ES2221117T3 - Metodo para el enfriamiento de gas contaminado. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO DE ENFRIAMIENTO DE GAS CONTAMINADO QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO, EL CUAL CONTIENE COMO INPUREZAS AL MENOS VAPORES METALICOS Y SULFURO DE HIDROGENO Y SE ENCUENTRA A UNA TEMPERATURA SUPERIOR A 1000 (GRADOS) C, HASTA UNA TEMPERATURA INFERIOR A 1000 (GRADOS) C, MEDIANTE SUMINISTRO DE AGUA EN FORMA LIQUIDA Y/O GASEOSA, A DICHO GAS, BAJO CONDICIONES TALES QUE AL MENOS ALGO DEL MONOXIDO DE CARBONO PRESENTE EN EL GAS SEA SUSCEPTIBLE DE REACCIONAR CON EL AGUA SUMINISTRADA, FORMANDOSE DIOXIDO DE CARBONO E HIDROGENO.

Description

Método para el enfriamiento de gas contaminado.

La invención se refiere a un método para el enfriamiento de gas contaminado, en particular el gas combustible que se obtiene en el tratamiento de residuos.

Los residuos pueden tratarse de varios modos. El tratamiento por combustión es muy usado actualmente. Otras posibilidades son la pirólisis y la gasificación, las cuales pueden también ser seguidas por una fase de fusión. En el caso de la pirólisis los residuos se calientan bajo condiciones (virtualmente) libres de oxígeno, produciéndose gases y un residuo como el coque. Los componentes de un peso molecular más alto pueden ser eliminados del gas resultante por craqueo térmico. Durante esta operación se produce una mezcla de CO, CO_{2}, H_{2}O y H_{2}. En el caso de la gasificación se proporciona más oxígeno, con el resultado de que principalmente se produce CO y se forma menos residuo como el coque. Se puede hacer reaccionar adicionalmente el residuo mediante una fase de fusión, siendo convertido en una escoria utilizable y una sustancia volátil conteniendo los compuestos metal/metal volátiles. Los procesos de pirólisis y gasificación producen, como gas producto, un gas combustible que todavía tiene un valor calorífico. Lo mismo sucede con el gas residual de la fase de fusión, al menos si este último es tratado bajo condiciones de reducción.

En general los gases se obtienen de los procesos descritos anteriormente a temperaturas superiores a 1000, en particular a temperaturas de 1250 - 1600°C. Los gases son contaminados con el material arrastrado de la alimentación ("arrastre") y también contienen compuestos gaseosos que se originan de la alimentación, como gas de cloruro de hidrógeno, gas de sulfuro de hidrógeno y vapores metálicos (en particular zinc y, hasta un punto en cierto modo inferior, plomo).

La consecuencia de la presencia de estas impurezas es que pueden originarse problemas durante el procesamiento adicional de este gas. En los procesos existentes para la purificación del gas de fusión y el gas de pirólisis, el gas es normalmente alimentado sucesivamente a través de un refrigerador de gas, un filtro ciclón y/o de mangas para capturar sólidos y un purificador de gas para eliminar los componentes ácidos del gas. La contaminación del equipo para realizar estas fases del procesamiento, como consecuencia de los contaminantes presentes en el gas caliente, supone un problema, en particular en el coqueo del material y ciertamente en el enfriamiento. En lo que se refiere a la fase de enfriamiento, el enfriamiento con medios convencionales podría conducir a la precipitación del vapor metálico presente como metal elemental. Dicho metal elemental sería filtrado entonces en los filtros. Esto puede producir el incendio del filtro en cuanto se admita oxígeno (aire): los metales se oxidarán inmediatamente, generándose mucho calor. Además, a causa de la alta temperatura de los gases, el intercambio térmico puede tener lugar sólo en intercambiadores de calor muy caros hechos de material cerámico. Este tipo de intercambiadores de calor están sujetos al desgaste y son contaminados de un modo relativamente rápido por las corrientes de gas caliente contaminado, como resultado de lo cual requieren un mantenimiento altamente intensivo.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una solución a los problemas anteriores. Otro objetivo de la invención es proporcionar un método con el que el gas muy caliente y contaminado pueda ser enfriado de manera eficaz, de modo que el intercambio de calor pueda tener lugar en un equipo de acero. El uso de intercambiadores de calor de acero tiene la ventaja de que es menos caro y que el intercambiador de calor se desgasta y se contamina de un modo menos rápido. Se sabe que el uso de intercambiadores de calor de acero es posible sólo a temperaturas inferiores a 1000°C. En consecuencia, las corrientes de gas caliente deben enfriarse a una temperatura por debajo de los 1000°C antes de que puedan alimentarse a través de un intercambiador de calor de acero. Otro objetivo de la invención es proporcionar un método con el que el gas obtenido retenga un valor calorífico apreciable, de modo que sea adecuado para ser usado como gas combustible.

Se ha descubierto que haciendo uso de la reacción por conversión, las corrientes de gas caliente pueden enfriarse de modo eficaz y rápido, teniendo el gas obtenido un valor calorífico apreciable.

En consecuencia, la invención se refiere a un método para el enfriamiento de gas contaminado conteniendo monóxido de carbono, que contiene como impurezas al menos vapores metálicos y sulfuro de hidrógeno y se encuentra a una temperatura por encima de los 1000°C, hasta una temperatura entre 700 y 1000°C, suministrando agua en forma líquida y/o gaseosa a dicho gas, y donde al menos parte del monóxido de carbono presente en el gas es capaz de reaccionar con el agua suministrada, con la formación de dióxido de carbono e hidrógeno.

