ES2274808T3 - Proceso para retirar particulas de escoria solida de una mezcla de particulas de escoria solida y agua. - Google Patents
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Abstract
Proceso para retirar partículas de escoria sólida desde una mezcla de partículas de escoria sólida y agua presente en una zona de inactivación, siendo parte dicha zona de inactivación de un proceso para la preparación de gas de síntesis mediante combustión parcial de un combustible que contiene carbono sólido finamente disperso con un gas que contiene oxígeno, (a) descargando la mezcla de la zona de inactivación a un primer recipiente, (b) descargando partículas de escoria del primer recipiente a un segundo recipiente mediante gravedad, estando localizado dicho segundo recipiente por debajo y conectado de manera fluida con dicho primer recipiente mediante un conducto de conexión abierto y está provisto adicionalmente con medios de cierre para descargar escoria desde su extremo inferior, y descargar agua pobre en escoria sólida desde el segundo recipiente mediante un conducto provisto con un medio de bombeo y que tiene una entrada localizada de manera que el agua pobre en partículas de escoria se bombea desde el segundo recipiente, (c) cerrando de manera fluida el primer recipiente desde el segundo recipiente, (d) abriendo el medio para descargar escoria desde el segundo recipiente para retirar la escoria del segundo recipiente a una zona de menor presión, y (e) cerrando el medio para descargar escoria desde el segundo recipiente y repetir las etapas (a) a (e).
Description
Proceso para retirar partículas de escoria
sólida de una mezcla de partículas de escoria sólida y agua.
La presente invención se refiere a un proceso
para retirar escoria sólida de una mezcla de escoria sólida y agua
presente en una zona de inactivación, siendo parte dicha zona de
inactivación de un proceso para la preparación de gas de síntesis
mediante combustión parcial de combustible que contiene carbono
sólido finamente disperso con un gas que contiene oxígeno.
El documento
GB-A-2086931 describe un proceso
para la retirada de cenizas y generación de gas de síntesis a
partir de carbón. Dicho proceso se describe en el documento
EP-A-290087. En este proceso una
mezcla de agua y escoria sólida se lava (con una corriente fuerte)
de forma discontinua en un sistema de gasificación a presión. La
escoria líquida es un subproducto de la gasificación o combustión
parcial de, por ejemplo, carbón. La escoria líquida se drena a
través de la salida localizada en el fondo del reactor y se hace
pasar por gravedad a través de un medio de descarga de escoria
hacia un baño de agua o recipiente de inactivación de escoria en el
que se forma la mezcla de agua y partículas de escoria sólida. El
lavado discontinuo de la mezcla desde el sistema de gasificación a
presión a una zona de descarga de menor presión se realiza mediante
una tolva de obturación. Durante el ciclo de lavado la tolva de
obturación se aísla del sistema de gasificación cerrando una o más
válvulas en la tubería de conexión entre el recipiente de
inactivación de escoria y la tolva de obturación.
Un problema de este procedimiento de lavado es
que, cuando la válvula entre la tolva de obturación y el recipiente
de inactivación está cerrada, la escoria que se acumula aguas arriba
de esta válvula tiene tendencia a acumularse en un espacio estrecho
justo por encima de dicha válvula. Ha resultado muy difícil
conseguir que la escoria caiga en la tolva de obturación después de
volver a conectar la tolva de obturación al sistema de gasificación.
Este problema se resuelve mediante el proceso descrito en el
documento EP-A-290087, en el que una
burbuja de gas nitrógeno o corona de gas nitrógeno permanente se
mantiene en la tolva de obturación. Asegurando que la presión de
dicha burbuja de gas nitrógeno sea menor que la presión en el
recipiente de inactivación de escoria, se consigue un flujo hacia
abajo inicial de agua y escoria durante el funcionamiento de las
válvulas entre la tolva de obturación y el recipiente de
inactivación de escoria. Este método da como resultado también una
rápida descarga de la escoria desde el recipiente de inactivación a
la tolva de obturación.
