ES2605231T3 - Procedimiento de combustión en bucle químico con control independiente de la circulación de sólidos - Google Patents

Abstract

Procedimiento de combustión en bucle químico de al menos una carga hidrocarbonada en al menos una zona de reacción de reducción (i) y al menos una zona de reacción de oxidación (i+1) en lecho fluidizado distintas, en el cual se controla la circulación de las partículas sólidas de masa activa entre cada una o una parte de las zonas de reacción por medio de una o varias válvulas no mecánicas constituidas cada una por una porción de canalización sustancialmente vertical, por una porción de canalización sustancialmente horizontal, y por un codo que conecta las dos porciones, transportando las partículas sólidas entre dos zonas de reacción sucesivas por: - introducción de las partículas sólidas procedentes de la zona de reacción (i) o (i+1) por el extremo superior de la porción de canalización sustancialmente vertical de la indicada válvula; - inyección de un gas de control con un caudal de aireación dado río arriba del codo de la indicada válvula; - control de las condiciones de presión diferencia en los terminales de la o de las válvula(s) no mecánica(s) para regular el caudal de las partículas sólidas en la porción de canalización sustancialmente horizontal de la indicada válvula, en función del caudal de aireación, - alimentación de la zona de reacción sucesiva (i+1) o (i) del bucle por las partículas sólidas que salen de la o de las válvulas no mecánicas.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de combustion en bucle qmmico con control independiente de la circulacion de solidos AMBITO DE LA INVENCION

La invencion se refiere al ambito de la combustion en bucle qmmico. En lo que sigue del texto, se entiende por procedimiento de combustion en bucle qmmico CLC (Chemical Looping Combustion) un procedimiento de oxido- reduccion en bucle sobre masa activa. Conviene notar que, de forma general, los terminos oxidacion y reduccion son utilizados en relacion con el estado respectivamente oxidado o reducido de la masa activa. El reactor de oxidacion es aquel en el cual la masa oxido-reductora («masa activa» o «portador de oxfgeno»), es oxidada y el reactor de reduccion es el reactor en el cual la masa oxido-reductora se reduce. En la reduccion de la masa oxido- reductora el combustible puede ser bien sea totalmente oxidado, produciendo CO2 y H2O, o parcialmente oxidado, produciendo gas de smtesis CO y H2.

La oxidacion de las masas activas puede realizarse al aire, o en presencia de un gas que puede ceder oxfgeno en las condiciones del procedimiento, tal como por ejemplo el vapor de agua. En este caso, la oxidacion de las masas activas permite producir un efluente gaseoso rico en hidrogeno.

De preferencia, las masas activas son oxidos metalicos.

Mas particularmente, la invencion se refiere a un procedimiento mejorado de combustion en bucle qmmico de una carga hidrocarbonada con control independiente de la circulacion de las partfculas solidas entre las zonas de reaccion, por medio de una o varias valvulas no mecanicas de tipo valvula en L.

LISTA DE LAS FIGURAS

La figura 1 representa una vista en seccion de una valvula no mecanica llamada «valvula en L», como se ha descrito por Knowlton en Knowlton, T.M., “Standpipes and Nonmechanical Valves”. Handbook of Fluidization and Fluid- Particle Systems, Wen-Ching Yang, editor, paginas 571-597. Marcel Dekker, Inc. New York, 2003.

Las figuras 2 y 3 representan igualmente vistas en seccion de la misma valvula en L que incluyen una representacion esquematica de los flujos de solidos y de gas, con flujos de gas hacia la parte baja (A) y flujos de gas hacia la parte alta (B).

La figura 4 representa una vista esquematica de un procedimiento en lecho circulante que utiliza las valvulas en L (tecnica anterior).

La figuras 5 representa una vista esquematica de un procedimiento de combustion en caldera en lecho circulante (tecnica anterior).

La figura 6 representa una vista esquematica de un procedimiento de craqueo catalttico de tipo FCC (Fluid Catalytic Cracking), en el cual valvulas de corredera («slide valve») o de obturacion («plug valve») se utilizan para controlar la circulacion entre los diferentes recintos (tecnica anterior).

La figura 7 representa una vista esquematica de un procedimiento de combustion en bucle qmmico de tipo Chemical Looping (CLC) (tecnica anterior).

La figura 8 representa una vista esquematica del procedimiento de combustion en bucle qmmico con control de la circulacion de los solidos segun la invencion, en el cual el dispositivo comprende un conducto ascendente de transporte de las partfculas entre las zonas de reaccion («lift» conducto ascendente de transporte, variante 1).

La figura 9 representa una vista esquematica del procedimiento de combustion en bucle qmmico con control de la circulacion de los solidos segun la invencion, sin conducto ascendente de transporte de las partfculas entre las zonas de reaccion (variante 2).

La figura 10 representa una vista esquematica del procedimiento de combustion en bucle qmmico segun la invencion que utiliza una regulacion del gas inyectado en las valvulas en L (variante 3).

La figura 11 representa una vista esquematica de la maqueta descrita en el ejemplo.

La figura 12 es un grafico que representa la perdida de carga en una canalizacion ascendente de transporte de tipo «lift» en funcion del caudal de solido circulante.

La figura 13 es un grafico que representa la relacion entre el caudal de aireacion en cada valvula en L y el caudal de solido que circula en la instalacion.

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EXAMEN DE LA TECNICA ANTERIOR

Las valvulas no mecanicas permiten, gracias a la inyeccion de gas no arriba de un codo, hacer circular las partfculas en una canalizacion. Este tipo de equipamiento es bastante conocido y esta descrito en la literatura (Knowlton, T. M., “Standpipes and Nonmechanical Valves” Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems, Wen-Ching Yang, editor, paginas 571-597. Marcel Dekker, Inc. New York, 2003.).

Asf en la figura 1, se describe una valvula en L. La valvula en L esta constituida por una canalizacion vertical equipada en su base con un codo de 90°. Si la canalizacion vertical esta llena de partfculas, la inyeccion de un gas, posicionada no arriba de este codo cerca del cambio de direccion permite favorecer la circulacion de partfculas en la canalizacion. En funcion de las condiciones de presion impuestas en los lfmites del sistema, una parte del gas inyectado baja por el conducto, pasa por el codo y favorece el transporte de las partfculas (Figura 2 y 3, configuraciones A y B). Una parte del gas inyectado puede igualmente subir a contracorriente de la circulacion de partfculas (Figura 3, configuracion B). La proporcion de gas inyectado que sube se ajusta en funcion de las condiciones de presion en los terminales de la valvula.

Las valvulas en L permiten controlar la circulacion de solidos cuando la circulacion en la canalizacion vertical no arriba del punto de inyeccion de gas no esta fluidizada (es decir que la diferencia de velocidad entre la circulacion del gas y la circulacion de las partfculas permanece inferior a la velocidad minima de fluidizacion de las partfculas a las condiciones). Estas valvulas son particularmente apropiadas para la puesta en practica de partfculas del grupo B de la clasificacion de Geldart, que tienen una velocidad minima de fluidizacion lo suficientemente elevada para permitir una circulacion de partfculas elevada.

