ES2582830T3 - Reactor y procedimiento para la producción de gas de síntesis - Google Patents

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Abstract

Reactor (1, 15, 21, 30, 40, 50) para la producción de gas de síntesis a partir de hidrocarburos gaseosos, en particular gas de pirólisis, y partículas de coque (3), que comprende al menos un espacio de reacción (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71), estando previstos en el extremo superior del espacio de reacción (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) componentes internos (7) que proporcionan canales de flujo (10) inclinados con respecto a la vertical para separar y devolver partículas de coque (3) al interior del espacio de reacción (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) aprovechando la gravedad, caracterizado por que están previstos dispositivos (18, 36) para ajustar la inclinación de los componentes internos (7) y/o de los canales de flujo (10).

Description

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DESCRIPCION
Reactor y procedimiento para la produccion de gas de smtesis
La invencion se refiere a un reactor para la produccion de gas de smtesis a partir de hidrocarburos gaseosos, en particular gas de pirolisis, y particulas de coque, que comprende al menos un espacio de reaccion. Ademas, la invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de gas de smtesis a partir de hidrocarburos gaseosos, en particular gas de pirolisis, y particulas de coque.
Reactores para la produccion de gas de smtesis, por ejemplo, a partir de masa biologica, por la que se pueden entender en particular todos los materiales vegetales renovables, son conocidos en diferentes configuraciones. Asi, por ejemplo, son conocidos por el documento DE 10 2008 032 A1 un reactor y un procedimiento para la produccion de gas de smtesis del que parte la invencion. Un reactor adicional para la produccion de gas de smtesis se describe en el documento US 2.728.632 A.
Por la patente US 4.843.712 es conocido un reactor para la produccion de gas de smtesis en un lecho fluidizado.
En la produccion de gas de smtesis de masas biologicas solidas, esta se implementa en primer lugar a altas temperaturas liberando gas de pirolisis de modo que se convierte en coque. Este proceso se denomina pirolisis. A continuacion, el coque se puede usar en forma de particulas finas para su conversion adicional en gas de smtesis. A este respecto, no en ultimo lugar, las particulas de coque sirven para la conversion catalitica de alquitranes contenidos en el gas de pirolisis. Las particulas de coque contienen, ademas de carbono, componentes inorganicos que se denominan ceniza y que quedan tras una conversion completa de la parte de carbono de las particulas de coque. La ceniza se produce en forma de particulas de ceniza finas y se separa del gas de smtesis mediante ciclones tras salir del reactor.
Es problematico en los procedimientos conocidos que ademas de las particulas de ceniza tambien se descargan particulas de coque del reactor que entonces ya no estan disponibles para una disociacion catalitica de alquitranes y una conversion adicional. Para aumentar el tiempo de permanencia de las particulas de coque, los volumenes de reactor se pueden aumentar claramente. Sin embargo, esto conduce a un aumento considerable de los costes de aparato.
Por tanto, la presente invencion se basa en el objetivo de configurar y perfeccionar el reactor y el procedimiento del tipo mencionado en cada caso al inicio de modo que se pueda influir de manera controlada en el corte de separacion entre las particulas separadas y no separadas. Este objetivo se consigue mediante un reactor de acuerdo con la reivindicacion 1 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 10.
Por tanto, la invencion ha reconocido que se puede conseguir de manera muy sencilla y economica una clasificacion de particulas de coque y particulas de ceniza. Las particulas se transportan con el flujo de gas al interior de los componentes internos. Las particulas de coque que aun tienen una parte de carbono considerable se separan en los componentes internos y se conducen de vuelta al interior del espacio de reaccion. Las partes de carbono que ya solo tienen partes de carbono pequenas y particulas de ceniza puras se evacuan con el gas.
Esta separacion se basa en las diferentes propiedades de sedimentacion de las particulas de coque y las particulas de ceniza. Si no se tienen en cuenta diferencias con respecto a la forma exterior, una particula sedimenta mejor en la direccion de gravedad cuanto mayor sea su gravedad y cuanto menor sea su resistencia aerodinamica. Dicho de otro modo, particulas pesadas pequenas sedimentan con mas facilidad que particulas ligeras grandes.
Particulas con una parte de carbono elevada (particulas de coque) son basicamente mas grandes y mas pesadas que particulas con una parte de carbono pequena (particulas de ceniza). Las particulas con una parte de carbono elevada sedimentan basicamente con mas facilidad, esto es, tienen una mayor velocidad de descenso o tienden mas a depositarse que particulas con una parte de carbono baja. Esto se aprovecha en los canales de flujo de los componentes internos para la separacion de las particulas. Las particulas de coque tienen preferiblemente un diametro entre 0,01 mm y 30 mm, preferiblemente entre 0,2 mm y 3 mm. En el caso de estos tamanos de particula se habla tambien de polvo de coque.