Aunque se ha demostrado que el proceso anterior
funciona satisfactoriamente en la práctica comercial aún tiene
algunas desventajas. Una desventaja es la necesidad de instalar el
equipo adicional para suministrar nitrógeno y los costes asociados
del consumo de nitrógeno durante cada ciclo de lavado. Otra
desventaja es que junto con la mezcla descargada se descarga
también una cantidad de compuestos de azufre, de los cuales el
sulfuro de hidrógeno es el más destacable, y otros componentes
disueltos, por ejemplo amoniaco, cloruro y monóxido de carbono. El
sulfuro de hidrógeno se forma en el reactor a partir de compuestos
que contienen azufre que están presentes en el suministro de
hidrocarburo. Parte del sulfuro de hidrógeno se disolverá en el agua
presente en el recipiente de inactivación de escoria y de esta
manera se descargará junto con la escoria en el proceso descrito
anteriormente.
El objeto de la presente invención es un proceso
sencillo para separar rápidamente partículas de escoria sólida de
una zona de inactivación, que contienen una mezcla de dichas
partículas de escoria y agua, de manera que se retiran ninguno o
muy pocos compuestos que contienen azufre con la escoria de la zona
de inactivación.
Este objeto se consigue mediante el siguiente
proceso. El proceso para retirar partículas de escoria sólida de
una mezcla de partículas de escoria sólida y agua presentes en una
zona de inactivación, siendo parte dicha zona de inactivación de un
proceso para la preparación de gas de síntesis mediante la
combustión parcial de combustible que contiene carbono sólido
finamente disperso con un gas que contiene oxígeno
(a) descargando la mezcla de la zona de
inactivación a un primer recipiente,
(b) descargando las partículas de escoria del
primer recipiente a un segundo recipiente y descargando agua pobre
en escoria sólida del segundo recipiente, estando localizado dicho
segundo recipiente por debajo y conectado de manera fluida con
dicho primer recipiente mediante un conducto de conexión abierto
provisto con medios de bombeo y provisto además con un medio de
cierre para descargar escoria desde su extremo inferior,
(c) cerrando de manera fluida del primer
recipiente desde el segundo recipiente,
(d) abriendo el medio de descarga de escoria
desde el segundo recipiente para retirar la escoria del segundo
recipiente a una zona de menor presión, y
(e) cerrando el medio para descargar escoria
desde el segundo recipiente y repetir las etapas (a) a (e).
Realizando el proceso de acuerdo con la
invención es posible descargar partículas de escoria sólida desde
un recipiente que contiene una mezcla de partículas de escoria
líquida y sólida, en el que la cantidad de compuestos que contienen
azufre que se descargan junto con el agua es menor que en los
procesos de la técnica antecedente. Por lo tanto, se descargará
menos sulfuro de hidrógeno junto con las partículas de escoria. El
sulfuro de hidrógeno, normalmente descargado junto con la escoria se
descargará ahora con los gases del producto de síntesis. Debido a
que los gases de síntesis típicamente contienen una cierta cantidad
de sulfuro de hidrógeno, no será problema retirar esta cantidad
adicional de sulfuro de hidrógeno en las secciones de retirada de
sulfuro de hidrógeno aguas abajo existentes. Otras ventajas del
presente proceso resultarán evidentes cuando se lea la descripción
detallada de esta invención.
El presente proceso se refiere a la separación
de partículas de escoria de un proceso para la preparación de gas
de síntesis mediante la combustión parcial de un combustible que
contiene carbono sólido finamente disperso con un gas que contiene
oxígeno. Los ejemplos de combustible que contiene carbono son
carbón, turba, madera, coque, por ejemplo coque de petróleo,
hollín, residuos que contienen carbono, biomasas y mezclas de los
mismos. Las mezclas de las materias primas mencionadas anteriormente
y corrientes de residuos que contienen metal pueden usarse también
como suministro.
La proporción en volumen de agua pobre en
escoria, que se extrae del segundo recipiente, respecto al volumen
de sólidos que pasan por el conducto desde el primer recipiente al
segundo recipiente en el mismo periodo de tiempo es preferiblemente
entre 0,7 y 1,5 y más preferiblemente entre 0,8 y 1. Más
preferiblemente el volumen de líquido extraído del segundo
recipiente y suministrado el primer recipiente es aproximadamente el
mismo que el volumen de sólidos que pasan del primer al segundo
recipiente debido a la gravedad. El líquido en el conducto de
conexión entre el primer y segundo recipientes se mantendrá después
próximo a estancamiento. Esta situación reduce adicionalmente que
cualquier compuesto de azufre entre al segundo recipiente.