Knowlton (Knowlton, T. M., “Standpipes and Nonmechanical Valves”, Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems, Wen-Ching Yang, editor, paginas 571-597. Marcel Dekker, Inc. New York, 2003.) describe un sistema de lecho circulante que utiliza las valvulas en L (Figura 4). Un lecho fluidizado circulante (CFB), en el cual gas inyectado por la parte baja («Gas In») permite transportar las partfculas, arrastra el gas y las partfculas hasta un ciclon C. El gas exento de partfculas sale del ciclon por un conducto («Gas Out») y las partfculas separadas se reintroducen en el lecho circulante por una valvula en L («L-Valve»). Un sistema de este tipo permite desacoplar la circulacion interna de solidos en el interior del bucle de la circulacion del gas en el lecho circulante, variando la presion disponible para el transporte de las partfculas en el lecho circulante en funcion de la cantidad de gas de aireacion inyectada («aeration») en la valvula en L (que permite modificar la recuperacion de presion en la parte vertical de la valvula en L).

En los procedimientos industriales clasicos de combustion en lecho fluidizado circulante sin embargo, las tecnologfas utilizadas no permiten controlar independientemente la circulacion interna de solidos en el bucle. En la figura 5 (Nowak et al., IFSA 2008, Industrial Fluidization South Africa, paginas 25-33. Edited by T. Hadley and P. Smit Johannesburg: South Africa Institute of Mining and Metallurgy, 2008), una caldera de lecho circulante se encuentra representada, El aire de combustion se introduce en la base del lecho circulante y transporta las partfculas de carbon y de arena hasta un ciclon. Las partfculas son seguidamente recicladas en el lecho fluidizado circulante a traves de una pata de retorno. La pata de retorno esta dimensionada para favorecer el reciclo de solido pero no permite el control de la circulacion de solidos. La misma no esta equipada con valvulas en L. Algunas veces, sifones se encuentran posicionados sobre esta pata de retorno para evitar las subidas de gas en la pata de retorno. No obstante, en estos sistemas, la circulacion de solido en el interior del bucle depende completamente de la cantidad de aire de combustion introducida en el lecho circulante.

Existen otros medios de controlar la circulacion de los solidos. Cuando las condiciones lo permiten, se pueden utilizar valvulas mecanicas en solidos. Asf en el procedimiento de craqueo catalftico en lecho fluidizado (Fluid Catalytic Craking: FCC), procedimiento que opera a temperaturas inferiores a los 800-850oC, valvulas de corredera («slide valve») o de obturacion («plug valve») son utilizadas para controlar la circulacion entre los diferentes recintos (Figura 6, Gauthier, IFSA 2008, Industrial Fluidization South Africa, paginas 35-87. Edited by T Hadley and P.Smit Johannesburg: South Africa Institute of Mining and Metallurgy, 2008).

En la figura 6, los elementos siguientes que permiten la puesta en practica del procedimiento FCC estan representados:

R1: regenerador n° 1

R2: regenerador n° 2

PV1: valvula mecanica de obturacion (plug valve n° 1)

RSV1: valvula mecanica de corredera n° 1 (slide valve n° 1)

RSV2: valvula mecanica de corredera n° 1 (slide valve n° 2)

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L: conducto ascendente de transporte (lift)

FI: inyeccion de carga (feed injection)

Q= “quench” (enfriar)

RR: “reactor riser” (reactor de columna ascendente)

RS: “reactor striper” (reactor separador)

Estas valvulas operan en circulaciones fluidizadas y tienen la caractenstica de controlar la circulacion modificando la seccion de paso, siendo la perdida de carga de estas valvulas en general constante y dependiente unicamente de las condiciones de fluidizacion de las partfculas no arriba de la valvula. Estas valvulas estan particularmente adaptadas para la operacion sobre partfculas del grupo A de la clasificacion de Geldart. Desafortunadamente, el funcionamiento de estas valvulas sobre partfculas del grupo B es mas delicado. En efecto, es imposible mantener las partfculas del grupo B fluidizadas sin formar burbujas de gas de gran tamano que perturban las circulaciones. Ademas, las partes moviles de estas valvulas expuestas a la circulacion no pueden exponerse a temperaturas muy elevadas (>90o°C).

La combustion por bucle qmmico es una tecnica que permite realizar la combustion parcial o total de cargas hidrocarbonadas gaseosas, lfquidas o solidas, por contacto con una masa activa como por ejemplo un oxido metalico a temperatura elevada. El oxido metalico cede entonces una parte del oxfgeno que incluye, que participa en la combustion de los hidrocarburos. Por consiguiente ya no es necesario poner el hidrocarburo en contacto con el aire, como en los procedimientos clasicos. Por este motivo, los humos de combustion contienen mayoritariamente oxidos de carbono, agua y eventualmente hidrogeno, no diluidos por el nitrogeno del aire. Por consiguiente es posible asf producir humos exentos mayoritariamente de nitrogeno y conteniendo contenidos en CO2 elevados (>90% vol.) que permiten considerar la captacion, y luego el almacenado de CO2. El oxido metalico que ha participado en la combustion es seguidamente transportado hacia otro recinto de reaccion donde es puesto en contacto con el aire para ser oxidado. Si las partfculas que vuelven de la zona de combustion estan exentas de combustible, los gases procedentes de esta zona de reaccion estan mayoritariamente exentos de CO2 -que solo se encuentra entonces en estado de trazas, por ejemplo en concentraciones inferiores al 1-2% en volumen)- y consisten esencialmente en aire empobrecido en oxfgeno, como consecuencia de la oxidacion de las partfculas metalicas.

La realizacion de un procedimiento de combustion por bucle qmmico requiere cantidades de masas activas, por ejemplo de oxidos metalicos importantes en contacto con el combustible. Los oxidos metalicos estan generalmente contenidos bien sea en partfculas de mineral, o en partfculas resultantes de tratamientos industriales (residuos de la industria siderurgica o minera, catalizadores de la industria qmmica o del refinado usados). Se pueden igualmente utilizar materiales sinteticos, tales como por ejemplo soportes de alumina o de sflice alumina sobre los cuales se habran depositado metales que pueden ser oxidados (oxido de mquel por ejemplo). De un oxido metalico a otro, la cantidad de oxfgeno teoricamente disponible vana considerablemente y puede alcanzar valores elevados proximos al 30%. Segun los materiales sin embargo, la capacidad maxima de oxfgeno realmente disponible no excede en general mas del 20% del oxfgeno presente. La capacidad de estos materiales en ceder oxfgeno no excede por consiguiente en total mas de algunos porcentajes en peso de las partfculas y vana considerablemente de un oxido a otro, generalmente de un 0,1 a un 10%, y a menudo entre un 0,3 y un 1% en peso. La realizacion en lecho fluidizado es por este motivo particularmente ventajosa para realizar la combustion. En efecto, las partfculas de oxidos finamente divididas circulan mas facilmente por los recintos de reaccion de reduccion y de oxidacion, y entre estos recintos, si se confiere a las partfculas las propiedades de un fluido (fluidizacion).