Al proporcionar canales de flujo inclinados para el flujo de multiples fases de gases, por un lado, y particulas de coque y particulas de ceniza, por otro lado, se puede proporcionar de manera sencilla con respecto al procedimiento y economica una devolucion de las particulas de coque que aun no se han convertido lo suficientemente. El tiempo de permanencia de las particulas de coque en el espacio de reaccion se aumenta asi considerablemente y, aun asi, se mantiene la descarga de particulas de ceniza del espacio de reaccion, de modo que las particulas de ceniza no se acumulan en el espacio de reaccion.
Una ventaja adicional consiste en que, de acuerdo con la invencion, el tiempo de permanencia depende de los tamanos de particula de coque. Particulas de coque grandes permanecen durante mas tiempo en el espacio de reaccion que particulas de coque pequenas, ya que las particulas de coque grandes requieren mas tiempo hasta
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que hayan reaccionado y esten convertidas fundamentalmente en particulas de ceniza.
A este respecto es favorable cuando a traves del espacio de reaccion fluye el flujo de multiples fases aproximadamente desde abajo hacia arriba y/o aproximadamente de manera vertical. El flujo en los canales de flujo de los componentes internos es entonces mas horizontal, por lo que se provocan la separacion de particulas y la devolution de particulas. De manera favorable se puede anadir una reduction de la velocidad de flujo, por ejemplo, como consecuencia de un aumento de la section transversal de flujo.
En el espacio de reaccion, el flujo de multiples fases es preferiblemente turbulento para obtener una buena retromezcla, de modo que particulas de coque separadas y devueltas al interior del espacio de reaccion no se vuelven a transportar inmediatamente al interior de los canales de flujo de los componentes internos. En caso contrario, los componentes internos se podrian sobrecargar y/o no se podria conseguir un corte de separacion claro entre particulas pesadas y ligeras que sedimentan, esto es, por ejemplo, particulas de coque y particulas de ceniza.
En los canales de flujo inclinados, la direction de gravedad se desvia tanto de la direction de flujo que las particulas de coque mas grandes y mas pesadas se depositan en la base de los canales de flujo en la que la velocidad de flujo esta reducida con respecto al centro de los canales de flujo debido a la friction. Por tanto, las particulas de coque se pueden deslizar impulsadas por la gravedad a lo largo de la base de los canales de flujo de vuelta al interior del espacio de reaccion.
Para la separacion de las particulas de coque es favorable cuando el flujo en los canales de flujo esta formado al menos fundamentalmente de manera laminar. Para conseguir una capacidad de separacion alta deberia estar prevista una cantidad suficiente de canales de flujo.
Configuraciones preferidas del reactor y del procedimiento para la production de gas de sintesis a partir de hidrocarburos gaseosos se describen conjuntamente a continuation sin diferenciar siempre en cada caso entre las caracteristicas de dispositivo constructivas y las caracteristicas de procedimiento. Sin embargo, aun asi, para el experto en la tecnica, las caracteristicas preferidas con respecto al dispositivo y al procedimiento son evidentes sin mas.
Es sencillo constructivamente y eficaz con respecto al procedimiento cuando los canales de flujo se forman por una pluralidad de laminas. Las laminas pueden estar dispuestas de manera paralela entre si y, cuando sea necesario, tambien tener una estructura en panal que incluye los canales de flujo. Estructuras en panal forman una superficie interior grande, lo que puede favorecer la separacion. De forma muy basica, los canales de flujo pueden estar dispuestos de manera paralela entre si por motivos de sencillez.
Independientemente de la configuration de los componentes internos, estos o las laminas pueden estar revestidos por un catalizador, concretamente, cuando sea necesario, con catalizadores basados en niquel. En este contexto, debido a la superficie especifica mas grande pueden resultar convenientes componentes internos con una estructura en panal. Asi, los componentes internos tambien se pueden usar para la conversion de componentes de gas y/o alquitranes.
Para mejorar la devolucion de las particulas de coque separadas en la base de los canales de flujo en contra de la direccion de flujo de la fase gaseosa, se pueden prever acanaladuras en la base de los canales de flujo o a lo largo de las laminas. Asi, las particulas de coque se pueden conducir en una zona de velocidades de flujo muy bajas de la fase gaseosa tambien con canales de flujo muy inclinados de vuelta al interior del espacio de reaccion.
