-11 Inst Francais Du Petrole Procede et installation de production d'un gaz combustible a partir d'une charge riche en matiere organique
DE10047787A1 (de) * 2000-09-20 2002-03-28 Ver Energiewerke Ag Verfahren zur Brenngaserzeugung aus Hausmüll und ähnlichen Abfällen durch Pyrolyse mit nachgeschalteter Umwandlung der Pyrolyseprodukte Schwelgas und Schwelkoks in Permanentgas
US6370880B1 (en) * 2000-11-09 2002-04-16 General Electric Company Fuel gas moisturization control system for start-up, high load operation and shutdown
FR2827609B1 (fr) * 2001-07-18 2004-05-21 Inst Francais Du Petrole Procede et installation de production de gaz combustibles a partir de gaz issus de la conversion thermique d'une charge solide
FR2845391B1 (fr) * 2002-10-07 2006-05-12 Inst Francais Du Petrole Procede et installation de production d'un gaz de synthese depollue a partir d'une charge riche en matiere organique
CA2424805C (en) * 2003-04-04 2009-05-26 Pyrogenesis Inc. Two-stage plasma process for converting waste into fuel gas and apparatus therefor
JP4312632B2 (ja) * 2004-03-03 2009-08-12 中外炉工業株式会社 バイオマスガス化システムおよびその運転方法
FR2899596B1 (fr) * 2006-04-05 2010-03-12 Enria Procede de production d'energie electrique a partir de biomasse
PT105874A (pt) * 2011-09-02 2013-03-04 Iberfer Equipamentos E Construcoes Tecn S A Processo de conversão de energia térmica da biomassa em energia eléctrica e instalação de produção de energia eléctrica para a realização do referido processo
JP5798046B2 (ja) * 2012-01-05 2015-10-21 ヤンマー株式会社 ガス化装置
US20170009160A1 (en) * 2015-07-07 2017-01-12 Kashong Llc System for gasification of solid waste and method of operation
EP3383545A4 (en) * 2015-12-02 2018-12-26 Lundberg LLC System, apparatuses, and methods for improving the operation of a turbine by using electrostatic precipitation

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