ES2535687B2 - Sistema y método de gasificación de un sustrato líquido - Google Patents

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Abstract

Se presenta un sistema de gasificación de un sustrato líquido que comprende un tanque de gasificación (1), una tubería de inyección (2) y una boquilla de inyección (3) de un sustrato líquido en el tanque de gasificación (1), para la inyección pulverizada de un sustrato líquido a gasificar en el seno de una corriente de agente gasificante en el interior del tanque de gasificación (1). Se presenta un método de gasificación de un sustrato líquido que comprende introducir una determinada cantidad de sustrato líquido, que comprende partículas de combustible sólido disueltas y/o en suspensión, en el seno de una corriente de agente gasificante caliente; elevar la temperatura del sustrato líquido hasta que se produzca la evaporación de la fracción líquida del sustrato líquido; gasificar las partículas de combustible sólido del sustrato líquido, y; recoger gas combustible obtenido como producto de la gasificación del sustrato líquido.

Description

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DESCRIPCION
Sistema y metodo de gasificacion de un sustrato ilquido.
Objeto de la invencion
La presente divulgacion presenta un sistema de gasificacion de un combustible formado por un sustrato ilquido que comprende una dilucion o suspension de partlculas de combustible solido.
La presente divulgacion presenta asimismo un metodo de gasificacion de un combustible formado por dicho sustrato llquido que comprende una dilucion o suspension de partlculas de combustible solido.
Tiene aplicacion en la industria dedicada al diseno, fabrication, instalacion y operation de sistemas de gasificacion de combustibles, destinados a la obtencion de combustibles optimizados para su posterior quema en puntos de generation de energla electrica, mecanica y/o calorlfica.
Problema tecnico a resolver y Antecedentes de la invencion
La gasificacion es un proceso termoqulmico que persigue la obtencion de un combustible, generalmente un combustible gaseoso, mediante aplicacion de un agente gasificante a elevada temperatura a un sustrato carbonoso.
En funcion del tipo de sustrato utilizado, de la temperatura del proceso en el que tienen lugar las reacciones termoqulmicas, y de la naturaleza del agente gasificante empleado, se obtienen como productos gases combustibles cuyas composiciones varlan, siendo comun encontrar en ellos cantidades variables de monoxido y dioxido de carbono, hidrogeno, metano y otros hidrocarburos.
El gas combustible obtenido mediante el proceso de gasificacion es recogido en la parte alta de un gasificador o tanque de gasificacion, mediante unas salidas de gas provistas de valvulas y filtros para eliminar solidos en suspension que ascienden junto con la corriente gaseosa final, as! como para filtrar ciertos gases residuales del proceso o gases que se obtienen como subproductos de dicho proceso.
Uno de los inconvenientes principales que se observan en los actuales procesos de gasificacion es la obtencion de un subproducto solido no deseado del proceso de gasificacion, resultante de la pirolisis inicial que sufre el parte del sustrato cuando es calentado en un entorno pobre en oxigeno; dicho subproducto se denomina "char” y, si bien se le pueden encontrar otras aplicaciones secundarias, su obtencion se considera como un efecto secundario no deseado del proceso de gasificacion.
Asimismo, en todo proceso de gasificacion, se obtienen como subproductos no deseados determinadas cantidades de alquitran de composition variable, junto con precipitados de solidos y cenizas que forman aglomeraciones molestas en el fondo de los gasificadores y que posteriormente hay que retirar y proceder a limpiar el gasificador.
Descripcion de la invencion
Con el fin de evitar los inconvenientes anteriormente mencionados, relativos a la generacion de subproductos no deseados del proceso de gasificacion, se presentan un sistema y un metodo de gasificacion que a continuacion se describen.
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Una caracterlstica fundamental del sistema de gasificacion que se presenta es que esta disenado para trabajar con un sustrato llquido, en lugar de un sustrato solido.
Dicho sustrato llquido esta formado por una fraccion llquida (una sustancia o mezcla llquida) con una cantidad variable de solidos disueltos o en suspension, solidos combustibles con un poder calorlfico variable que, mediante el proceso de gasificacion, son transformados para su aprovechamiento posterior como combustible gaseoso.
El presente sistema de gasificacion emplea preferentemente como sustrato una mezcla llquida como la descrita en la solicitud de Patente Espanola ES 2457073 A1, del tipo conocido como “BWF” (del ingles, “Biocoal Water Fuel”) o “HCS” (del ingles, "Hydro Char Slurry”).
Dicha mezcla consiste en un sustrato llquido que comprende una determinada cantidad de partlculas de combustible solido, que se muelen para obtener un tamano de partlcula preferentemente inferior a 200 micras, y mas preferentemente inferior a 100 micras.
Posteriormente a la molienda en pequenas partlculas del combustible solido, se mezclan dichas partlculas con un llquido, preferiblemente agua, obteniendo con ello una sustancia acuosa con partlculas de combustible solido disueltas o en suspension.
Segun una forma de realization alternativa, las partlculas de combustible solido pueden mezclarse con un llquido diferente al agua, por ejemplo una sustancia o solution organica. Las sustancias organicas (p.ej. etanol) aportan propiedades especlficas al sustrato llquido en cuanto a su punto de ebullition, congelation o ignition, que pueden resultar interesantes en funcion de las condiciones del proceso de gasificacion.
Las mezclas acuosas de combustibles solidos tienen las ventajas, en terminos loglsticos, de que permiten ser bombeadas (en contraposition a los combustibles puramente solidos) ademas de presentar una reducida o nula inflamabilidad.