Los componentes internos y/o las laminas estan conectados preferiblemente con un dispositivo que hace oscilar los componentes internos y/o las laminas para favorecer el transporte de las particulas de coque separadas de vuelta al interior del espacio de reaccion. Por ejemplo, este dispositivo puede ser un oscilador que induce una oscilacion a los componentes internos y/o las laminas. A este respecto, finalmente tambien se puede aprovechar la inercia de las particulas de coque separadas. A este respecto, preferiblemente, la velocidad de la oscilacion en la direccion del flujo de gas es mayor que en la direccion inversa. Para el transporte de las particulas de coque separadas de vuelta al interior del espacio de reaccion puede ser favorable cuando la vibration u oscilacion de los componentes internos y/o de las laminas sea fundamentalmente paralela a los canales de flujo. Por una vibracion se entiende en el presente documento una oscilacion con amplitudes muy pequenas.
Para poder ajustar el corte de separacion entre las particulas separadas en los componentes internos y las particulas no separadas se puede ajustar la inclination de los canales de flujo durante el funcionamiento. Para ello estan previstos dispositivos correspondientes. A este respecto, los dispositivos pueden modificar la inclinacion de los propios componentes internos y/o de las laminas. Cuanto mas se inclinan los canales de flujo de este modo en la direccion de la horizontal, mayor sera la cantidad separada y conducida de vuelta al interior del espacio de reaccion de particulas pesadas que sedimentan. A la inversa, la parte de carbono que se descarga con las particulas de ceniza es mayor cuanto mas inclinada es la orientation de los canales de flujo.
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Adicionalmente se pueden variar tambien la longitud y/o la seccion transversal de los canales de flujo para influir de manera deseada en la separacion y la devolucion de las particulas de coque. Para poder reducir la velocidad de flujo de la fase gaseosa en los canales de flujo, los canales de flujo pueden estar previstos unos por encima de otros. La abertura de entrada de un canal de flujo esta situada entonces en la direccion vertical por debajo de la abertura de entrada del siguiente canal de flujo. Esto se puede conseguir de manera sencilla por que las laminas estan configuradas de manera anular y, por ejemplo, estan dispuestas de manera concentrica unas por encima de otras. Ademas puede estar previsto que las aberturas de entrada de los canales de flujo dispuestos unos por encima de otros esten desplazadas unas con respecto a otras en la direccion horizontal para que las particulas de coque devueltas mediante un canal de flujo superior al interior del espacio de reaccion no se introduzcan directamente a continuacion en el canal de flujo situado por debajo del mismo.
Por motivos de sencillez, el gas que contiene hidrocarburo y las particulas de coque se pueden formar en una parte de instalacion conectada con el reactor, preferiblemente, el reactor de pirolisis. Las particulas de coque y el gas que contiene hidrocarburo se pueden alimentar conjuntamente o por separado al espacio de reaccion. En el caso de una separacion de gas y particulas de coque se puede realizar una oxidacion parcial del gas. Mediante el siguiente mezclado de la fase gaseosa y las particulas de coque se enfria la temperatura mediante reacciones endotermicas, es decir, un denominado enfriamiento brusco quimico, hasta la temperatura deseada.
En el espacio de reaccion pueden estar previstas ademas particulas de un material inerte para la mejora del intercambio de calor y sustancias. Se puede formar un lecho fluidizado que en la zona inferior constituye un lecho fluidizado estacionario. Este se forma a partir de las particulas de coque relativamente grandes que se depositan como consecuencia de la gravedad en la base de la camara de reactor. Por encima se puede formar una especie de nube de particulas de coque y, cuando sea necesario, adicionalmente particulas inertes. En esta nube se puede conseguir una concentracion de particulas bastante elevada, ya que las particulas de coque mas grandes no se descargan sino se separan y se devuelven a traves de los componentes internos.
Basicamente, los componentes internos pueden proporcionar dos o mas grupos de canales de flujo a traves de los que fluye de manera consecutiva la fase gaseosa y que preferiblemente estan dispuestos unos por encima de otros. Entonces se separa y se devuelve en el primer grupo de canales de flujo una parte considerable de las particulas. Por tanto, en el segundo grupo y en cada grupo adicional de canales de flujo, la concentracion de particulas es menor, de modo que se consigue una mayor nitidez de separacion entre particulas que sedimentan con mas dificultad y particulas que sedimentan con mas facilidad.
De manera especialmente preferible es posible que el reactor tenga dos o mas espacios de reaccion conectados en serie. Por motivos de sencillez, los espacios de reaccion pueden estar dispuestos unos por encima de otros, entrando el flujo de gas y las particulas no separadas en los componentes internos del espacio de reaccion anterior conjuntamente en el siguiente espacio de reaccion. En el caso de varios espacios de reaccion conectados en serie, preferiblemente, la parte de carbono de las particulas de coque no se convierte ya en el primer espacio de reaccion. Preferiblemente, el carbono de las particulas de coque solo se convierte en parte, concretamente hasta que el tamano de las particulas de coque haya disminuido de modo que pasan por los componentes internos del primer espacio de reaccion y llegan al interior del siguiente espacio de reaccion. Alli tiene lugar entonces una conversion de la parte de carbono de las particulas de coque que puede ser completa o no completa. Con una conversion no completa, las particulas de coque se pueden convertir adicionalmente en un espacio de reaccion conectado adicionalmente aguas abajo. Finalmente se puede generar una denominada cascada de reactor, distribuyendose las particulas de coque de manera correspondiente a su tamano por los diferentes espacios de reaccion.