La combustion por bucle qmmico permite producir energfa, en forma de vapor o de electricidad por ejemplo. El calor de combustion de la carga es similar al encontrado en la combustion clasica. Esta corresponde a la suma de los calores de reduccion y de oxidacion en el bucle qmmico. El reparto entre los calores de reduccion y de oxidacion depende fuertemente de las masas activas (particularmente oxidos metalicos) utilizados para realizar la combustion por bucle qmmico. En algunos casos. La exotermicidad esta repartida entre la oxidacion y la reduccion de la masa activa. En otros casos, la oxidacion es fuertemente exotermica y la reduccion es endotermica. En todos los casos, la suma de los calores de oxidacion y de reduccion es igual al calor de combustion del combustible. El calor es extrafdo mediante intercambiadores situados en el interior, en pared o en apendice de los recintos de combustion y/o de oxidacion, en los conductos de humos, o en los conductos de transferencia de oxidos metalicos.

El principio de combustion por bucle qmmico es ahora bastante conocido (Mohammad M. Hossain, Hugo I. de Lasa, Chemical-looping combustion (CLC) for inherent CO2 separations-a review, Chemical Engineering Science 63 (2008) 4433 - 4451; Lyngfelt A., Johansson M., and T. Mattisson, “Chemical Looping Combustion, status of development”, in CFB IX. J. Werther, W.Nowak, K.-E. Wirth and E.-U. Hartge (Eds.), Tutech Innovation, Hamburg (2008, Figura 7). En la figura 7 se han representado esquematicamente el reactor «aire» (1) en el cual son oxidados los oxidos metalicos, un ciclon (2) que permite separar las partfculas del gas, y el reactor «fuel» o reactor de combustion (3), sede de la reduccion de los oxidos metalicos. La puesta en practica del bucle qmmico en una

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instalacion en continuo es sin embargo aun objeto de numerosas investigaciones y desarrollos.

En una instalacion de combustion clasica en lecho circulante, la circulacion interna de solidos en el bucle de circulacion es dependiente del caudal de aire introducido en el lecho circulante.

En un procedimiento CLC de combustion por bucle qmmico, el control de la combustion es en cambio dependiente de la cantidad de partfculas solidas alimentadas en contacto con el combustible. La circulacion de partfculas de masa activa que circulan por el recinto de combustion condiciona la cantidad de oxfgeno disponible para la combustion y el estado final de oxidacion de la masa activa al inicio de la combustion. Una vez la combustion realizada, la masa activa (oxido metalico lo mas a menudo) debe ser oxidada de nuevo en contacto con el aire en un recinto distinto. La circulacion entre los dos recintos condicionara:

- el intercambio de oxfgeno entre el reactor de reduccion y el reactor de oxidacion;

- el intercambio de calor entre el reactor de combustion y el reactor de oxidacion;

- el paso de gas entre uno y otro de estos recintos que debe minimizarse.

Por consiguiente, es importante poder controlar la circulacion de solidos en el reactor de aire y en el reactor de combustion, independientemente de los caudales de gas que circulan y condicionan el transporte de las partfculas en el interior de cada uno de estos recintos (aire en el reactor de oxidacion, vapor, hidrocarburos o humos de combustion en el reactor de fuel).

Los diferentes procedimientos propuestos hasta ahora no permiten un control independiente de la circulacion de oxido. Asf Johannsonn et al. (2006) proponen un procedimiento de combustion en bucle qmmico en el cual la oxidacion del oxido metalico se realiza en un lecho circulante. Los oxidos se separan en un ciclon que alimenta por descarga el reactor de fuel en el cual se realiza la combustion. El oxido metalico es seguidamente reciclado en el reactor de oxidacion. Un sistema de este tipo no permite controlar la circulacion de oxidos metalicos independientemente del caudal de aire en el reactor de oxidacion. El caudal de oxido metalico que circula por el reactor de combustion no puede ser modificado mas que cambiando el caudal de aire en el reactor de aire.

Otro dispositivo se describe en la patente FR2850156. En este caso, los dos reactores de combustion y de oxidacion son lechos circulantes. Aim aun, la circulacion entre los dos reactores depende del caudal de gas introducido en cada uno de los recintos. En los dos casos, sifones estan posicionados en los conductos de transferencia que permiten el transporte de los oxidos metalicos. Estos sifones permiten asegurar la estanqueidad de las fases gaseosas entre los dos recintos, evitando que el gas procedente del reactor de oxidacion circule hacia el reactor de combustion a traves de los conductos de transferencia y viceversa. Estos sifones no permiten controlar y modificar la circulacion de oxidos metalicos.

Ademas, el procedimiento de combustion en bucle qmmico es realizado preferentemente a temperatura elevada (entre los 800 y los 1200°, tfpicamente entre los 900° y los 1000°). Por consiguiente no es posible controlar la circulacion de oxidos metalicos utilizando valvulas mecanicas clasicamente utilizadas en otros procedimientos como el FCC.

La patente US 3.969.089 describe un procedimiento de combustion en bucle qmmico en el cual las zonas de reaccion estan constituidas por dos lechos fluidizados. La regulacion de la circulacion de las partfculas solidas de masa activa entre los lechos fluidizados se realiza por medio de valvulas no mecanicas constituidas cada una por una porcion de canalizacion descendente, por una porcion de canalizacion horizontal y por un codo que conecta las dos porciones. La regulacion de los caudales de aireacion en las valvulas no mecanicas se realiza con la ayuda de captadores de temperaturas instalados en los lechos fluidizados.

El objeto de la invencion es por consiguiente proponer un nuevo procedimiento que permita un control de la circulacion de los solidos en el bucle qmmico independiente de los caudales de gas que circulan por los recintos de combustion (reduccion) y de oxidacion.

OBJETO DE LA INVENCION

Un objeto de la presente invencion es un procedimiento de combustion en bucle qmmico que permite realizar la combustion total o parcial de hidrocarburos gaseosos, lfquidos o solidos.

El procedimiento segun la invencion se realiza en una instalacion que comprende al menos dos zonas de reaccion fluidizadas, una que pone en contacto partfculas solidas de masa activa (de tipo oxidos metalicos por ejemplo) con el aire para oxidar las partfculas, la otra que pone en contacto los hidrocarburos con la masa activa para realizar las reacciones de combustion, siendo el oxfgeno de combustion aportado por la reduccion de las partfculas de masa activa.

En el procedimiento segun la invencion, la circulacion de los solidos (partfculas de masa activa que juegan el papel de portadores de oxfgeno) entre las diferentes zonas de reaccion esta controlada por valvulas no mecanicas de tipo

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valvulas en L, constituidas cada una por una canalizacion sustancialmente vertical y luego por una canalizacion sustancialmente horizontal, siendo un gas de control inyectado no arriba del codo.