Preferiblemente el flujo de masa de las
partículas de escoria en el conducto de conexión entre el primer y
segundo recipientes es entre 100-150 kg de
partículas de escoria por metro cuadrado de área de sección
transversal del conducto o válvula, el que sea más pequeño, por
segundo (kg/m^{2}/s).
Como está presente un primer recipiente entre la
zona de inactivación y el segundo recipiente o tolva de obturación,
estará presente un gradiente en la concentración de compuestos de
azufre, donde la concentración de compuestos de azufre en el primer
recipiente será menor que en la zona de inactivación. Este gradiente
de concentración se consigue especialmente cuando la proporción de
altura sobre diámetro del primer recipiente es mayor de tres.
Preferiblemente el agua pobre en escoria extraída del segundo
recipiente se suministra al extremo inferior del primer recipiente
para aumentar adicionalmente este gradiente de concentración. Este
gradiente de concentración es ventajoso porque reduce
adicionalmente las oportunidades de que cualquier compuesto de
azufre entre al segundo recipiente.
El volumen del primer recipiente es
preferiblemente del mismo tamaño o mayor que el del segundo
recipiente. El volumen adicional actúa como tampón de la capacidad
para resolver el problema y además reduce las oportunidades de que
cualquier compuesto de azufre entre en el segundo recipiente. Cuando
se cierra el primer recipiente desde el segundo recipiente en la
etapa (c) preferiblemente estarán presentes ninguna o muy pocas
partículas de escoria en el conducto de conexión, reduciendo de
esta manera la oportunidad de que las partículas de escoria
obstruyan la válvula presente en dicho conducto, reduciendo de esta
manera la oportunidad de dañar la válvula, y manteniendo la
capacidad de tampón disponible para anticiparse a los problemas que
puedan surgir. El segundo recipientes es preferiblemente no tan
pequeño debido a que esto daría como resultado una frecuencia de
lavado demasiado alta, dando como resultado una mala capacidad del
proceso. Adecuadamente el volumen del primer recipiente es entre 2
y 3 veces el volumen del segundo recipiente. El volumen del segundo
recipiente se determinará mediante la capacidad requerida para
retirar las partículas de escoria. Un especialista en la técnica
puede determinar fácilmente el volumen óptimo que tiene en cuenta
el tiempo necesario para realizar las etapas (a) - (e) y el deseado
para minimizar el tamaño de los recipientes.
Extrayendo agua relativamente limpia del segundo
recipiente se consigue y una especie de aspiración que tira
predominantemente de los sólidos del primer recipiente hacia el
segundo recipiente. El segundo recipiente debe ser suficientemente
grande para permitir que los sólidos sedimenten suficientemente
durante la etapa (b) para conseguir una región que sea pobre en
sólidos y una región inferior que sea rica en sólidos.
Para reducir adicionalmente la cantidad de
compuesto de azufre que puede descargarse desde el primer recipiente
al segundo recipiente es ventajoso llenar el segundo recipiente con
agua limpia o fresca después de que las partículas de escoria se
hayan retirado al segundo recipiente en la etapa (d) y/o en la etapa
(e) antes de realizar la etapa (a). Cuando las partículas de
escoria entran en la parte del segundo recipiente de esta agua
limpia, que tiene adecuadamente aproximadamente el volumen de las
partículas que entran, se descarga al primer recipiente o, como
alternativa, aunque menos preferido, a otra salida. Cuando esta agua
limpia entra en el primer recipiente se obtiene una reducción
adicional en este primer recipiente del contenido de compuestos de
azufre como resultado, como se ha analizado anteriormente.
En una realización preferida de la presente
invención el primer recipiente está provisto también con un medio
para descargar agua pobre en escoria. Esto ventajoso porque las
partículas de escoria pueden entrar entonces más fácilmente en el
primer recipiente desde la zona de inactivación. Esta agua puede
usarse ventajosamente como medio para refrigerar la zona de
inactivación extrayendo calor de esta corriente contra el agua de
refrigeración, aire de refrigeración u otro medio. También puede
ser ventajoso usar esta agua para destruir y/o limpiar depósitos
formados sobre la superficie de la capa de agua presente en la zona
de inactivación y depósitos presentes sobre la propia construcción
de la zona de inactivación. Puede ser ventajoso extraer parte de
esta corriente para evitar la acumulación de contaminantes. La
posición preferida en la que el agua pobre en escoria se descarga
desde el primer recipiente es la misma que se ha analizado para el
segundo recipiente.