La invencion se explica a continuacion en mas detalle mediante la figura 6. En el dibujo muestran
un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical, un detalle de los componentes internos del reactor de la figura 1 en una representacion esquematica,
un primer ejemplo de realizacion de componentes internos del reactor de la figura 1 en una representacion esquematica,
un segundo ejemplo de realizacion de componentes internos del reactor de la figura 1 en una vista en corte,
un tercer ejemplo de realizacion de componentes internos del reactor de la figura 1 en una vista en corte,
un reactor de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical, un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical,
Las figuras 8a a b un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical,
La figura 9 un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical,
La figura 10 un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical y
La figura 11 un detalle de un reactor no de acuerdo con la invencion en una vista en corte vertical.
La
invencion
La
figura 1
La
figura 2
La
figura 3
La
figura 4
La
figura 5
La
figura 6
La
figura 7
En la figura 1 esta representado un reactor 1 para la produccion de gas de sintesis a partir de gas de pirolisis que comprende un espacio de reaccion 2 en el que estan contenidas particulas de coque 3 finas en forma de polvo de
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coque. Mediante una conexion 4 en el lado de la base y una base de boquilla 6, gas de pirolisis llega al interior del espacio de reaccion 2. Las partroulas de coque 3 se pueden alimentar mediante un acceso 5 lateral independiente.
Para convertir los alquitranes contenidos en el gas de pirolisis y las particulas de coque 3 en gas de sintesis existen temperaturas de 750 °C a 1200 °C, preferiblemente de 800 °C a 1000 °C, en particular de 850 °C a 950 °C en el espacio de reaccion. Ademas puede existir vapor de agua que, cuando sea necesario, se puede introducir por soplado junto con el gas de pirolisis en el espacio de reaccion 2.
En el espacio de reaccion 2 se forma un flujo de multiples fases turbulento que comprende las particulas de coque 3 y, dado el caso, particulas de ceniza formadas mediante una conversion completa del carbono de las particulas de coque 3. En las particulas de coque 3 se disocian de manera catalitica alquitranes de la fase gaseosa.
En la base del espacio de reaccion 2 se pueden depositar y formar un lecho fluidizado estacionario grandes particulas de coque 3. Mediante una abrasion y conversion de la parte de carbono de las particulas de coque 3, estas se vuelven cada vez mas pequenas y, por tanto, en algun momento entran del lecho fluidizado estacionario en la nube de coque por encima del mismo. La nube de coque que comprende particulas de coque 3 con una distribucion de tamanos de particulas relativamente amplia se mezcla en un flujo turbulento y, asi, se mantiene flotando.
De las particulas de coque 3 de la nube de coque llegan algunas particulas de coque 3 al interior de los componentes internos 7 previstos en el extremo superior del espacio de reaccion 2. Alli tiene lugar una separacion segun particulas de coque 3 que sedimentan con menos dificultad y con mas dificultad. Esto se corresponde en el presente caso fundamentalmente con una clasificacion segun el tamano de las particulas de coque 3. Grandes particulas de coque 3 se separan y se devuelven al interior del espacio de reaccion 2 en el que se vuelven a arremolinar mediante el flujo turbulento. La parte de carbono de las particulas de coque 3 se convierte entonces adicionalmente en gas de sintesis. Las particulas de coque devueltas estan simbolizadas de manera esquematica en un punto en forma de una fila vertical de particulas de coque 3.
El espacio de reaccion 2 se puede calentar mediante un dispositivo de calefaccion 8 previsto en el mismo y/o que rodea el espacio de reaccion 2 para proporcionar el calor necesario al proceso endotermico de la produccion de gas de sintesis. De manera alternativa, el calor tambien se puede alimentar mediante una oxidacion parcial del gas que contiene hidrocarburo con oxido.