El sistema de gasificacion de un sustrato llquido que se presenta comprende, segun una forma de realizacion preferente del mismo, un tanque de gasificacion que adicionalmente comprende:
- medios de bombeo de un sustrato llquido en el tanque de gasificacion;
- una tuberla de inyeccion, conectada al tanque de gasificacion, de inyeccion de un sustrato llquido en el tanque de gasificacion;
- una valvula de regulation, posicionada en la tuberla de inyeccion al tanque de gasificacion;
- una primera entrada de agente gasificante al interior del tanque de gasificacion;
- una tuberla de conduction de gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
La tuberla de inyeccion desemboca en el tanque de gasificacion, en un punto donde la temperatura del agente gasificante es tal que produce la evaporation total o parcial de la fraccion liquida del sustrato llquido. Preferentemente, dicha temperatura es sustancialmente igual o superior a 400 °C.
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De acuerdo con una realization preferente del sistema de gasification, la tuberla de inyeccion conecta con el tanque de gasification en la parte superior de dicho tanque de gasification, junto al extremo superior de dicho tanque de gasification.
Asimismo, de acuerdo con una realization preferente del sistema de gasification, la primera entrada de agente gasificante esta localizada en el extremo superior del tanque de gasification, por encima de la tuberla de inyeccion del sustrato llquido.
La primera entrada de agente gasificante esta dispuesta preferentemente en position vertical, proyectando un chorro de agente gasificante en direction vertical hacia abajo, al interior del tanque de gasificacion.
Segun un modo de realization del sistema de gasification, la primera entrada de agente gasificante comprende un quemador donde se quema, al menos, una parte de los gases que conforman dicho agente gasificante.
Esto es as! ya que, en ocasiones, el agente gasificante comprende cierta cantidad de gas combustible, que puede ser el propio gas combustible obtenido como producto del proceso de gasification del sustrato llquido. Por tanto, puede resultar conveniente, de cara a aumentar la temperatura del sustrato llquido para su posterior gasification, quemar en el mencionado quemador una parte de los gases que conforman el agente gasificante.
La tuberla de inyeccion, de acuerdo con una forma de realization preferente del sistema de gasification, pulveriza e inyecta el sustrato llquido en direction horizontal en el interior del tanque de gasificacion.
De acuerdo con una forma de realization del sistema de gasification, el sistema comprende una segunda entrada de agente gasificante en el interior del tanque de gasificacion, situada preferentemente por debajo de la tuberla de inyeccion del sustrato llquido.
El tanque de gasification comprende un fondo conectado con una tuberla de recogida, de circulation tanto del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido, como de residuos solidos generados durante el proceso de gasification.
Segun una forma de realization preferente del sistema de gasification de un sustrato llquido, el sistema comprende un dispositivo de separation conectado tanto a la tuberla de recogida como a la tuberla de conduction del gas combustible, donde dicho dispositivo de separation esta conectado, por su parte inferior, con un deposito cenicero.
Dicho dispositivo de separation, que puede comprender un ciclon, ayuda a separar posibles cenizas y/o residuos solidos que se hayan podido generar durante la gasification, o que pudiera arrastrar consigo el sustrato llquido, ya desde su entrada en el tanque de gasification.
Segun una posible forma de realization del sistema de gasification, la tuberla de conduction esta conectada con un filtro de gas, de separacion de gases no deseados y/o residuos solidos, del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
Asimismo, segun una posible forma de realization del sistema de gasification, la tuberla de conduction conecta con un sistema de lavado del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
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Preferentemente, la tuberla de conduction conecta con un primer intercambiador de calor, de aprovechamiento de la energla termica comprendida en el gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
El sistema de gasification de un sustrato llquido comprende, segun una forma de realization preferente, al menos una sonda de temperatura, situada en el interior del tanque de gasificacion.
Preferentemente, el sistema comprende al menos tres sondas de temperatura, localizadas a diferentes alturas en el interior del tanque de gasification.
El sistema de gasification comprende asimismo, de acuerdo con una realization preferente del mismo, al menos una sonda de medicion de la concentration de oxlgeno, situada en el interior del tanque de gasification, de medicion de la cantidad de oxlgeno contenido en el agente gasificante.
De acuerdo con una forma de realization preferente del sistema de gasification de un sustrato llquido, el sistema comprende al menos un servomotor conectado a una valvula de regulation de la tuberla de inyeccion.
Tal y como ya se ha introducido, la presente divulgation se refiere tambien a un metodo de gasification de un sustrato llquido que comprende partlculas de combustible solido disueltas y/o en suspension.
De acuerdo con una realization preferente del metodo de gasification de un sustrato llquido, el metodo comprende:
- introducir una determinada cantidad de sustrato llquido, en el seno de una corriente de agente gasificante caliente, donde dicho agente gasificante comprende una combination cualquiera de al menos los siguientes constituyentes:
o aire;
o oxlgeno;
o vapor de agua;
o dioxido de carbono;
o gases calientes procedentes de procesos de combustion externos;
o gases combustibles (p. ej., obtenidos como producto de la gasification del sustrato llquido, segun el presente metodo);
- elevar la temperatura del sustrato llquido hasta que se produzca la evaporation de la fraction llquida del sustrato llquido;
- gasificar las partlculas de combustible solido del sustrato llquido;
- recoger gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
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El metodo comprende presurizar el sustrato llquido, previamente a su introduction en el seno de una corriente de agente gasificante.
El sustrato llquido se presuriza preferentemente hasta una presion igual o superior a la presion de evaporation (correspondiente a una determinada temperatura a la que se encuentre el sustrato llquido) de la fraction llquida comprendida en dicho sustrato llquido.
El metodo comprende, de acuerdo con una forma de realization del mismo, precalentar el sustrato llquido, previamente a su introduccion el seno de una corriente de agente gasificante.
De acuerdo con una forma de realizacion preferente del metodo de gasification de un sustrato llquido, el metodo comprende pulverizar el sustrato llquido en pequenas gotas, inyectandolas en el seno de la corriente de agente gasificante.
El metodo de gasificacion comprende preferentemente realizar un calentamiento del agente gasificante, donde dicho calentamiento comprende al menos las siguientes etapas:
- una primera etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura sustancialmente igual o superior a 400 °C, previamente a la introduccion en el seno del agente gasificante de una determinada cantidad de sustrato llquido;
- una segunda etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura comprendida entre 700 °C y 1.400 C°.