El presente proceso es muy ventajoso para usar
en una situación en la que la presión en el primer recipiente sea
mayor que la presión en el entorno en el que los sólidos separados
se descargan desde el segundo recipiente. En un proceso de
gasificación la presión en la zona de inactivación y el primer
recipiente asociado en el proceso de acuerdo con la invención
típicamente entre 20 y 60 bar, mientras que los sólidos normalmente
se descargan a aproximadamente presión ambiente desde el segundo
recipiente, que en ocasiones se denomina recipientes de tolva de
obturación.
La Figura representa un aparato para realizar la
realización preferida descrita anteriormente del proceso de acuerdo
con la presente invención. El aparato comprende un primer recipiente
(1), un segundo recipiente (2), situado preferiblemente por debajo
del primer recipiente y un primer (3) y segundo (4) conductos
conectados de manera fluida entre el primer y segundo recipientes.
El primer conducto (3) se localiza preferiblemente de manera que
las partículas de escoria en la etapa (b) pueden moverse por
gravedad desde el primer recipiente (1) al segundo recipiente (2).
El segundo conducto (4) está provisto con un medio de bombeo (5)
para transportar el agua pobre en partículas de escoria desde el
segundo recipiente al primer recipiente. Los medios adecuados para
bombear un líquido son por ejemplo una bomba de engranajes, una
bomba de lóbulos, una bomba rotatoria, una bomba centrífuga, o un
elevador. La entrada del segundo conducto (4) se localiza de manera
que el agua que es pobre en partículas de escoria se bombea desde
el segundo recipiente (2) hacia el primer recipiente (1). Las
partículas de escoria que entran en el segundo recipiente (2)
mediante el conducto (3) se acumularán en la parte inferior del
segundo recipiente dando como resultado que la parte superior del
segundo recipiente sea pobre en partículas de escoria respecto a la
parte inferior.
Preferiblemente la entrada (6) del conducto (4)
se localiza por lo tanto en la parte superior del segundo
recipiente (2) y lejos de la abertura de salida (8) del primer
conducto (3) y entra en el segundo recipiente (2). Más
preferiblemente, una protección tubular (7) está presente alrededor
de la salida (8) del conducto (3) que dirige las partículas de
escoria que entran en el segundo recipiente (2) hacia abajo y lejos
de la entrada (6) del segundo conducto (4). El segundo recipiente
está provisto adicionalmente con una abertura de salida (9) a
través de la cual las partículas sólidas pueden descargarse y el
primer recipiente está provisto con una abertura de entrada (10)
para recibir la mezcla desde la zona de inactivación (14). La
abertura (10) puede estar provista opcionalmente con un molino de
escoria para romper las partículas de escoria grandes antes de que
entren en el primer recipiente. Si no está presente un molino de
escoria, la abertura (10) típicamente será mayor que la abertura en
el conducto conectado al primer (1) y segundo (2) recipientes,
permitiendo de esta manera un flujo libre sin problemas de
partículas de escoria hacia el primer recipiente (1) desde la zona
de inactivación
(14).
(14).
La Figura muestra también las válvulas (11, 13)
presentes en los conductos (3 y 9) para hacer funcionar el proceso
en un modo de lavado de acuerdo con la presente invención. En la
etapa (c) la válvula (11) está cerrada y la bomba (5) está
detenida. En la etapa (d), la válvula (13) está en una posición
abierta para descargar las partículas de escoria desde el segundo
recipiente (2). La Figura muestra también una zona de descarga
(12).
La Figura muestra también un conducto (15) a
través del cual el agua pobre en escoria puede retirarse desde el
primer recipiente y una protección tubular (16) que tiene la misma
funcionalidad que la protección (7) descrita en el segundo
recipiente.
La invención se ilustrará mediante los
siguientes ejemplos no limitantes.
En una disposición experimental como se ilustra
en la Figura 2 el recipiente 1 se cargó con una mezcla de agua y
172 kg de escoria obtenida a partir de un proceso de gasificación de
carbón que tenía una densidad de 2335 kg/m^{3}. La mayor parte de
partículas de escoria estaban presentes en el fondo del recipiente 1
cerca de la válvula 11. El recipiente 2 se cargó con agua limpia.