El principio de la separacion de particulas en los componentes internos 7 esta representado de manera esquematica y a modo de ejemplo en la figura 2. Los componentes internos 7 estan compuestos fundamentalmente por laminas 9 dispuestas de manera paralela entre si e inclinadas con respecto a la vertical, por ejemplo, en forma de chapas planas. Las laminas 9 forman entre si canales de flujo 10 en los que entra el flujo de gas y particulas. A continuacion, las particulas de coque 3 que sedimentan con mas facilidad, esto es, las particulas con una mayor velocidad de descenso, descienden a las bases de los respectivos canales de flujo 10. Alli, la velocidad de flujo del flujo de gas es claramente menor que en el centro de los canales de flujo 10 debido a friccion. El peso que actua sobre las particulas de coque 3 descendidas provoca entonces que las particulas de coque 3 se deslicen a lo largo de las laminas 9 de vuelta al interior del espacio de reaccion 2. En cambio, las particulas 3 que sedimentan con mayor dificultad, esto es, las particulas de coque 3 con una velocidad de descenso menor, se transportan por el flujo de gas a traves de los canales de flujo 10 sin separarse.
Buenos resultados de separacion se consiguen, por ejemplo, cuando el tamano de los canales de flujo 10 es al menos aproximadamente de 3 a 10 veces los diametros de las particulas de coque 3 mas grandes en la nube de coque por debajo de los componentes internos. En caso contrario existe el riesgo de que los canales de flujo 10 se obstruyan. Ademas, la capacidad de separacion aumenta a medida que disminuyen los canales de flujo 10 y/o a medida que disminuye el diametro hidraulico. El limite de separacion se desplaza a medida que aumenta el angulo de los canales de flujo 10 con respecto a la vertical y/o a medida que disminuye la velocidad de flujo de la fase gaseosa en los canales de flujo 10 hacia particulas de coque 3 que sedimentan con mayor dificultad, en particular pequenas en el presente caso.
De manera alternativa o adicional, el flujo de gas en los canales de flujo 10 es preferiblemente laminar. Asi se obtiene un perfil de flujo mas favorable para la separacion en los canales de flujo 10.
En la figura 3 estan representados componentes internos 7 con laminas 9 en los que valles y elevaciones se alternan de manera transversal a la direccion de flujo del gas y estan separados unos de otros por superficies 13 inclinadas. En los valles, las laminas 9 tienen ademas acanaladuras 12 que se extienden en la direccion de flujo. Debido a las superficies 13 inclinadas, las particulas de coque 3 separadas llegan al interior de las acanaladuras 10 en las que la velocidad de flujo de la fase gaseosa es especialmente baja, de modo que las particulas de coque 3 se pueden deslizar sin problema de vuelta al interior del espacio de reaccion 2. Tal como esta representado en la figura 3, las laminas 9 se pueden apoyar unas en otras o pueden estar separadas unas de otras. Ademas, basicamente, las acanaladuras 12 tambien pueden estar previstas en laminas 9 planas.
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En la figura 4 estan representados componentes internos 7 con una estructura en panal 14 con canales de flujo 10 que tienen secciones transversales cuadradas o rectangulares. La estructura en panal se puede formar mediante monolitos ceramicos tal como se utilizan, por ejemplo, para catalizadores. Componentes internos 7 de este tipo son adecuados especialmente para concentraciones de particulas altas y temperaturas bajas. Los canales de flujo 10 estan orientados de modo que una de las esquinas de la seccion transversal queda dirigida hacia abajo. Asi, las particulas de coque 3 se pueden acumular en la zona de canto correspondiente y se pueden deslizar de vuelta al interior del espacio de reaccion 2.
En los componentes internos 7 representados en la figura 5, las laminas 9 estan plegadas y, en los componentes internos 7 representados y preferidos en este sentido, estan separadas y dispuestas de manera paralela entre si. El pliegue de las laminas 9 esta configurado de modo que valles y elevaciones se alternan de manera transversal a la direccion de flujo de la fase gaseosa. Formas constructivas correspondientes son convenientes cuando la inclinacion de los canales de flujo 10 se debe poder modificar mediante dispositivos correspondientes.
En la figura 6 esta representado un reactor 15 que comprende un espacio de reaccion 16 en el que se convierten gas de pirolisis que contiene alquitran y particulas de coque 3 en un gas de sintesis fundamentalmente libre de alquitran. En el extremo superior del espacio de reaccion 16 se encuentran componentes internos 7 que comprenden conjuntos de laminas 17 tal como estan representados, por ejemplo, en la figura 5. Los conjuntos de laminas 17 forman los canales de flujo en los que se separan y se devuelven al interior del espacio de reaccion 16 las particulas de coque 3 que sedimentan con mas facilidad.