Gracias al precalentamiento del agente gasificante a una temperatura igual o superior a 400 °C, se permite la evaporacion de buena parte de la fraccion llquida del sustrato llquido.
En la segunda etapa de calentamiento del agente gasificante, dicho agente gasificante se calienta preferentemente a una temperatura comprendida entre 1.000 °C y 1.200 °C, para evitar la formation de char y alquitran durante la gasificacion del sustrato llquido, y para evitar la aglomeracion de las cenizas que puede arrastrar consigo desde un inicio el sustrato llquido.
En los casos en los que el agente gasificante comprende gases combustibles (p.ej., procedentes del propio proceso de gasificacion del sustrato llquido), el calentamiento del agente gasificante en la primera etapa se puede llevar a cabo ya en el interior del tanque de gasificacion, mediante la combustion en un quemador, situado en correspondencia con la primera entrada de agente gasificante, de parte de los gases que forman parte del agente gasificante.
En el caso mencionado en el parrafo anterior, los gases combustibles se mezclan con aire y/u oxlgeno para formar dicho agente gasificante y, tras la combustion en el quemador, resulta el agente gasificante caliente (temperatura preferentemente mayor de 400 °C).
La quema de al menos una parte de los constituyentes del agente gasificante se produce preferentemente de manera previa a la introduccion del sustrato llquido en el seno del agente gasificante.
Como ya se ha mencionado, el agente gasificante tambien puede comprender gases calientes resultantes de la combustion de otros procesos de combustion externos, que se mezclan con aire y/u oxlgeno para formar dicho agente gasificante, y que contribuyen al calentamiento de dicho agente gasificante.
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La inyeccion de agente gasificante a traves de una segunda entrada de agente gasificante puede ayudar a ajustar la temperatura del agente gasificante entre 1.000 °C y 1.200 °C.
El metodo comprende preferentemente separar cenizas y/o residuos solidos del gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
Segun una posible forma de realization del metodo de gasificacion de un sustrato llquido, el metodo comprende filtrar el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
Preferentemente, el metodo comprende circular el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido por un primer intercambiador de calor, para aprovechamiento de la energla termica (comprendida en el gas combustible) para otros procesos.
Segun una posible forma de realizacion del metodo de gasificacion de un sustrato llquido, el metodo comprende circular el sustrato llquido por el mencionado primer intercambiador de calor, previamente a la introduction del sustrato llquido en el seno de la corriente de agente gasificante. De esta manera se puede lograr el precalentamiento del sustrato llquido, antes de inyectarlo en el seno de la corriente de agente gasificante.
Como ya se ha introducido, segun una forma de realizacion del metodo de gasificacion, el metodo comprende mezclar al menos una parte del gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido con aire u oxlgeno. Posteriormente a la combustion de la mezcla de los gases, se obtiene un agente gasificante con una temperatura elevada, en cuyo seno se introduce una determinada cantidad de sustrato llquido para primero evaporar los llquidos, as! como iniciar la pirolisis y gasificacion de las partlculas solidas.
Segun una forma de realizacion preferente del metodo de gasificacion de un sustrato llquido, el metodo comprende medir la temperatura del agente gasificante durante la gasificacion de dicho sustrato llquido, al menos una vez y en al menos un punto de una zona donde se mezclan el agente gasificante y el sustrato llquido.
El metodo comprende preferentemente controlar y regular (mantener/aumentar/disminuir) la temperatura y/o la cantidad de oxlgeno comprendida en el agente gasificante en funcion de la temperatura medida del agente gasificante.
Segun una forma de realizacion del metodo de gasificacion, dicha regulation puede llevarse a cabo mediante el control de un quemador en donde se quemen parte de los gases que componen el agente gasificante, y/o mediante el control de la entrada de agente gasificante a traves de una segunda entrada de agente gasificante.
Segun una forma de realizacion preferente del metodo de gasificacion de un sustrato llquido, el metodo comprende medir, al menos una vez y en al menos un punto de una zona donde se mezclan el agente gasificante y el sustrato llquido, la cantidad de oxlgeno comprendida en el agente gasificante.
El metodo comprende preferentemente controlar y regular (mantener/aumentar/disminuir) la cantidad de oxlgeno comprendida en el agente gasificante en funcion de la cantidad de oxlgeno medida en el agente gasificante.
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A continuation se presenta una forma de realization particular del metodo de gasification de un sustrato llquido, empleando un tanque de gasification.
Segun dicha forma de realization, el metodo de gasification de un sustrato llquido comprende:
- precalentar el agente gasificante;
- introducir una corriente de agente gasificante en un tanque de gasification, a traves de una primera entrada de agente gasificante;
- precalentar un sustrato llquido que comprende partlculas de combustible solido disueltas y/o en suspension;
- presurizar el sustrato llquido a una presion igual o superior a la presion de vapor de la fraction llquida del sustrato llquido (presion de vapor correspondiente a la temperatura de precalentamiento del sustrato llquido);
- inyectar, dentro del tanque de gasification y a traves de una tuberla de inyeccion, el sustrato llquido en el seno de la corriente de agente gasificante, donde el sustrato llquido es pulverizado en pequenas gotas que se dispersan en la corriente de agente gasificante;
- regular la temperatura del agente gasificante y la presurizacion del sustrato llquido, para evaporar la fraction llquida del sustrato llquido por efecto de una subida de temperatura y una bajada de presion del sustrato llquido;
- regular la temperatura y la cantidad de oxlgeno del agente gasificante, para gasificar las partlculas de combustible solido del sustrato llquido mediante reaction termoqulmica con el agente gasificante;
- recoger, en una tuberla de recogida conectada a un fondo del tanque de gasification, el gas combustible producto de la gasification del sustrato llquido, junto con posibles cenizas y/o residuos solidos;
- separar, en un dispositivo de separation (por ejemplo, un ciclon), cenizas y/o residuos solidos del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido;
- circular el gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido, por un primer intercambiador de calor, de aprovechamiento de la energla termica del gas combustible. Si se enfrlan los gases por debajo de la temperatura de condensacion de agua, se puede recuperar el calor latente de los vapores de agua contenidos en los gases. La recuperation termica puede ser importante teniendo en cuenta el alto contenido de vapores de agua procedente de la inyeccion de sustrato llquido.