La presente invencion se refiere igualmente a la utilizacion de dicho procedimiento de combustion en bucle qmmico con control de la circulacion de los solidos para la produccion de calor, para la produccion de gas de smtesis o para la produccion de hidrogeno.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Resumen de la invencion

La invencion se refiere a un procedimiento de combustion en bucle qmmico de al menos una carga hidrocarbonada en al menos una zona de reaccion de reduccion (i) y al menos una zona de reaccion de oxidacion (i+1) en lecho fluidizado distintas, en el cual se controla la circulacion de las partfculas solidas de masa activa entre cada una o una parte de las zonas de reaccion por medio de una o varias valvulas no mecanicas constituidas cada una por una porcion de canalizacion sustancialmente vertical, por una porcion de canalizacion sustancialmente horizontal, y por un codo que conecta las dos porciones, transportando las partfculas solidas entre dos zonas de reaccion sucesivas por:

- introduccion de las partfculas solidas procedentes de la zona de reaccion (i) o (i+1) por el extremo superior de la porcion de canalizacion sustancialmente vertical de la indicada valvula;

- inyeccion de un gas de control con un caudal de aireacion dado no arriba del codo de la indicada valvula;

- control de las condiciones de presion diferencial en los lfmites de la o de las valvula(s) no mecanica(s) para regular el caudal de las partfculas solidas en la porcion de canalizacion sustancialmente horizontal de la indicada valvula, en funcion del caudal de aireacion,

- alimentacion de la zona de reaccion sucesiva (i+1) o (i) del bucle por las partfculas solidas que salen de la o de las valvulas no mecanicas.

Cada zona de reaccion puede estar constituida por un conjunto de uno o varios reactores fluidizados dispuestos entre ellos.

Se pueden posicionar varias valvulas no mecanicas en paralelo entre dos zonas de reaccion sucesivas.

En un modo de realizacion del procedimiento segun la invencion:

- se introduce ademas entre (al menos) dos zonas de reaccion (i) e (i+1) sucesivas y no abajo de la o de las valvula(s) no mecanica(s) un gas de transporte en un conducto ascendente de transporte («lift»), siendo el indicado conducto alimentado por las partfculas solidas que salen de la o de las valvulas no mecanica(s),

- se realiza el transporte de las partfculas solidas de la zona (i) a la zona (i+1) mediante el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i) y (i+1), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en el conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas solidas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situados a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i+1) con partfculas solidas,

- se realiza el transporte de las partfculas solidas a la salida de la zona (i+1) hacia la zona (i) por el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i+1) e (i), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en el conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situados a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i) con partfculas solidas.

En otro modo de realizacion del procedimiento segun la invencion, una zona de reaccion (i+1) esta situada en la parte al menos por encima de la zona de reaccion precedente (i) y:

- se transportan las partfculas solidas de la zona (i+1) a la zona (i) por circulacion gravitacional por medio de la o de las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i+1) e (i);

- se realiza el transporte de las parttculas solidas de la zona (i) a la zona (i+1) por el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i) e (i+1), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en un conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas solidas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situados a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i+1) con partfculas solidas.

Es posible controlar la circulacion de los solidos por servocontrol del caudal de aireacion del gas de control de las valvulas no mecanicas con mediciones de nivel en los reactores fluidizados y/o de perdidas de carga en las canalizaciones de transporte, realizadas en las zonas de reaccion.

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Asf, el caudal de aireacion del gas de control (4) puede ser controlado por una valvula de regulacion (21) servocontrolada (23) con la medicion del nivel (25) en al menos un lecho fluidizado de la zona de reaccion de reduccion (1) y el caudal de aireacion del gas de control (11) puede ser controlado por una valvula de regulacion (22) servocontrolada (24) con la medicion de la perdida de carga (26) en el conducto ascendente de transporte de las partmulas hacia la 1a zona de reaccion (12).

Ventajosamente, se selecciona una longitud de la porcion horizontal de la o de las valvula(s) no mecanica(s) Lh comprendida entre 1 y 20 veces el diametro de la porcion de conducto horizontal Dh, preferentemente comprendida entre 3 y 7 veces Dh.

Ventajosamente, se selecciona el diametro de la porcion de conducto vertical Dv superior o igual al diametro de la porcion del conducto horizontal Dh de la o de las valvula(s) no mecanica(s).

De preferencia, se selecciona el diametro de la porcion de conducto vertical Dv y el diametro de la porcion de conducto horizontal Dh de la o de las valvula(s) no mecanica(s) sustancialmente identicas.

Ventajosamente, se posiciona el punto de inyeccion de gas de control no arriba del codo a una distancia x (diferencia entre la altura del punto de inyeccion en la parte vertical y el punto mas bajo de la valvula no mecanica) del orden de 1 a 5 veces el diametro de la porcion de conducto vertical Dv.

De preferencia, las partmulas solidas de masa activa pertenecen al grupo B de la clasificacion de Geldart.

De forma muy preferida, las partmulas solidas de masa activa son oxidos metalicos.

La invencion se refiere igualmente a la utilizacion del procedimiento segun la invencion para la produccion de hidrogeno, para la produccion de gas de smtesis, o para la produccion de calor.

Descripcion detallada de la invencion

La combustion en bucle qmmico permite producir calor, gas de smtesis, hidrogeno por circulacion de partmulas solidas que contienen masas activas que juegan el papel de portador de oxfgeno, tales como oxidos metalicos, entre varias zonas de reaccion en las cuales el oxido metalico es sucesivamente expuesto en contacto con un medio oxidante (por ejemplo aire) luego un medio reductor (por ejemplo un hidrocarburo gaseoso, lfquido, o solido).

Con el fin de facilitar la circulacion y el contacto, la invencion se refiere a un procedimiento en el cual las zonas de reaccion estan constituidas por reactores en lecho fluidizado.

Desde el punto de vista de la produccion de calor, las partmulas de masa activa (por ejemplo partmulas de oxido metalico) son ventajosamente puestas en contacto con el aire en un lecho fluidizado, en el cual los oxidos metalicos son oxidados, luego son transportados por conductos en un lecho fluidizado en el cual los oxidos metalicos son puestos en contacto con hidrocarburos, por ejemplo el metano, gas natural, un fuel pesado que contiene residuos de destilacion petrolera, carbon o coque de petroleo. El oxido es entonces reducido en contacto con hidrocarburos y este se quema al contacto con el oxfgeno proporcionado por las partmulas. Los humos de la zona de combustion contienen esencialmente los productos que resultan de la combustion parcial o total (CO, H2, CO2, H2O, SOx...) en ausencia de nitrogeno, pudiendo el lecho ser fluidizado por humos de combustion, vapor de agua por ejemplo. Por este motivo, los humos son a continuacion facilmente tratados para concentrar si es necesario el CO2 o el gas de smtesis producido (condensacion del agua, desulfuracion de los humos), lo cual hace la captacion del CO2 o la utilizacion del gas de smtesis facil e interesante. El calor de combustion puede ser recuperado por intercambio de calor en el interior de las zonas de reaccion para producir vapor o cualquier otra utilizacion.