Al conjunto de laminas 17 esta asignado un dispositivo 18 que hace oscilar el conjunto de laminas 17 que preferiblemente estan dirigidas de manera paralela a los canales de flujo. Las particulas de coque 3 se deslizan entonces mejor de vuelta al interior del espacio de reaccion 16. Ademas, la amplitud de las oscilaciones es lo suficientemente pequena para evitar la formacion de remolinos o turbulencias en los canales de flujo. Ademas, al conjunto de laminas 17 esta asignado un dispositivo 20 con el que se pueden ajustar las laminas 9 en cuanto a su inclinacion (vease la flecha doble) para asi ajustar los canales de flujo del conjunto de laminas 17 en cuanto a su inclinacion. En el reactor 15 representado y preferido en este sentido estan configuradas de manera pivotante todas las laminas 9 del conjunto de laminas 17, concretamente con respecto a ejes de pivotamiento paralelos.
Con el dispositivo que hace oscilar las laminas 9 se puede variar la direccion de las oscilaciones preferiblemente de modo que las oscilaciones siempre discurren de manera paralela a los canales de flujo 10 del conjunto de laminas 17, tambien cuando se modifica la inclinacion de estas ultimas. Los dispositivos 18, 20 que hacen oscilar las laminas 9 y ajustan la inclinacion de estas pueden estar previstos conjuntamente o tambien individualmente.
El reactor 21 representado en la figura 7 tiene un espacio de reaccion 22 que esta limitado hacia arriba por componentes internos 7 que comprenden laminas 9 dispuestas de manera concentrica unas por encima de otras y que forman canales de flujo entre si. Las laminas 9 pueden estar compuestas por discos anulares o platos conicos o por monolitos que estan dispuestos de manera circundante con respecto a la linea central vertical del reactor 21.
Los canales de flujo estan dispuestos de manera mas hacia fuera en la zona inferior del conjunto de laminas 17 que en la zona superior del conjunto de laminas 17. En el reactor 21 representado y preferido en este sentido, cada canal de flujo empieza mas hacia fuera que el canal de flujo dispuesto por encima del mismo para que las particulas de coque 3 devueltas al interior del espacio de reaccion 22 no lleguen directamente al interior del canal de flujo situado por debajo del mismo. El conjunto de laminas 17 esta terminado hacia arriba por una placa 27.
A traves de los canales de flujo entre las laminas 9 representadas en la figura 7 existe un flujo desde dentro hacia fuera. Con ello, la seccion transversal de flujo desde la entrada de los canales de flujo hasta la salida se vuelve mas grande, de modo que la velocidad de flujo de la fase gaseosa disminuye y se separan mas particulas de coque 3.
En la figura 8a esta representado un reactor 30 con un conjunto de laminas 35 inclinado en total. El conjunto de laminas 35 esta montado de manera giratoria mediante un dispositivo 36 adecuado y se puede hacer oscilar (vease la flecha doble). Cuando la oscilacion en la direccion del flujo de gas es mas alta que en la direccion contraria, las particulas de coque 3 pueden llegar de vuelta al interior del espacio de reaccion 34 incluso con una inclinacion casi horizontal de los canales de flujo. La velocidad de la oscilacion se puede ajustar de modo que la inercia de las particulas de coque 3 provoca un paso de las laminas 9 en la direccion de flujo del gas por debajo de las particulas de coque 3 situadas por encima de las mismas, mientras que en la direccion contraria se mueven de manera uniforme las laminas 9 y las particulas de coque 3, ya que las particulas de coque 3 quedan situadas sobre las laminas 9 de manera estacionaria con respecto a las mismas.
El gas de pirolisis que contiene alquitran fluye desde abajo a traves de una conexion 4 correspondiente a traves de una base de boquilla 6 al interior del espacio de reaccion 34. La base de boquilla 6 esta configurada en forma de una base de campana con campanas 33 de modo que las particulas de coque 3 del espacio de reaccion 34 no fluyen a traves de las campanas 33 hacia abajo.
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En la figura 9 esta representado un reactor 40 en forma de una cascada de reactor con dos espacios de reaccion 43, 45 conectados de manera consecutiva y dispuestos uno por encima del otro. El gas de pirolisis que contiene alquitran se introduce en la base del primer espacio de reaccion 43 inferior. Las particulas de coque 3 llegan a traves de una conexion 5 lateral al interior del primer espacio de reaccion 43. El gas de pirolisis eliminado en parte con respecto a alquitran en el primer espacio de reaccion 43 fluye en el extremo superior del espacio de reaccion 43 al interior de componentes internos 7 que tienen laminas 9. Con el flujo de gas se introducen tambien particulas de coque 3 en los canales de flujo entre las laminas 9. Las particulas de coque 3 mas grandes, dado el caso con una parte de carbono elevada, se separan en los mismos y se devuelven al interior del espacio de reaccion 43. Las particulas de coque 3 mas pequenas y que, dado el caso, tienen una parte de carbono menor, llegan a traves de los canales de flujo de los componentes internos 7 y una base de boquilla 6 o similares al interior de un segundo espacio de reaccion 43 dispuesto por encima en el que se encuentran gas de pirolisis menos cargado con alquitran y particulas de coque 3 mas pequenas que en el primer espacio de reaccion 43.