El agente gasificante se introduce en el tanque de gasification a una temperatura minima de 400 °C aproximadamente. Este precalentamiento se puede lograr mediante una combination cualquiera de al menos las siguientes medidas:
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una aportacion de calor al agente gasificante, previa a su introduction en el tanque de gasification;
- incorporando al agente gasificante gases calientes procedentes de un proceso de combustion externo;
- incorporando al agente gasificante gases combustibles, que se queman a la entrada del agente gasificante en el tanque de gasificacion.
El sustrato llquido se precalienta, preferentemente, haciendolo circular, previamente a su introduccion en el tanque de gasificacion, por el primer intercambiador de calor. De esta manera aprovecha el calor que le cede el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
El mencionado primer intercambiador de calor es preferentemente de tipo tubular.
El mencionado tanque de gasificacion comprende preferentemente una geometrla tubular alargada.
Preferentemente, el metodo comprende introducir tambien agente gasificante a traves de una segunda entrada de agente gasificante en el tanque de gasificacion, dicha segunda entrada situada preferentemente por debajo de la tuberla de inyeccion.
El metodo de gasificacion comprende preferentemente medir la temperatura en al menos tres puntos a lo largo del tanque de gasificacion.
Breve descripcion de las figuras
Como parte de la explication del modo de realization de la invention se han incluido una serie de figuras cuya explicacion es la siguiente:
Figura 1: Muestra una vista esquematica de un ejemplo de realizacion del sistema de gasificacion de un sustrato llquido, objeto de la presente divulgation.
Figura 2: Muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de realizacion del metodo de gasificacion de un sustrato llquido, objeto de la presente divulgacion.
Descripcion detallada
La presente divulgacion se refiere, como se ha mencionado anteriormente, a un sistema y a un metodo para la gasificacion de un sustrato llquido.
La figura 1 muestra una vista esquematica de un ejemplo de realizacion del sistema de gasificacion de un sustrato llquido.
De acuerdo con una forma de realizacion preferente del sistema de gasificacion de un sustrato llquido, dicho sistema comprende un tanque de gasificacion (1) conectado a una tuberla de inyeccion (3) del sustrato llquido.
De acuerdo con una forma de realizacion preferente del sistema de gasificacion, el tanque de gasificacion (1) comprende una geometrla tubular vertical.
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La tuberla de inyeccion (3) del sustrato ilquido comprende, a su llegada al tanque de gasificacion (1), una valvula de regulation (2) de dicho sustrato llquido.
Dicha valvula de regulacion (2) con la tuberla de inyeccion (3) esta disenada para producir una atomization o pulverization en pequenas gotas del sustrato llquido en el interior del tanque de gasificacion (l). Dicha atomizacion se produce debido a una evaporation parcial del sustrato llquido que llega con una determinada temperatura y presion a la valvula de regulacion (2) y posterior expansion de los vapores generados en la tuberla de inyeccion (3).
De acuerdo con una forma de realization preferente del sistema de gasificacion, la tuberla de inyeccion (3) conecta con el tanque de gasificacion (1) en la parte superior de dicho tanque de gasificacion (1), preferentemente a poca distancia del extremo superior (4) de dicho tanque de gasificacion (1).
El sistema de gasificacion comprende asimismo, en el interior del tanque de gasificacion (1), una primera entrada (5) de agente gasificante, dicha primera entrada (5) localizada preferentemente en el extremo superior (4) del tanque de gasificacion (1), por encima de la tuberla de inyeccion (3) del sustrato llquido.
La primera entrada (5) de agente gasificante esta posicionada preferentemente en position vertical, de manera que proyecta un chorro del agente gasificante en direction vertical y hacia abajo.
Segun una forma de realizacion del sistema de gasificacion, el sistema comprende asimismo un quemador (6) en el interior del tanque de gasificacion (1), en la primera entrada (5) de agente gasificante; segun dicha forma de realizacion, en dicho quemador (6) se quema al menos parte de los gases que conforman el agente gasificante, elevando con ello la temperatura del agente gasificante y, finalmente, la temperatura del sustrato llquido.
Por su parte, segun una forma de realizacion preferente del sistema de gasificacion, tanto la tuberla de inyeccion (3), en su tramo interior al tanque de gasificacion (1), como la valvula de regulacion (2) del sustrato llquido, estan dispuestas en una posicion tal que les permite proyectar el sustrato llquido pulverizado en el interior del flujo del agente gasificante en el interior del tanque de gasificacion (1).
Segun una posible forma de realizacion del sistema de gasificacion de un sustrato llquido, el sistema comprende una segunda entrada (7) de agente gasificante en el interior del tanque de gasificacion (1), donde dicha segunda entrada (7) de agente gasificante esta situada por debajo de la tuberla de inyeccion (3) del sustrato llquido.
De acuerdo con una forma de realizacion preferente del sistema de gasificacion de un sustrato llquido, el tanque de gasificacion (1) comprende un fondo (8) conectado con una tuberla de recogida (9), por la que circula tanto el gas combustible obtenido como producto del proceso de gasificacion, como cualquier posible residuo solido que, bien se haya podido generar durante el proceso de gasificacion, o bien trajera consigo el sustrato llquido a su entrada en el tanque de gasificacion (1).