Desde el punto de vista de la produccion de hidrogeno, resulta igualmente posible integrar otras zonas de reaccion en el procedimiento, en las cuales se exponen por ejemplo las partmulas que contienen los oxidos metalicos reducidos a un hidrocarburo o al vapor de agua.

Las condiciones en las cuales se realizan las reacciones de reduccion y de oxidacion por contacto con los oxidos metalicos son severas. Las reacciones se realizan generalmente entre los 800 y los 1200oC, tfpicamente entre los 900 y los 1000oC. Los procedimientos destinados para la produccion de energfa operan ventajosamente a una presion lo mas proxima posible a la presion atmosferica. Los procedimientos destinados para la produccion de gas de smtesis o de hidrogeno operan preferentemente a presiones mas elevadas, que permiten la realizacion no abajo de procedimientos que utilizan los productos de reaccion para minimizar el consumo energetico relacionado con la compresion de los gases producidos, tfpicamente comprendida entre 20 y 50 bares, por ejemplo 30 bares en el caso de la utilizacion del gas de smtesis como carga de un procedimiento de smtesis Fischer Tropsch.

Los tiempos de reaccion requeridos para realizar las reacciones de oxidacion y de reduccion dependen de la naturaleza de las cargas tratadas y de los oxidos metalicos utilizados y vanan de algunos segundos a una decena de minutos aproximadamente. Las reacciones de combustion de las cargas lfquidas y solidas necesitan en general

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tiempos de reaccion mas elevados, por ejemplo del orden de varios minutos.

Naturaleza de las particulas solidas de masa activa

La instalacion y el procedimiento segun la invencion pueden ser realizados con cualquier tipo de masa activa. De preferencia, las particulas de masa activa son particulas de oxidos metalicos.

La realizacion de un procedimiento de combustion en bucle qmmico requiere cantidades de masa activa importantes en contacto con el combustible.

De preferencia, estos solidos estan acondicionados en forma de polvo, con un diametro de Sauter comprendido entre 30 y 500 micrones, y masa volumica de grano comprendida entre 1400 y 8000 kg/m3, preferentemente entre 1400 y 5000 kg/m3.

En funcion de la granulometna de las particulas, las propiedades de circulacion de las particulas vanan (Geldart, 1973). Asf, las particulas del grupo A de la clasificacion de Geldart, mas finas, se caracterizan por velocidades de fluidizacion mas bajas, permitiendo las caractensticas de fluidizacion a baja velocidad considerar un transporte denso fluidizado. Las particulas del grupo B de la clasificacion de Geldart, mas gruesas, se caracterizan por velocidades de fluidizacion mas elevadas, permitiendo las caractensticas de fluidizacion considerar un transporte denso no fluidizado en canalizaciones entre dos recintos de reaccion.

En el caso en que la masa activa este constituida por oxidos metalicos, estos ultimos son generalmente bien sea contenidos en particulas de minerales (oxidos de Fe, Ti, Ni, Cu, Mg, Mn, Co, V, utilizados solos o en mezcla), o en particulas resultantes de tratamientos industriales (residuos de la industria siderurgica o minera, catalizadores de la industria qrnmica o de refinado usados). Se pueden igualmente utilizar materiales sinteticos, tales como por ejemplo soportes de alumina o de sflice alumina sobre los cuales se habran depositado metales que pueden ser oxidados (oxido de mquel por ejemplo).

De un oxido metalico a otro, la cantidad de oxfgeno teoricamente disponible vana considerablemente y puede alcanzar valores elevados proximos al 30%. Segun los materiales sin embargo, la capacidad maxima de oxfgeno realmente disponible no excede en general mas del 20% del oxfgeno presente. La capacidad de estos materiales en ceder oxfgeno no excede por consiguiente en total en mas de algunos porcentajes en peso de las particulas y vana considerablemente de un oxido a otro, generalmente de un 0,1 a un 15%, y a menudo entre un 0,3 a un 1% en peso. La puesta en practica en lecho fluidizado es por este motivo particularmente ventajosa para realizar la combustion. En efecto, las particulas de oxidos finamente divididas circulan mas facilmente en los recintos de reaccion de combustion y de oxidacion, y entre estos recintos, si se confiere a las particulas las propiedades de un fluido (fluidizacion).

Circulacion de los solidos entre las zonas de reaccion

El control de la circulacion de las particulas solidas que juegan el papel de masa activa (o portadores de oxfgeno) tales como particulas de oxidos metalicos por ejemplo, es esencial para el buen funcionamiento del procedimiento en bucle qmmico. En efecto, el transporte de las particulas entre los recintos condiciona el transporte de oxfgeno, reactivo esencial para el buen funcionamiento del procedimiento y los intercambios de calor entre las diferentes zonas, y por consiguiente el nivel de temperatura en el cual cada una de las zonas operara en funcion de la temperatura en las otras zonas. El transporte de las particulas debe igualmente ser estudiado como vector de intercambio de gas entre las diferentes zonas, pudiendo las particulas en circulacion en las zonas de transferencia arrastrar gases de una zona de reaccion a otra.

A los niveles de temperatura considerados, las valvulas mecanicas no pueden ser utilizadas para controlar la circulacion de solidos entre dos zonas de reaccion, salvo si se enfna la circulacion antes del contacto con la valvula, solucion energeticamente penalizante y tecnologicamente compleja. Por este motivo, el objeto de la invencion consiste en realizar un procedimiento que utilice las valvulas no mecanicas de tipo “L-Valve” o “valvula en L”, constituidas por un conducto sustancialmente vertical, un conducto sustancialmente horizontal, inyectandose un gas de control no arriba del codo constituido por las dos canalizaciones.

Las particulas procedentes de la primera zona de reaccion entran en la valvula en L por el extremo superior del conducto sustancialmente vertical, alimentando la valvula por los medios de toma (cono, canalizacion inclinada, pozo de toma...) bien conocidos por el experto en la materia.

Las mismas fluyen seguidamente por la parte vertical en circulacion granular, siendo la diferencia de velocidad real entre las particulas y el gas inferior a la velocidad minima de fluidizacion.

El gas de control inyectado en la valvula en L puede bien sea subir a contracorriente de las particulas descendentes por el conducto vertical, o fluir hacia abajo con las particulas y favorecer la circulacion de las particulas en la parte horizontal de la valvula.

El reparto entre el gas ascendente y el gas descendente depende de las condiciones de presion diferencial en los Ifmites de la valvula en L. Si la presion no arriba de la valvula aumenta con relacion a la presion no abajo de la valvula por ejemplo, entonces se podra normalmente observar que la proporcion de gas ascendente disminuira. El caudal de solido en la parte horizontal depende de la cantidad de gas descendente y que circula con las partfculas 5 en la parte horizontal.

Dimensionamiento de la valvula en L

Se apreciara por Dv el diametro del conducto de la parte vertical de la valvula en L y por Dh el diametro del conducto en la parte horizontal, por Lh la longitud de la canalizacion horizontal y por Lv la longitud de la canalizacion vertical, y por x la distancia entre la elevacion del punto de inyeccion del gas de control en la parte vertical y la parte mas baja 10 de la valvula L.