En el extremo superior del segundo espacio de reaccion 45, el gas atraviesa componentes internos 7 que tienen laminas 9 adicionales. Sin embargo, las laminas 9 solo pueden pasar por particulas de coque 3 cuya parte de carbono original se ha convertido fundamentalmente y que, por tanto, ahora contienen bastante poco carbono. Las particulas de coque 3 con una mayor parte de carbono se separan en los canales de flujo formados por las laminas 9 y se devuelven al interior del segundo espacio de reaccion 45, concretamente hasta que la parte de carbono de estas particulas de coque 3 haya disminuido de modo que los canales de flujo formados entre las laminas 9 pueden pasar. Mediante la conexion en cascada y el reparto de las particulas de coque 3 por diferentes espacios de reaccion 43, 45 se puede producir un gas de sintesis que contiene especialmente poco alquitran.
La figura 10 muestra una instalacion 50 para la produccion de gas de sintesis a partir de masa biologica. La parte inferior de la instalacion 50 es un reactor de pirolisis 51 que tiene un lecho fluidizado 52 estacionario cuyo extremo inferior es la base de boquilla 6 y que ocupa aproximadamente la mitad del reactor de pirolisis 51. Por ejemplo, el lecho fluidizado 52 se fluidiza por un gas de remolino de vapor de agua o aire. El gas de remolino se introduce por soplado mediante una conexion 53 correspondiente y la base de boquilla 6 en el lecho fluidizado 52. La masa biologica se alimenta lateralmente mediante una conexion 54 adicional. En la instalacion 50 representada y preferida en este sentido, el gas que sale del reactor de pirolisis 51 esta compuesto por gas de remolino y gas de pirolisis. Las particulas de masa biologica se convierten en coque en el reactor de pirolisis 51 bajo una aportacion de calor. El lecho fluidizado 52 contiene material inerte que tritura el coque de modo que particulas de coque 3 se descargan con el gas del lecho fluidizado 52 y llegan al interior de componentes internos 7 dispuestos por encima. Estos tienen canales de flujo a traves de los que solo pueden pasar particulas de coque 3 molidos de manera lo suficientemente fina. Las demas particulas de coque 3 se devuelven al interior del reactor de pirolisis 51 para la carbonization y trituration adicionales. De este modo se puede aumentar mucho la concentration de particulas de coque en el espacio entre el lecho fluidizado 52 y los componentes internos 7.
Las particulas de coque 3 lo suficientemente pequenas llegan finalmente a traves del conjunto de laminas al interior del espacio de reaccion 55 dispuesto por encima. Fundamentalmente de manera analoga a la cascada de reactor representada en la figura 9, las particulas de coque 3 se convierten adicionalmente en el espacio de reaccion 55 que sigue al reactor de pirolisis 51 bajo una aportacion de calor. El gas de pirolisis que contiene alquitran incide a este respecto en las particulas de coque 3 ardientes en las que se disocia de manera catalitica el alquitran. Para la conversion adicional de particulas de coque 3 mas pequenas y para la reduction adicional del contenido de alquitran de la fase gaseosa se puede prever un espacio de reaccion 60 adicional que tambien puede estar calentado y en el que las particulas de coque 3 son mas pequenas que en el espacio de reaccion 55 anterior como consecuencia de una clasificacion en los componentes internos 7 conectados aguas arriba.
De este modo se puede obtener en cada espacio de reaccion 55, 60 una alta concentracion de particulas de coque. Al mismo tiempo, las particulas de coque 3 permanecen durante mucho mas tiempo en los espacios de reaccion 55, 60. Por tanto, las particulas de coque 3 estan disponibles durante mas tiempo para la disociacion catalitica de alquitran y para la conversion de la parte de carbono de las particulas de coque 3.
Si las particulas de coque 3 no solo estan compuestas por ceniza al abandonar el espacio de reaccion 60 calentado superior sino ademas contienen una parte de carbono considerable, preferiblemente, se puede conectar aguas abajo un espacio de reaccion 61 adicional no calentado. Aqui se realiza una conversion endotermica adicional de las particulas de coque 3, por lo que se enfria el gas y se puede aumentar el rendimiento, ya que la perdida de calor notable es menor.