Dicha tuberla de recogida (9) conecta con un dispositivo de separation (10), para separation del gas combustible obtenido como producto del proceso de gasificacion de cenizas y/u otros residuos solidos, donde el dispositivo de separacion (10) conecta por su parte superior con una
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tuberla de conduction (11) del gas combustible obtenido como producto del proceso, conectando por su parte inferior con un deposito cenicero (12), de recogida de posibles residuos solidos, bien generados durante el proceso de gasification, o bien arrastrados junto con el sustrato llquido a la entrada de este en el tanque de gasification (1).
De acuerdo con una posible forma de realization del sistema de gasification, el dispositivo de separation (10) comprende un ciclon, para separation de cenizas y/u otros residuos solidos del gas combustible obtenido como producto del proceso de gasification.
De acuerdo con una forma de realization preferente del sistema de gasification, la tuberla de conduction (11) conecta a su vez con un filtro de gas (13), para separar posibles gases no deseados, que circulan junto con la corriente de gas combustible, as! como posibles residuos solidos, arrastrados junto con la corriente de gas combustible obtenida como producto del proceso de gasification.
A su salida del filtro de gas (13), la tuberla de conduction (11) conecta a su vez con un tanque de almacenamiento del gas combustible, o bien con un sistema de lavado de dicho gas combustible, o bien con un sistema de aprovechamiento de dicho gas combustible, aprovechamiento que puede darse empleando el gas combustible para la obtencion de energla electrica, mecanica o termica.
El sistema de gasification de un sustrato llquido comprende, de acuerdo con una forma de realization preferente del mismo, al menos una sonda de temperatura (14), situada en el interior del tanque de gasificacion (1).
De acuerdo con una forma de realization preferente, el sistema de gasification comprende al menos tres sondas de temperatura (14), localizadas a diferentes alturas en el interior del tanque de gasificacion (1).
El sistema comprende asimismo, de acuerdo con una forma de realization preferente, al menos una sonda de medicion (15) de la cantidad de oxlgeno (tambien denominada "sonda lambda”) contenido en el agente gasificante.
Asimismo, de acuerdo con una forma de realization preferente del sistema de gasification, el sistema comprende al menos un servomotor (16), conectado a una valvula de regulation (2).
De acuerdo con una forma de realization del sistema de gasification, el sistema comprende al menos un primer intercambiador de calor (17), con el cual conecta la tuberla de conduction (11), para aprovechamiento de la energla termica contenida en el gas combustible obtenido como producto del proceso. Dicha energla termica puede ser empleada para precalentar el sustrato llquido y/o el agente gasificante, previamente a su introduction en el tanque de gasificacion (1).
Tal y como se ha mencionado anteriormente, la presente divulgation se refiere tambien a un metodo de gasification de un sustrato llquido.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo esquematico con las diferentes fases que conforman el metodo de gasification de un sustrato llquido, segun una forma de realization de dicho metodo. Dichas fases se enumeran a continuation:
- precalentar agente gasificante (21);
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- introducir (22) agente gasificante en un tanque de gasificacion (1);
- presurizar (24) sustrato ilquido;
- precaientar sustrato ilquido (23);
- inyectar (25) sustrato ilquido en ei tanque de gasificacion (1);
- reguiar ia temperatura dei agente gasificante y ia presion dei sustrato ilquido para evaporar (26) ia fraccion ilquida dei sustrato ilquido;
- reguiar ia cantidad de oxlgeno y ia temperatura dei agente gasificante para gasificar (27) ias partlcuias de combustibie soiido dei sustrato ilquido;
- separar (28) cenizas y/o residuos soiidos dei gas combustibie obtenido como producto de ia gasificacion;
- circuiar (29) ei gas combustibie obtenido como producto de ia gasificacion, por un primer intercambiador de caior (17), para aprovechar ia energla termica dei gas combustibie.
De acuerdo con una forma de reaiizacion preferente dei metodo de gasificacion, ei metodo comprende presurizar una mezcia de sustrato ilquido que comprende una determinada cantidad de partlcuias de combustibie soiido disueitas o en suspension.
Asimismo, de acuerdo con una forma de reaiizacion preferente dei metodo, ei metodo comprende precaientar ia mezcia de sustrato ilquido. Ei precaientamiento se produce preferentemente mediante intercambiador de caior, preferentemente de tipo tubuiar, y preferentemente empieando caior residuai dei proceso de gasificacion, caior recuperado de ios gases obtenidos como productos dei proceso.
La presurizacion dei sustrato ilquido comprende preferentemente eievar ia presion de dicho sustrato ilquido hasta una presion iguai o superior a ia presion de evaporation de ia fraccion ilquida comprendida en ei sustrato ilquido a ia temperatura de precaientamiento.
Ei metodo de gasificacion comprende, de acuerdo con una forma de reaiizacion preferente dei mismo, introducir una corriente de un agente gasificante en un tanque de gasificacion (1).
Segun una forma de reaiizacion dei metodo de gasificacion, dicho agente gasificante comprende gases de combustion, bien sea de procesos de combustion externos, o bien procedentes de ia combustion en un quemador (6) de parte dei gas (gas de slntesis o "Syngas”) obtenido como producto dei proceso de gasificacion.
Preferentemente, ei agente gasificante tiene una temperatura superior a 400 °C, en ia parte superior dei tanque de gasificacion (1). De esta manera se consigue ia evaporacion de ia fraccion ilquida dei sustrato ilquido.
Segun una forma de reaiizacion dei metodo de gasificacion, se reguia ei caior aportado con ei agente gasificante y ei caior generado en ei propio proceso de gasificacion con ia cantidad de oxlgeno aportado con ei agente gasificante para obtener una temperatura de gasificacion
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comprendida entre 700 °C y 1.400 °C. De esta manera se consigue que se produzca la pirolisis de la fraccion solida del sustrato llquido. Mediante las correspondientes reacciones termoqulmicas, se produce la gasificacion de las partlculas solidas contenidas en el sustrato llquido, y dispersadas tras la evaporation de la fraccion llquida del sustrato llquido.