Mediante el suministro de agua a una temperatura inferior al gas caliente, la mezcla se enfría y tiene lugar la reacción por conversión:

CO + H_{2}O <=> CO_{2} + H_{2}

Como resultado de la bajada de la temperatura y las condiciones químicas modificadas, los vapores metálicos presentes en el gas se convertirán en compuestos sólidos, normalmente en sulfatos y sulfuros a causa de la presencia de sulfuro de hidrógeno. Como resultado, estos metales pueden ser posteriormente eliminados de modo fácil en el proceso presentando así el procesamiento menos problemas. Además, se forma hidrógeno como resultado de la reacción por conversión que tiene lugar, lo cual es ventajoso, puesto que el hidrógeno tiene un valor más alto que el monóxido de carbono y también es más fácil de usar.

El agua puede ser suministrada tanto en estado líquido como gaseoso (como vapor).

La cantidad de agua suministrada influye en el grado al cual se consigue el enfriamiento. De cualquier manera la cantidad de agua añadida debe ser tal que la temperatura del gas caliente descienda por debajo de 1000°C. Además, es preferible que la temperatura del gas no descienda por debajo de 700°C, porque de este modo podría perderse demasiado calor, lo cual haría también menos eficaz el intercambio de calor. Resulta más preferible proporcionar una cantidad de agua tal que la temperatura del gas enfriado se encuentre entre 900 y 1000°C. A temperaturas dentro de este intervalo la velocidad de reacción de la reacción por conversión será tan alta que el nuevo equilibrio se establece con tiempos de permanencia inferiores a un segundo. Añadiendo más agua, la temperatura bajará más, pero la reacción por conversión no se desarrollará mucho más. La consecuencia es que se produce un equilibrio metaestable: la reacción por conversión se encuentra en un tipo de situación de equilibrio congelado.

Como ya se ha descrito antes, el método según la invención es en particular adecuado para el enfriamiento de gases contaminados que han sido obtenidos por gasificación o pirólisis de residuos o gases residuales que se obtienen de una fase de fusión, en la que el residuo como el coque que se obtiene de la pirólisis o la gasificación es fundido bajo condiciones de reducción. El método según la invención resulta particularmente adecuado para el enfriamiento de gas contaminado que ha sido obtenido por la combustión parcial o gasificación de biomasa, coque de pirólisis o residuos con un alto contenido de material orgánico.

Además, con la ayuda del método según la invención también es posible ajustar la proporción H_{2}/CO en el gas obtenido o mantener esta proporción virtualmente constante. Los metales en el gas también son convertidos en óxidos metálicos o sulfuros metálicos.

La invención se ilustra adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1

Un gasificador suministra gas a una temperatura de aproximadamente 1450°C, conteniendo los siguientes componentes gaseosos:

CO: 48.2% mol vapor de zinc:200 ppm

CO_{2}: 11,8% mol H_{2}S:1400 ppm

H_{2}: 19.3% mol HCl:1000 ppm

H_{2}O: 15.7% mol

N_{2}: 5.0% mol

Además, el gas contiene también 3.5 g/m^{3} de componentes sólidos así como cantidades pequeñas de otros componentes gaseosos.

Se añaden 0.3 moles de agua a 25°C a este gas por mol de gas (lo que corresponde al 23% en base al peso). Esto da como resultado una temperatura de equilibrio adiabático de 948°C. La composición del gas en esta situación de equilibrio es la siguiente:

CO: 27.0% mol

CO_{2}: 19.2% mol

H_{2}: 25.0% mol

H_{2}O: 25.0% mol

N_{2}: 3.8% mol

A la temperatura de equilibrio de 948°C finalmente alcanzada, todo el vapor de zinc originariamente presente ha sido convertido a sulfuro de zinc.

De las composiciones anteriores puede verse que el contenido de hidrógeno ha aumentado considerablemente como consecuencia de la adición de agua. El valor calorífico del gas obtenido (una vez condensada el agua del mismo) es de 51.4 Mcal/mol, que es un valor que puede usarse muy fácilmente.

Ejemplo 2

El mismo gas usado en el Ejemplo 1 es ahora enfriado con vapor a 150°C en lugar de con agua. Se añaden 0.35 moles de vapor por mol de gas. La temperatura final es 928°C. La composición del gas a esta temperatura es la siguiente:

CO: 25.1% mol

CO_{2}: 19.3% mol

H_{2}: 24.9% mol

H_{2}O: 27.0% mol

N_{2}: 3.7% mol

Aquí de nuevo a la temperatura de equilibrio de 928°C finalmente alcanzada, todo el vapor de zinc originariamente presente ha sido convertido a sulfuro de zinc.

De las composiciones anteriores puede verse también que el contenido de hidrógeno ha aumentado como consecuencia de la adición de agua.

Claims (4)

1. Método para el enfriamiento de gas contaminado conteniendo monóxido de carbono, que contiene como impurezas al menos vapores metálicos y sulfuro de hidrógeno y se encuentra a una temperatura por encima de los 1000°C, hasta una temperatura entre 700 y 1000°C, suministrando agua en forma líquida y/o gaseosa a dicho gas, y donde al menos parte del monóxido de carbono presente en el gas reacciona con el agua suministrada con la formación de dióxido de carbono e hidrógeno.

2. Método según la reivindicación 1, donde el gas es enfriado a una temperatura entre 900-1000°C.

3. Método según las reivindicaciones 1 ó 2, donde el gas contaminado ha sido obtenido por la gasificación de biomasa, coque de pirólisis o residuos con un alto contenido de material orgánico.

4. Método según una o más de las reivindicaciones 1-3, donde la proporción H_{2}/CO en el gas se mantiene virtualmente constante.