La altura Lv depende de la posicion relativa de los dos recintos de reaccion y de las ganancias o perdidas de presion a compensar para equilibrar el balance de presion del procedimiento. Esta altura resultara por consiguiente del dimensionamiento de la instalacion caso por caso por el experto en la materia.

De forma ventajosa, la longitud de la canalizacion horizontal debe limitarse para asegurar una circulacion estable de 15 partfculas. Esta longitud Lh estara preferentemente comprendida entre 1 y 20 Dh, preferentemente comprendida entre 3 y 7 Dh. El funcionamiento de la valvula en L sera favorecido si los diametros Dv y Dh son sustancialmente identicos. En todos los casos es preferible que el diametro de la parte horizontal Dh sea superior o igual a Dv.

Por ultimo, el posicionamiento del punto de inyeccion de gas de control no arriba del codo se posicionara cerca de este, preferentemente a una distancia X proxima del orden de 1 a 5 Dv, siendo los valores tfpicos proximos de X = 220 3 Dv.

Entre dos zonas de reaccion, es posible posicionar una o varias valvulas en L en paralelo.

Funcionamiento de la instalacion y del procedimiento segun la invencion

La figura 8 indicada mas abajo describe un primer modo de realizacion de la invencion. El procedimiento puesto en practica es un procedimiento de combustion que utiliza el principio del bucle qmmico.

25 Una primera zona de reaccion de reduccion (1) permite el contacto entre un hidrocarburo gaseoso, lfquido o solido (15) y las partfculas de masa activa (aqu oxido metalico) para realizar la combustion. La zona de reaccion puede ser un simple reactor de lecho fluidizado constituido por una caja de distribucion del gas en la seccion, del lecho fluidizado y medios de eliminacion del polvo de los efluentes gaseosos (16) constituidos en el caso presente por humos concentrados en CO2, o bien una combinacion de lechos fluidizados, o de lechos fluidizados circulantes con 30 reciclado interno o externo de partfculas.

En esta zona de reaccion, al menos una parte de la zona de contacto entre los hidrocarburos y el oxido metalico esta constituida por una fase fluidizada densa. Las partfculas de oxido metalico son tomadas de la primera zona de reaccion (1), alimentando esta toma un conducto vertical (3) que termina por un conducto horizontal (5) que constituye una valvula en L. Un gas de control (por ejemplo nitrogeno, vapor de agua o humos) se inyecta en esta 35 valvula en L por un conducto (4). La circulacion de solido por la valvula en L (3-5) depende de la cantidad de gas inyectado por el conducto (4). Las partfculas salen de la valvula en L y alimentan un conducto ascendente («lift») de transporte (6) alimentado por un gas de transporte (19). A la salida del conducto ascendente “lift” (6), medios de separacion (7), tales como ciclones, permiten separar el gas de transporte de las partfculas. Las indicadas partfculas son seguidamente transportadas por un conducto (8) hacia la segunda zona de reaccion (2) en la cual se realizan 40 las reacciones de oxidacion de las partfculas de oxido por contacto con el aire que alimenta la segunda zona de reaccion por un conducto (17). La zona de reaccion puede ser un simple reactor de lecho fluidizado constituido por una caja de distribucion del gas en la seccion, del lecho fluidizado y medios de eliminacion del polvo de los efluentes gaseosos (18) constituidos en el presente caso por aire empobrecido, o bien una combinacion de lechos fluidizados, o de lechos fluidizados circulantes con reciclado interno o externo de partfculas. En esta zona de reaccion al menos 45 una parte de la zona de contacto entre los hidrocarburos y el oxido metalico esta constituida por una fase fluidizada densa. Las partfculas de oxido metalico son tomadas de la segunda zona de reaccion (2), alimentando esta toma un conducto vertical (9) que acaba por un conducto horizontal (10) constituyendo una valvula en L. Un gas de control (por ejemplo nitrogeno, vapor de agua, o aire) se inyecta en esta valvula en L (11). La circulacion de solido en la valvula en L (9-10) depende de la cantidad de gas inyectado por el conducto (11). Las partfculas salen de la valvula 50 en L (9-10) y alimentan un conducto ascendente («lift») de transporte (12) alimentado por un gas de transporte (20). A la salida del conducto ascendente “lift” medios de separacion (13), tales como ciclones, permiten separar el gas de transporte de las partfculas que son transportadas por un conducto (14) hacia la primera zona de reaccion (1) en la cual se realizan las reacciones de combustion.

La figura 8 describe un procedimiento y una instalacion de dos zonas de reaccion, pero es posible considerar un 55 encadenamiento de tres o varias zonas de reaccion dispuestas secuencialmente como en la figura 8.

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55

En la realizacion del procedimiento segun la invencion, la transferencia de partfculas entre las zonas de reaccion solo depende de la cantidad de gas de control inyectada en las valvulas en L. As^ es posible modificar la circulacion de oxidos metalicos modificando el caudal de gas de control inyectado en las valvulas en L, siendo todos los demas fluidos (15, 17, 19, 20) mantenidos constantes.

En las valvulas en L, la circulacion de las partfculas en la parte vertical (3, 9) es una circulacion granular no fluidizada densa, fluyendo las partfculas con una velocidad relativa con relacion al gas que circula por estos conductos inferior a la velocidad minima de fluidizacion. La puesta en practica del procedimiento se realizara preferentemente con partfculas pertenecientes al grupo B de la clasificacion de Geldart. El gas inyectado en las valvulas en L (4, 11) representa generalmente una pequena proporcion (<1%) del gas necesario para asegurar el transporte (19, 20), siendo la velocidad minima de fluidizacion de estos materiales muy baja ante la velocidad de transporte de las partfculas.

El gas de transporte utilizado en los conductos ascendentes de transporte («lifts») (6, 12) puede por consiguiente estar constituido por vapor, humos reciclados, aire o gas inerte, y, en funcion de su eleccion, puede permitir crear una zona tampon que evite la mezcla de los gases arrastrados de una zona de reaccion a otra.

En la configuracion descrita en la figura 8, la valvula en L alimenta un conducto ascendente («lift») de transporte que permite el transporte de las partfculas. El conducto ascendente “lift” esta equipado a la salida de medios de separacion que permiten el desacoplamiento del gas de transporte. Por consiguiente, es posible introducir entre los dos recintos de reaccion (1) y (2) un gas para el transporte de las partfculas, no penetrando este gas ni en el recinto (1), ni en el recinto (2) gracias a los medios de separacion situados a la salida del conducto ascendente “lift” de transporte. Esta configuracion resulta particularmente ventajosa cuando se desea una estanqueidad de los gases entre los recintos de reaccion. En efecto, el gas que sirve para el control de la circulacion en la valvula en L y el gas de transporte en el conducto ascendente “lift” pueden estar compuestos por gases inertes (vapor de agua, nitrogeno, dioxido de carbono...) que formaran estanqueidad entre la zona de reaccion (1) en la cual se pueden encontrar hidrocarburos en fase gaseosa y la zona de reaccion (2) en la cual se encuentra el oxfgeno en fase gaseosa. Las cantidades de gas arrastradas de las zonas de reaccion (1) o (2) hacia las valvulas en L son nulas o muy pequenas. Las mismas dependen de las elevaciones de las presiones respectivas de los recintos y de los caudales de partfculas circulantes. Estas pequenas cantidades se diluiran por el gas de transporte del conducto ascendente “lift” (por ejemplo un gas inerte) y evacuadas de la unidad por las salidas de gas de los separadores (7, 13) situadas a la salida de los conductos ascendentes “lifts” de transporte. Por consiguiente, se aprecia que la configuracion constituida por la disposicion de valvulas en L y del conducto ascendente “lift” entre las zonas de reaccion permite no solamente controlar la circulacion, sino igualmente asegurar la estanqueidad gaseosa entre las zonas de reaccion.