En la figura 11 esta representada una configuration alternativa del segundo espacio de reaccion 60 de la instalacion 50 de acuerdo con la figura 10. En el espacio de reaccion 71 alternativo esta empotrada una calefaccion 14 en un lecho fluidizado 72 que esta compuesto por material inerte tal como, por ejemplo, arena. En un lecho fluidizado 72, la transferencia termica es mucho mejor que en una camara de gas. La velocidad de fluidization del lecho fluidizado 72 es elevada y, por ejemplo, se encuentra en la region limite del lecho fluidizado estacionario al lecho fluidizado circulante. Por tanto, un limite claro del lecho fluidizado 72 apenas se puede apreciar. Grandes cantidades del material inerte estan disponibles ahora para la transferencia termica a la fase gaseosa. El gas transfiere entonces el calor a las particulas de coque 3. La turbulencia elevada esta simbolizada mediante las flechas. La section
transversal del espacio de reaccion 61 en la zona del lecho fluidizado 72 es claramente menor que en la zona del espacio dispuesto por encima que contiene una nube de coque. La trituracion de las particulas de coque 3 a traves del lecho fluidizado 72 es ventajosa para la conversion de particulas de coque 3 a partir de masa biologica, ya que aumenta la velocidad de reaccion.
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Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Reactor (1, 15, 21, 30, 40, 50) para la produccion de gas de smtesis a partir de hidrocarburos gaseosos, en particular gas de pirolisis, y particulas de coque (3), que comprende al menos un espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71), estando previstos en el extremo superior del espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) componentes internos (7) que proporcionan canales de flujo (10) inclinados con respecto a la vertical para separar y devolver particulas de coque (3) al interior del espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) aprovechando la gravedad, caracterizado por que estan previstos dispositivos (18, 36) para ajustar la inclinacion de los componentes internos (7) y/o de los canales de flujo (10).
  2. 2. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que los componentes internos (7) comprenden una pluralidad de laminas (9) dispuestas, preferiblemente de manera paralela entre si, que forman los canales de flujo (10).
  3. 3. Reactor de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que los componentes internos (7) tienen una estructura en panal (14) que forma los canales de flujo (10).
  4. 4. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los canales de flujo (10) estan revestidos de un catalizador.
  5. 5. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en la base de los canales de flujo (10) estan previstas acanaladuras (12) para devolver las particulas de coque (3) al interior del espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71).
  6. 6. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que estan previstos dispositivos (20, 36) que hacen oscilar los componentes internos (7), las laminas (9) y/o la estructura en panal (14).
  7. 7. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que estan previstos dispositivos (18, 36) para ajustar la inclinacion de las laminas (9) y/o de la estructura en panal (14).
  8. 8. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que los canales de flujo (10) estan dispuestos unos por encima de otros y, preferiblemente, se forman mediante platos conicos que presentan una abertura central.
  9. 9. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que dos o mas espacios de reaccion (43, 45, 55, 60, 61, 71) estan conectados en serie y por que en el extremo superior de los respectivos espacios de reaccion (43, 45, 55, 60, 61, 71) estan previstos componentes internos (7) para separar y devolver particulas de coque (3) al interior del respectivo espacio de reaccion (43, 45, 55, 60, 61, 71).
  10. 10. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que aguas arriba del espacio de reaccion (55) esta conectado un reactor de gas de pirolisis (51) de modo que desde el reactor de gas de pirolisis (51) se conducen el gas que contiene hidrocarburo y las particulas de coque (3) al interior del espacio de reaccion (55).
  11. 11. Procedimiento para la produccion de gas de sintesis a partir de hidrocarburos gaseosos, en particular gas de pirolisis, y particulas de coque (3) utilizando al menos un reactor (1, 15, 21, 30, 40, 50) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10,
    - en el que en un espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) se genera un flujo de multiples fases que comprende los hidrocarburos gaseosos y las particulas de coque (3),
    - en el que el flujo de multiples fases en el extremo superior del espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61, 71) fluye al interior de los canales de flujo (10) de componentes internos (7) y
    - en el que particulas de coque (3) se separan parcialmente aprovechando la gravedad en los canales de flujo (10) y se devuelven al interior del espacio de reaccion (2, 22, 34, 43, 45, 55, 60, 61,71).
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que los componentes internos (7), las laminas (9) y/o la estructura en panal (14) se hacen oscilar y/o vibrar para proporcionar una devolution mejorada de las particulas de coque (3).
  13. 13. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, en el que la inclinacion de los componentes internos (7), de las laminas (9), de la estructura en panal (14) y/o de los canales de flujo (10) se ajusta durante el funcionamiento.
  14. 14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se disocian de manera catalitica alquitranes en superficies de los componentes internos (7).
  15. 15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el gas que contiene hidrocarburo,
    preferiblemente gas de pirolisis, y las partfculas de coque se generan en un reactor de pirolisis (51) conectado directamente aguas arriba del espacio de reaccion (55) y se conducen al espacio de reaccion (55).
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