Preferentemente, dicha temperatura de gasificacion se regula en el rango entre 1.000 °C y 1.200 °C, para evitar la aparicion de char y alquitran, que tiene lugar principalmente a temperaturas inferiores a dicho rango, y para evitar igualmente la fundicion de cenizas arrastradas con el sustrato llquido (cenizas que acompanan inicialmente a las partlculas de combustible BWF), fundicion que tiene lugar principalmente a temperaturas superiores a dicho rango.
Para el control de la temperatura del proceso de gasificacion, se produce una segunda aportacion de dicho agente gasificante, a traves de una segunda entrada (7) de agente gasificante que aporta oxlgeno adicional, en el interior de un tanque de gasificacion (1).
El agente gasificante comprende una cantidad variable de aire y/u oxlgeno puro. En el caso de que el agente gasificante se mezcle con gases procedentes de un proceso de combustion (p. ej. de la combustion del gas generado como producto del proceso de gasificacion), dicho agente gasificante puede comprender tambien una combination cualquiera de monoxido de carbono y dioxido de carbono. El agente gasificante comprende tambien vapor de agua, que se genera al evaporarse la fraccion llquida del sustrato llquido. Adicionalmente, el agente gasificante puede comprender mezclas de otros gases.
El agente gasificante comprende preferentemente un exceso de oxlgeno para aportar la cantidad estequiometrica necesaria para las reacciones de gasificacion del sustrato llquido.
Segun una forma de realization del metodo de gasificacion, el agente gasificante puede comprender productos de combustion de parte del gas obtenido como producto del proceso de gasificacion, combustion que puede producirse en un quemador (6), ayudando a elevar con ello, mediante el calor generado en dicha combustion, la temperatura del agente gasificante y, finalmente, la temperatura del sustrato llquido.
De acuerdo con una forma de realizacion preferente del metodo de gasificacion, dicho metodo comprende introducir la mezcla precalentada de sustrato llquido en el seno de una corriente de agente gasificante.
El metodo de gasificacion comprende asimismo, de acuerdo con una forma de realizacion preferente del mismo, pulverizar, en pequenas gotas, dicho sustrato llquido en el seno de la corriente de agente gasificante, donde el agente gasificante se encuentra a una temperatura suficiente para producir la evaporacion de la fraccion llquida del sustrato llquido y la gasificacion de las partlculas solidas del sustrato llquido.
Debido a las condiciones de temperatura y contenido de oxlgeno en el agente gasificante, se inicia un proceso de pirolisis que descompone las pequenas partlculas solidas aportadas en el sustrato llquido, y desemboca en un proceso de gasificacion. Si la temperatura de gasificacion no es lo suficientemente elevada, se pueden formar char y alquitran como subproductos de la gasificacion. Mediante aporte de aire y/u oxlgeno puro en una primera entrada (5) y/o en una segunda entrada (7) de agente gasificante en el interior de un tanque de gasificacion (1), se puede hacer subir la temperatura de gasificacion hasta el nivel requerido para evitar la formation de char y/o alquitran. En el caso de una gasificacion completa, al final del proceso de
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gasificacion quedan unicamente cenizas como solidos residuales, y un gas de slntesis compuesto principalmente por H, CO, CO2, H2O, N y otros componentes que se han aportado con el agente gasificante o que se hayan podido producir durante las reacciones termoqulmicas.
De acuerdo con una forma de realization preferente del metodo de gasificacion, el metodo comprende introducir la mezcla precalentada, presurizada y pulverizada de sustrato llquido en el tanque de gasificacion (1) en el que se introduce el agente gasificante precalentado, en el seno de un chorro del agente gasificante.
El metodo comprende, de acuerdo con una forma de realizacion preferente del mismo, precipitar el sustrato llquido en el seno del agente gasificante, de manera que se produzcan, durante la precipitation de las gotas del sustrato llquido, las reacciones termoqulmicas propias de la gasificacion de dicho sustrato llquido.
Al paso del sustrato llquido por la valvula de regulation (2), se produce una bajada brusca de la presion de dicho sustrato llquido, al entrar en contacto con el ambiente interior del tanque de gasificacion (1).
Dicha bajada de presion, unida al aporte de calor en la tuberla de inyeccion (3) producen la evaporation de una parte de la fraction llquida (principalmente agua) que forma las gotas del sustrato llquido.
Al calentarse las finas gotas de sustrato llquido en su precipitacion en el seno del agente gasificante, se evapora finalmente toda la fraccion llquida restante de dichas gotas de sustrato llquido, quedando unicamente las partlculas de combustible solido que inicialmente contenla el sustrato llquido.
El vapor de agua generado pasa a formar parte entonces del agente gasificante. El proceso de gasificacion hace que se genere tambien, a partir de dicho vapor de agua, cierta cantidad de hidrogeno.
La evaporacion de todo el llquido, unido al hecho de estar embebido en el seno del agente gasificante, facilita la dispersion de las partlculas de combustible solido en el seno de dicho agente gasificante, evitando con ello aglomeraciones de combustible, contribuyendo a una mejor gasificacion de todo el sustrato, y evitando la formation de subproductos finales solidos del proceso.
Las partlculas solidas, en su precipitacion en el seno del agente gasificante caliente, van sufriendo diversas reacciones termoqulmicas, pasando por productos solidos intermedios hasta que finalmente se obtiene un gas de smtesis o "syngas” como producto del proceso de gasificacion, dicho gas de slntesis comprendiendo, entre otros gases, hidrogeno, monoxido de carbono, dioxido de carbono, metano y cierta cantidad de vapor de agua.
El contenido inorganico de las partlculas solidas del sustrato (Fe, Ca, K, entre otros, contenidas en las cenizas arrastradas en el BWF) cataliza las reacciones termoqulmicas propias de la gasificacion (facilitando el craqueo de las cadenas de carbono) y, finalmente, reacciona con el char que inevitablemente se produce en la gasificacion (si bien en menor cantidad que en la gasificacion convencional, gracias al empleo de sustrato llquido y a su dispersion en el agente gasificante) formando como subproducto cenizas que precipitan y se extraen del tanque de gasificacion (1).