La figura 9 representa otra disposicion posible, diferente simplemente de la configuracion presentada en la figura 8 por el hecho de que la zona de reaccion de oxidacion (2) esta situada en parte al menos por encima de la zona de reduccion-combustion (1). Entonces resulta posible transportar las partfculas de oxido de la zona (2) a la zona (1) sin utilizar conducto ascendente “lift” de transporte. Una simple valvula en L (9, 10, 11) permite entonces realizar la transferencia de partfculas de la zona (2) a la zona (1). La transferencia de la zona (1) a la zona (2) se realiza utilizando una valvula en L (3, 4, 5), un conducto ascendente de transporte (6) y medios de separacion (7) de los oxidos metalicos y del gas de transporte.

Es posible controlar la circulacion de solidos en el procedimiento entre los diferentes recintos gracias a una regulacion del gas inyectado en las valvulas en L. La figura 10 retoma el procedimiento descrito en la figura 8. Si una valvula regula la inyeccion de gas en la valvula en L, es posible realimentar la cantidad de gas inyectada en la valvula en L con mediciones de nivel en un lecho fluidizado en fase densa o con una medicion indirecta del caudal de circulacion tal como la perdida de carga en un conducto ascendente “lift” de transporte. Asf, en la figura 10, la inyeccion de gas (4) es controlada por una valvula de regulacion (21) servomandada (23) a la medicion del nivel (25) en un lecho fluidizado del recinto de reaccion (1) y la inyeccion de gas (11) esta controlada por una valvula de regulacion (22) servomandada (24) por la medicion de la perdida de carga (26) en el conducto ascendente “lift” (12). Otras formas de realimentacion son posibles.

Ejemplo:

Con el fin de ilustrar el funcionamiento de la invencion, se facilita a continuacion el ejemplo de un bucle de circulacion dimensionado segun las caractensticas principales de la invencion, y puesto en practica en las condiciones ambiente sin reaccion.

La maqueta (figura 11) esta constituida principalmente por dos lechos fluidizados identicos R1 y R2 de 10 cm de diametro, conectados entre sf por dos bucles denominados circulantes. Cada bucle esta formado por un conducto ascendente “lift” (conducto ascendente de transporte) de 20 mm de diametro y 2,5 m de longitud, alimentado por una valvula en L, llamada tambien pata en L, constituida por una seccion vertical y por una seccion horizontal de identico diametro (16 mm) en la cual un gas de aireacion es inyectado a una altura de 30 mm con relacion a la parte baja de la valvula en L. Las partfculas son tomadas del lecho fluidizado (R1 o R2) en la parte superior de la parte vertical (Vv1 o Vv2) de la valvula en L. Las mismas fluyen por la parte vertical y luego por la parte horizontal (Vh1 o Vh2) de

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la valvula en L. Las mismas son seguidamente transportadas en un conducto ascendente “lift” (L1 o L2) en el extremo del cual un ciclon (C1 o C2) separa el gas de transporte del conducto ascendente “lift” de las partfculas. Las partfculas se reinyectan en el lecho fluidizado (R2 o R1) a traves de una pata de retorno y un sifon (S1 o S2).

Las partfculas utilizadas en el transcurso de este ensayo son partfculas de arena de diametro medio 205 micrones y de masa volumica de grano igual a 2500 kg/m3. En los lechos fluidizados R1 y R2, las partfculas son fluidizadas a una velocidad superficial de 0,08 m/s. Esta velocidad de gas es superior a la velocidad minima de fluidizacion (Umf) que es del orden de 0,03 m/s. Las partfculas del solido descienden del primer reactor denominado “R1” por la pata vertical “Vvi” luego su circulacion por la pata horizontal Vhi esta asegurada por la inyeccion de un gas de control (caudal de aireacion) introducido no arriba del cambio de direccion de la circulacion en la valvula en L. Es regulando el caudal de aireacion como se controla el caudal de solido. En el conducto ascendente “lift”, se mantiene un caudal de gas de transporte constante. Este gas de transporte se introduce por la parte baja del conducto ascendente “lift” y se diferencia del gas de aireacion introducido en la valvula en L.

Con el fin de asegurar un transporte de las partfculas satisfactorio, la velocidad del gas UL1 o UL2 en los conductos ascendentes “lifts” Li o L2 se mantiene constante e igual a 6 m/s. Rfo abajo del conducto ascendente “lift”, la suspension circula por un conducto de transporte horizontal “T1 o T2” alimentando un ciclon “C1 o C2” que permite la separacion entre las partfculas y el gas. El gas deja el ciclon por la salida superior del ciclon y el solido es enviado hacia un sifon “Si o S2” y seguidamente reenviado hacia el segundo reactor (R2 o R1).

La cantidad de gas de control (gas de aireacion) inyectada en la valvula en L esta relacionada con la seccion de paso en la parte vertical de la valvula en L (diametro = 16 mm). Resulta asf posible calcular la velocidad superficial de filtracion de la aireacion en esta seccion. Luego, la aireacion en la valvula en L 1 se expresara por su velocidad superficial de filtracion Uv1 y la aireacion en la valvula en L 2 se expresara por su velocidad superficial de filtracion Uv2.

Las cantidades de gas enviadas por las valvulas en L, que corresponden a las velocidades Uv1 y Uv2 permiten respectivamente controlar el caudal de solido enviado hacia el reactor R2 por medio del conducto ascendente “lift” L1 (figura 12) y hacia el reactor R1 por medio del conducto ascendente “lift” R2.

En el bucle, es posible estimar los caudales de solido gracias a funcionamientos no estacionarios en el transcurso de los cuales las variaciones de nivel en funcion del tiempo en los recintos permiten medir los caudales de solidos instantaneos. Estos caudales de solidos son seguidamente correlacionados con las perdidas de carga en los conductos ascendentes “lifts” de transporte. En efecto, es conocido que para un caudal volumico de gas fijo, la perdida de carga en un conducto ascendente “lift” aumenta cuando el caudal de solido aumenta. En este ejemplo el aumento de esta perdida de carga es sustancialmente lineal en funcion del caudal de solido, como lo muestra la figura 12, presentando los dos conductos ascendentes “lifts” perdidas de carga similares (su geometria y la velocidad de transporte impuesta son identicas).