Después de abrir la válvula 11 que tiene un diámetro de 10 cm, y
después de poner en marcha la bomba 5 se observó un flujo de lavado
estable a través de la válvula. El caudal de bombeo era de 15,5
litros/minuto y se lavaron 172 kg de escoria en 3,65 minutos. La
proporción en volumen de líquido que se transporta desde el segundo
recipiente al primer recipiente a través del conducto 4 respecto al
volumen de sólidos que pasan por el conducto 3 en el mismo periodo
de tiempo es en este ejemplo de 0,75.
Se repitió el Ejemplo 1 excepto que el flujo
bombeado fue de 36,3 litros/minuto. Se lavaron los mismos 172 kg de
escoria en 2,44 minutos. La proporción en volumen de líquido que se
transporta desde el segundo recipiente al primer recipiente a
través del conducto (4) respecto al volumen de sólidos que pasa a
través del conducto (3) en el mismo periodo de tiempo es en este
ejemplo de 1,18.
Experimento comparativo
A
Se repitió el Ejemplo 1 excepto que no es usó la
bomba 5. El flujo a través de la válvula 11 era muy inestable y el
experimento se repitió 15 veces para obtener un resultado de ensayo
fiable. Como media tardó 5,6 minutos en que los 172 kg de escoria
pasaran a través de la válvula 11.
Los resultados experimentales anteriores
muestran que usando el proceso de acuerdo con la invención un alto
flujo de escoria puede transportarse desde un recipiente superior a
un recipiente inferior mientras que se minimiza la cantidad de agua
que se transporta desde dicho recipiente superior a dicho recipiente
inferior.
Claims (10)
1. Proceso para retirar partículas de escoria
sólida desde una mezcla de partículas de escoria sólida y agua
presente en una zona de inactivación, siendo parte dicha zona de
inactivación de un proceso para la preparación de gas de síntesis
mediante combustión parcial de un combustible que contiene carbono
sólido finamente disperso con un gas que contiene oxígeno,
(a) descargando la mezcla de la zona de
inactivación a un primer recipiente,
(b) descargando partículas de escoria del primer
recipiente a un segundo recipiente mediante gravedad, estando
localizado dicho segundo recipiente por debajo y conectado de manera
fluida con dicho primer recipiente mediante un conducto de conexión
abierto y está provisto adicionalmente con medios de cierre para
descargar escoria desde su extremo inferior, y descargar agua pobre
en escoria sólida desde el segundo recipiente mediante un conducto
provisto con un medio de bombeo y que tiene una entrada localizada
de manera que el agua pobre en partículas de escoria se bombea
desde el segundo
recipiente,
recipiente,
(c) cerrando de manera fluida el primer
recipiente desde el segundo recipiente,
(d) abriendo el medio para descargar escoria
desde el segundo recipiente para retirar la escoria del segundo
recipiente a una zona de menor presión, y
(e) cerrando el medio para descargar escoria
desde el segundo recipiente y repetir las etapas (a) a (e).
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el agua pobre en escoria obtenida en la etapa (b) se
suministra al primer recipiente.
3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que agua pobre en escoria se suministra al extremo inferior
de un primer recipiente, teniendo dicho primer recipiente una
proporción de altura sobre diámetro de más de tres.
4. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, en el que el agua, que es
pobre en sólidos, se descarga desde la parte superior del segundo
recipiente en una posición lejos de la abertura de salida del
primer conducto que entra en el segundo recipiente.
5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4,
en el que una protección tubular está presente alrededor de la
abertura de salida del primer conducto que dirige las partículas de
escoria que entran en el segundo recipiente hacia abajo y lejos de
la entrada del conducto a través del cual el agua pobre en
partículas de escoria se bombea desde dicho segundo recipiente.
6. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, en el que la proporción en
volumen de agua que se extrae del segundo recipiente respecto al
volumen de partículas de escoria sólida que se transporta al
segundo recipiente en el mismo periodo de tiempo es entre 0,7 y
1,5.
7. Proceso de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que la proporción es entre 0,8 y 1.
8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que el volumen de agua extraída del segundo recipiente es
igual al volumen de partículas de escoria que se transportan al
segundo recipiente mediante gravedad.
9. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en el que el agua fresca se
suministra al segundo recipiente durante la etapa (d) y/o (e) dando
como resultado que el segundo recipiente contenga agua fresca antes
de realizar la etapa (b).
10. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, en el que el agua pobre en
escoria se descarga desde el primer recipiente.
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