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Segun una forma de realization del metodo de gasification, dichas cenizas pueden ser extraldas haciendo pasar la corriente de gas obtenida como producto del proceso de gasification (gas de slntesis) por un filtro estatico de partlculas o por algun tipo de dispositivo de separation (10), tal como un ciclon.
La corriente de gas obtenido como producto del proceso se hace pasar, de acuerdo con un modo de realization del metodo de gasification, por un primer intercambiador de calor (17), para aprovechar la energla termica de dicho gas.
El calor extraldo, mediante el primer intercambiador de calor (17), de la corriente de gas obtenido como producto del proceso, se puede aprovechar, por ejemplo, para el precalentamiento del sustrato llquido y/o del agente gasificante utilizado en el proceso de gasification, mejorando con ello el balance energetico del proceso.
Si la temperatura del gas obtenido como producto del proceso de gasification no fuese lo suficientemente elevada como para aprovecharla en el precalentamiento del sustrato llquido y/o del agente gasificante, la energla termica de dicho gas obtenido como producto del proceso de gasification puede aprovecharse para otro tipo de procesos que no requieran un nivel de temperatura tan alto (p. ej. para su empleo en sistemas de calefaccion).
Finalmente, de acuerdo con una forma de realization del metodo de gasification de un sustrato llquido, el gas obtenido como producto del proceso se somete a un proceso de lavado, para eliminar posibles residuos solidos y/o gaseosos no deseados, obteniendo finalmente una corriente de gas (gas de smtesis o "syngas”) producto del proceso de gasification, cuya energla interna es aprovechable en otros procesos para obtener energla electrica, mecanica o termica.
Segun una forma de realization preferente del metodo de gasification, el metodo comprende medir la cantidad de oxlgeno contenido en el chorro de agente gasificante. Dicha medicion puede efectuarse en distintos puntos a lo largo del tanque de gasification (1). Dicha medicion se efectua preferentemente en al menos un punto situado antes de la inyeccion del sustrato llquido en el tanque de gasification (1).
De esta manera se puede controlar la cantidad de agente gasificante que es necesario introducir en el tanque de gasification (1) para que se produzca la gasification completa del sustrato. Mas concretamente, puede controlarse de esta manera la concentration de oxlgeno que debe tener el agente gasificante, aumentando o reduciendo dicha concentration de oxlgeno en el agente gasificante segun las necesidades del proceso de gasification.
El metodo de gasification comprende preferentemente introducir el agente gasificante en el interior del tanque de gasification (1), en un punto de dicho tanque de gasification (1) situado por encima de la entrada del sustrato llquido pulverizado en el tanque de gasification (1).
El metodo de gasification comprende asimismo, segun una forma de realization del mismo, introducir agente gasificante en al menos dos puntos distintos a lo largo del tanque de gasificacion (1).
Segun dicha forma de realization mencionada en el parrafo anterior, se introduce agente gasificante en al menos un punto del tanque de gasification (1) situado por encima de la
entrada del sustrato ilquido pulverizado, y en al menos un punto del tanque de gasificacion (1) situado por debajo de la entrada de sustrato llquido en dicho tanque de gasificacion (1).
El metodo de gasificacion comprende, segun una forma de realizacion del mismo, medir la 5 temperatura en al menos un punto del interior del tanque de gasificacion (1).
Segun una forma de realizacion preferente del metodo de gasificacion, el metodo comprende medir la temperatura en al menos tres puntos del interior del tanque de gasificacion (1), localizados a distintas alturas a lo largo del tanque de gasificacion (1).
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En funcion de la temperatura medida en el interior del tanque de gasificacion (1), se controla tambien la cantidad de agente gasificante a aportar, y la concentration de oxlgeno en el agente gasificante.
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Claims (21)

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    1. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido que comprende un tanque de gasificacion (1), caracterizado por que adicionalmente comprende:
    - medios de bombeo de un sustrato ilquido en el tanque de gasificacion (1), donde dicho sustrato ilquido comprende una fraccion ilquida y partlcuias de combustible solido disueitas y/o en suspension en dicha fraccion ilquida;
    - una tuberla de inyeccion (3), conectada ai tanque de gasificacion (1), de inyeccion de un sustrato ilquido en el tanque de gasificacion (1);
    - una vaivuia de regulation (2), posicionada en la tuberla de inyeccion (3);
    - una primera entrada (5) de agente gasificante ai interior del tanque de gasificacion (1), comprendiendo dicha primera entrada (5) un quemador (6) donde se quema, ai menos, una parte de ios gases que conforman dicho agente gasificante;
    - una tuberla de conduction (11) de gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato ilquido.
  2. 2. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la tuberla de inyeccion (3) desemboca en un punto del tanque de gasificacion (1) donde la temperatura del agente gasificante es tai que produce la evaporation total o parciai de la fraccion ilquida del sustrato ilquido.
  3. 3. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la temperatura del agente gasificante en el punto donde desemboca la tuberla de inyeccion (3) del sustrato ilquido en el tanque de gasificacion (1) es sustanciaimente iguai o superior a 400 °C.
  4. 4. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende una segunda entrada (7) de agente gasificante ai interior del tanque de gasificacion (1).
  5. 5. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el tanque de gasificacion (1) comprende:
    - un fondo (8) conectado con una tuberla de recogida (9), de circulation tanto del gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato ilquido, como de residuos solidos generados durante el proceso de gasificacion;
    - un dispositivo de separation (10) conectado tanto a la tuberla de recogida (9) como a la tuberla de conduccion (11), donde dicho dispositivo de separacion (10) esta conectado, por su parte inferior, con un deposito cenicero (12).
