ES2645737T3

ES2645737T3 - Un procedimiento y un aparato de reacción para la gasificación de biomasa húmeda

Info

Publication number: ES2645737T3
Application number: ES12753930.2T
Authority: ES
Inventors: John HARINCK; Klaas Gerrit SMIT
Original assignee: GENSOS HOLDING BV
Current assignee: GENSOS HOLDING BV
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: EP2748286A1; WO2013030026A1; DK2748286T3; NL1039007C2; IN2014DN00122A; US9657243B2; EP2748286B1; US20170218286A1; US10144888B2; US20140202080A1; CN103748195B; CN103748195A; ZA201400018B

Abstract

Un procedimiento para la gasificación de biomasa húmeda, que comprende - el calentamiento de biomasa 5 húmeda a una presión Pp en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura máxima de T1 a una temperatura de al menos T2, mediante intercambio térmico con un primer fluido calefactor, un calentamiento, en el que se obtiene un producto de gasificación fluido, - el calentamiento adicional del producto de gasificación fluido, en el que se usa energía de una fuente de energía externa, y - el uso del producto de gasificación fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor, en el que el producto de gasificación fluido calentado adicionalmente se enfría a una presión Ps en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura máxima de T4, en el que T1, T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las fórmulas matemáticas T1 >= 3,2 x Pp + 301,6, T2 >= 3,8 x Pp + 292,4, T3 >= 3,8 x Ps + +292,4, y T4 >= 3,2 x Ps + 301,6, en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa.

Description

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DESCRIPCION

Un procedimiento y un aparato de reaccion para la gasificacion de biomasa humeda.

[0001] La presente invencion se refiere a un procedimiento para la gasificacion de biomasa humeda. La presente invencion tambien se refiere a un aparato de reaccion para la gasificacion de biomasa humeda.

[0002] La biomasa humeda, como, por ejemplo, los residuos de instalaciones de fermentacion y el estiercol animal, esta disponible en grandes cantidades y debe eliminarse. Comprende materiales organicos que se pueden convertir en una reaccion de gasificacion a alta temperatura en un metano o en un gas rico en hidrogeno. El metano y el hidrogeno son combustibles valiosos. De esta manera, la biomasa humeda puede ser, en principio, una fuente de energfa sostenible y respetuosa con el medio ambiente, que no contribuye a la acumulacion de gases de efecto invernadero en la atmosfera.

[0003] Ademas de los materiales organicos, la biomasa humeda comprende minerales y otros materiales inorganicos, como arena y agua. El agua puede estar presente en una cantidad sustancial. El agua supercrftica es un buen disolvente para muchos materiales organicos y un disolvente pobre para minerales y otros materiales inorganicos. Por lo tanto, se ha sugerido realizar la gasificacion de biomasa humeda en condiciones en las que el agua esta presente en la mezcla de reaccion como agua supercrftica. Estas condiciones comprenden una temperatura que esta por encima de la temperatura crftica del agua, que es de 373,946 °C, y una presion que esta por encima de la presion crftica de agua, que es de 22,064 MPa (220,64 bar).

[0004] En la publicacion de E Dinjus y A Kruse, «Hot compressed water - a suitable and sustainable solvent and reaction medium» (J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004), p. 1161-1169), los autores describen bajo el tftulo «Gasificacion en agua supercrftica» un procedimiento para la gasificacion de biomasa humeda, que comprende el calentamiento de biomasa humeda en el reactor de gasificacion mediante intercambio termico con un gas de combustion como fluido calefactor.

[0005] En el documento JP 2007/269945 se describe un procedimiento y un aparato para la gasificacion de biomasa, en el que se usa agua supercrftica en un reactor de lecho fluidizado. Antes de introducirla en el reactor de lecho fluidizado, se somete la biomasa a un precalentamiento en un intercambiador de calor usando el calor de las excreciones expulsadas del reactor de lecho fluidizado. Se usa un quemador para calentar el reactor de lecho fluidizado usando una parte del gas de produccion, pero se pueden usar otros dispositivos para ese fin.

[0006] Un funcionamiento eficiente desde el punto de vista energetico es una caracterfstica importante de un procedimiento de gasificacion a alta temperatura. Es deseable mejorar la eficiencia energetica de la gasificacion en presencia de agua supercrftica.

[0007] Se ha descubierto que se puede mejorar la eficiencia energetica de la gasificacion en presencia de agua supercrftica mediante un calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido que fue retirado de la gasificacion y un calentamiento de biomasa humeda por intercambio termico con el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente. El producto de gasificacion fluido puede calentarse adicionalmente usando energfa de una fuente de energfa externa.