Una vez realizadas estas calibraciones previas, un funcionamiento continuo en la instalacion es establecido imponiendo un caudal de aireacion del gas de control identico en cada una de las dos valvulas en L. Cuando el caudal del gas de control inyectado corresponde a una velocidad de gas en cada una de las valvulas en L (Uv1 y Uv2) igual a 0,15 m/s, se observa un funcionamiento estable, permaneciendo los niveles en cada uno de los recintos constantes en el transcurso del tiempo. La perdida de carga medida en estas condiciones en cada uno de los conductos ascendentes “lifts” es de aproximadamente 5 mbares, lo cual corresponde a un caudal de solido en cada uno de los conductos ascendentes “lifts” de aproximadamente 60 kg/hora (Fig. 12).

El caudal de aireacion en cada una de las valvulas en L es entonces aumentado para alcanzar una velocidad superficial (Uv1 y Uv2) de 0,175 m/s. La circulacion de solido pasa entonces a aproximadamente 80 kg/h (perdida de carga marcada en los conductos ascendentes “lifts” igual a 6 mb). Reduciendo seguidamente el caudal de aireacion en las valvulas en L a 0,13 m/s, la circulacion de solido disminuye en los alrededores de 48 kg/h (perdida de carga marcada en los conductos ascendentes “lifts” igual a 4 mb). Se desprende de este ejemplo que la circulacion de solidos en la instalacion solo depende de la aireacion impuesta por el gas de control en las valvulas en L. La figura 13 muestra la relacion entre el caudal de aireacion en cada valvula en L y el caudal de solido que circula por la instalacion.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento de combustion en bucle qmmico de al menos una carga hidrocarbonada en al menos una zona de reaccion de reduccion (i) y al menos una zona de reaccion de oxidacion (i+1) en lecho fluidizado distintas, en el cual se controla la circulacion de las partfculas solidas de masa activa entre cada una o una parte de las zonas de reaccion por medio de una o varias valvulas no mecanicas constituidas cada una por una porcion de canalizacion sustancialmente vertical, por una porcion de canalizacion sustancialmente horizontal, y por un codo que conecta las dos porciones, transportando las partfculas solidas entre dos zonas de reaccion sucesivas por:

   - introduccion de las partfculas solidas procedentes de la zona de reaccion (i) o (i+1) por el extremo superior de la porcion de canalizacion sustancialmente vertical de la indicada valvula;

   - inyeccion de un gas de control con un caudal de aireacion dado no arriba del codo de la indicada valvula;

   - control de las condiciones de presion diferencia en los terminales de la o de las valvula(s) no mecanica(s) para regular el caudal de las partfculas solidas en la porcion de canalizacion sustancialmente horizontal de la indicada valvula, en funcion del caudal de aireacion,

   - alimentacion de la zona de reaccion sucesiva (i+1) o (i) del bucle por las partfculas solidas que salen de la o de las valvulas no mecanicas.
2. 2. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun la reivindicacion 1 en el cual cada zona de reaccion esta constituida por un conjunto de uno o varios reactores fluidizados dispuestos entre ellos.
3. 3. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual se posicionan varias valvulas no mecanicas en paralelo entre dos zonas de reaccion sucesivas.
4. 4. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual:

   - se introduce ademas entre (al menos) dos zonas de reaccion (i) e (i+1) sucesivas y no abajo de la o de las valvula(s) no mecanica(s) un gas de transporte en un conducto ascendente de transporte, siendo el indicado conducto alimentado por las partfculas solidas que salen de la o de las valvulas no mecanica(s),

   - se realiza el transporte de las partfculas solidas de la zona (i) a la zona (i+1) mediante el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i) e (i+1), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en el conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas solidas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situados a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i+1) con partfculas solidas,

   - se realiza el transporte de las partfculas solidas a la salida de la zona (i+1) hacia la zona (i) por el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i+1) e (i), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en el conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situados a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i) con partfculas solidas.
5. 5. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual una zona de reaccion (i+1) esta situada en parte al menos por encima de la zona de reaccion precedente (i) y:

   - se transportan las partfculas solidas de la zona (i+1) a la zona (i) por circulacion gravitacional por medio de la o de las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i+1) e (i);

   - se realiza el transporte de las partfculas solidas de la zona (i) a la zona (i+1) por el paso de las partfculas fluidizadas por la o las valvula(s) no mecanica(s) situada(s) entre las zonas (i) e (i+1), luego por transporte de las partfculas solidas por medio de al menos un gas de transporte inyectado en un conducto ascendente de transporte, y se separan las partfculas solidas del gas de transporte gracias a medios de separacion de gas-solido situadas a la salida del conducto ascendente para alimentar la zona (i+1) con partfculas solidas.
6. 6. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual se controla la circulacion de los solidos por servomando del caudal de aireacion del gas de control de las valvulas no mecanicas por mediciones de nivel en los reactores fluidizados y/o perdidas de carga en las canalizaciones de transporte, realizadas en las zonas de reaccion.
7. 7. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun la reivindicacion 6, en el cual el caudal de aireacion del gas de control (4) es controlado por una valvula de regulacion (21) servomandada (23) por la medicion del nivel (25) en al menos un lecho fluidizado de la zona de reaccion de reduccion (1) y el caudal de aireacion del gas de control (11) es controlado por una valvula de regulacion (22) servomandada (24) por la medicion de la perdida de carga (26) en el conducto ascendente de transporte de las partfculas hacia la otra zona de reaccion (12).
8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el cual se selecciona una longitud de la porcion horizontal de la o de las valvula(s) no mecanica(s) Lh comprendida entre 1 y 20 veces el diametro de la porcion de

   conducto horizontal Dh, preferentemente comprendida entre 3 y 7 veces Dh.
9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual se selecciona el diametro de la porcion de conducto vertical Dv superior o igual al diametro de la porcion del conducto horizontal Dh de la o de las valvula(s) no mecanica(s).

   5 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, en el cual se selecciona el diametro de la porcion de conducto vertical

   Dv y el diametro de la porcion de conducto horizontal Dh de la o de las valvula(s) no mecanica(s) sustancialmente identicos.
10. 11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el cual se posiciona el punto de inyeccion de gas de control no arriba del codo a una distancia x (diferencia entre la altura del punto de inyeccion en la parte vertical y

    10 el punto mas bajo de la valvula no mecanica) del orden de 1 a 5 veces el diametro de la porcion de conducto vertical Dv.
11. 12. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones anteriores en el cual las partfculas solidas de masa activa pertenecen al grupo B de la clasificacion de Geldart.
12. 13. Procedimiento de combustion en bucle qmmico segun una de las reivindicaciones anteriores en el cual las 15 partfculas solidas de masa activa son oxidos metalicos.
13. 14. Utilizacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores para la produccion de hidrogeno.
14. 15. Utilizacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 13 para la produccion de gas de smtesis.
15. 16. Utilizacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 13, para la produccion de calor.