  6. 6. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el dispositivo de separacion (10) comprende un ciclon.
  7. 7. Sistema de gasificacion de un sustrato ilquido segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la tuberla de conduccion (11) esta conectada con un fiitro de gas (13) de
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    separation de gases no deseados y/o residuos solidos, del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
  8. 8. Sistema de gasification de un sustrato llquido segun la revindication 1, caracterizado por que la tuberla de conduction (11) conecta con un sistema de lavado del gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
  9. 9. Sistema de gasification de un sustrato llquido segun la revindication 1, caracterizado por que la tuberla de conduction (11) conecta con un primer intercambiador de calor (17), de aprovechamiento de la energla termica comprendida en el gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido.
  10. 10. Sistema de gasification de un sustrato llquido segun la revindication 1, caracterizado por que comprende al menos una sonda de temperatura (14), situada en el interior del tanque de gasificacion (1).
  11. 11. Sistema de gasification de un sustrato llquido segun la revindication 1, caracterizado por que comprende al menos una sonda de medicion (15), situada en el interior del tanque de gasification (1), de medicion de la cantidad de oxlgeno contenido en el agente gasificante.
  12. 12. Metodo de gasification de un sustrato llquido caracterizado por que comprende:
    - introducir una determinada cantidad de sustrato llquido, que comprende partlculas de combustible solido disueltas y/o en suspension, en el seno de una corriente de agente gasificante, donde dicho agente gasificante comprende una combination cualquiera de al menos los siguientes constituyentes:
    o aire;
    o oxlgeno;
    o vapor de agua;
    o dioxido de carbono;
    o gases calientes procedentes de procesos de combustion externos; o gases combustibles;
    - elevar la temperatura del sustrato llquido hasta que se produzca la evaporation de la parte llquida del sustrato llquido;
    - gasificar las partlculas de combustible solido del sustrato llquido;
    - recoger gas combustible obtenido como producto de la gasification del sustrato llquido;
    donde el metodo comprende realizar un calentamiento del agente gasificante, donde dicho calentamiento comprende al menos las siguientes etapas:
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    - una primera etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura sustancialmente igual o superior a 400 °C, previamente a la introduction en el seno del agente gasificante de una determinada cantidad de sustrato llquido;
    - una segunda etapa consistente en calentar el agente gasificante a una temperatura comprendida entre 700 °C y 1.400 C°.
  13. 13. Metodo de gasification de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende:
    - presurizar el sustrato llquido, previamente a su introduccion en el seno de una corriente de agente gasificante, hasta una presion igual o superior a la presion de evaporation, a una determinada temperatura, de la fraction llquida comprendida en el sustrato llquido;
    - precalentar el sustrato llquido, previamente a su introduccion el seno de una corriente de agente gasificante;
    - pulverizar el sustrato llquido en pequenas gotas de sustrato llquido, inyectandolas en el seno de la corriente de agente gasificante.
  14. 14. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que en la segunda etapa de calentamiento del agente gasificante, dicho agente gasificante se calienta a una temperatura comprendida entre 1.000 °C y 1.200 °C.
  15. 15. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende quemar al menos una parte de los constituyentes del agente gasificante previamente a la introduccion del sustrato llquido en el seno del agente gasificante.
  16. 16. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende separar cenizas y/o residuos solidos del gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
  17. 17. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende filtrar el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido.
  18. 18. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende circular el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido por un primer intercambiador de calor (17), para aprovechamiento de la energla termica comprendida en el gas combustible para otros procesos.
  19. 19. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende:
    - medir la temperatura del agente gasificante durante la gasificacion de dicho sustrato llquido, al menos una vez y en al menos un punto de una zona donde se mezclan el agente gasificante y el sustrato llquido.
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    - regular la temperatura y/o la cantidad de oxlgeno comprendida en el agente gasificante en funcion de la temperatura medida del agente gasificante.
  20. 20. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 12, caracterizado por que comprende:
    - precalentar agente gasificante (21);
    - introducir (22) una corriente de agente gasificante en un tanque de gasificacion (1), a traves de una primera entrada (5) de agente gasificante;

    - presurizar (23) el sustrato llquido a una presion igual o superior a la presion de

    vapor de la fraccion llquida del sustrato llquido a una temperatura de
    precalentamiento del sustrato llquido;
    - precalentar un sustrato llquido (24) que comprende partlculas de combustible solido disueltas y/o en suspension;

    - inyectar (25), dentro del tanque de gasificacion (1) y a traves de una tuberla de
    inyeccion (3), el sustrato llquido en el seno de la corriente de agente gasificante,
    donde el sustrato llquido es pulverizado en pequenas gotas que se dispersan en la corriente de agente gasificante;
    - regular la temperatura del agente gasificante y la presurizacion del sustrato llquido para evaporar (26) la fraccion llquida del sustrato llquido por efecto de una subida de temperatura y una bajada de presion del sustrato llquido;
    - regular la temperatura y la cantidad de oxlgeno del agente gasificante, para gasificar (27) las partlculas de combustible solido del sustrato llquido mediante reaccion termoqulmica con el agente gasificante;
    - recoger, en una tuberla de recogida (9) conectada a un fondo (8) del tanque de gasificacion (1), gas combustible producto de la gasificacion del sustrato llquido, junto con cenizas y/o residuos solidos;
    - separar (28), en un dispositivo de separation (10), cenizas y/o residuos solidos del gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido;
    - circular (29) el gas combustible obtenido como producto de la gasificacion del sustrato llquido, por un primer intercambiador de calor (17), de aprovechamiento de la energla termica del gas combustible.
  21. 21. Metodo de gasificacion de un sustrato llquido segun la reivindicacion 20, caracterizado por que comprende introducir agente gasificante en el tanque de gasificacion (1), a traves de una segunda entrada (7) de agente gasificante, situada por debajo de la boquilla de inyeccion (3).
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