[0008] La presente invencion se refiere a un procedimiento para la gasificacion de biomasa humeda, que comprende

- el calentamiento de biomasa humeda a una presion Pp en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura maxima de T1 a una temperatura de al menos T2, mediante intercambio termico con un primer fluido calefactor, un calentamiento, en el que se obtiene un producto de gasificacion fluido,

- el calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido, en el que se usa energfa de una fuente de energfa externa, y

- el uso del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor, en el que el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente se enfrfa a una presion Ps en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluto), a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura maxima de T4,

en el que T1, T2, T3 y T4 son temperaturas in °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 3,2 x Pp +301,6,

T2 = 3,8 x Pp + 292,4,

T3 = 3,8 x Ps + 292,4,

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T 4 = 3,2 x Ps + +301,6,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa.

[0009] En un modo de realizacion preferente, un calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido comprende un intercambio termico con un segundo fluido calefactor.

[0010] La presente invencion tambien se refiere a un aparato de reaccion para la gasificacion de biomasa humeda, que comprende

- un reactor que comprende un tubo de reaccion y un primer dispositivo de calentamiento, en el que

- el tubo de reaccion esta configurado para estar conectado de manera fluida a una fuente de biomasa humeda con una presion Pp en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), y

- el primer dispositivo de calentamiento esta configurado para calentar el tubo de reaccion y la biomasa humeda, cuando esta presente en el tubo de reaccion, mediante intercambio termico con un primer fluido calefactor para calentar la biomasa humeda a partir de una temperatura maxima de T1 a una temperatura de al menos T2, y

- un segundo dispositivo de calentamiento; el segundo dispositivo de calentamiento esta conectado de manera fluida al tubo de reaccion y al primer dispositivo de calentamiento y el segundo dispositivo de calentamiento esta configurado para recibir el producto de gasificacion fluido para calentar el producto de gasificacion fluido adicionalmente mediante el uso de energfa de una fuente de energfa e introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente a una presion Ps en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta) en el primer dispositivo de calentamiento para su uso como primer fluido calefactor; en ese uso, el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente se enfrfa a partir de una temperatura de al menos T3 a una temperatura maxima de T4,

en el que T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 3,2 x Pp + 301,6,

T2 = 3,8 x Pp + 292,4,

T3 = 3,8 x Ps + 292,4,

y

T4 = 3,2 x Ps + 301,6,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa.

[0011] El segundo dispositivo de calentamiento tambien puede denominarse con el termino «calentador». En un modo de realizacion preferente, el segundo dispositivo de calentamiento es un intercambiador de calor, un intercambiador de calor que esta conectado de manera fluida al tubo de reaccion, al primer dispositivo de calentamiento y a una fuente de un segundo fluido calefactor, y ese intercambiador de calor esta configurado para recibir el producto de gasificacion fluido del tubo de reaccion para calentar el producto de gasificacion fluido adicionalmente mediante intercambio termico con el segundo fluido calefactor y para introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente en el primer dispositivo de calentamiento para su uso como primer fluido calefactor.

[0012] Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, la energfa puede suministrarse desde una fuente de energfa, por ejemplo, energfa electrica de una central electrica o calor de un procedimiento de combustion, al procedimiento de gasificacion mediante calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido y mediante el uso del producto de la gasificacion calentado adicionalmente como fuente de calor para el calentamiento de biomasa humeda por encima de la temperatura a la que el agua subcrftica se convierte en agua supercrftica. El calor suministrado por la fuente de energfa puede representar al menos una parte del requerimiento de calor neto del procedimiento de gasificacion. La invencion proporciona una mejora inesperada en la eficiencia energetica en relacion con el procedimiento conocido, en el que se suministra energfa desde la fuente de energfa directamente a la biomasa humeda hasta que la biomasa humeda se caliente por encima de la temperatura a la que el agua subcrftica se convierte en agua supercrftica. Sin querer limitarse a la teorfa, la mejora implica una integracion de calor mejorada, que se puede explicar de la siguiente manera. A presiones iguales o superiores a la presion crftica, la capacidad calorffica del agua es sustancialmente mayor en o en torno a la temperatura crftica que a temperaturas alejadas de la temperatura crftica. Por lo tanto, el calentamiento de biomasa humeda en un intervalo de temperatura en torno a la temperatura crftica del agua requiere sustancialmente mas calor que el calentamiento en un intervalo de temperatura de una amplitud similar

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mas alejada de la temperature crftica. Lo contrario tambien es cierto: el enfriamiento en un intervalo de temperatura en torno a la temperatura crftica del agua libera mas calor que el enfriamiento en un intervalo de temperatura de una amplitud similar, mas alejada de la temperatura crftica. Al aplicar la integracion de calor de acuerdo con la invencion, se usa la cantidad relativamente grande de calor liberada en torno a la temperatura crftica al enfriar el producto de gasificacion que comprende el uso de agua supercrftica para satisfacer el requerimiento de calor relativamente importante en torno a la temperatura crftica al calentar biomasa humeda. Sin la invencion, el calor suministrado desde la fuente de energfa puede ser sustancialmente mas que el requerimiento de calor neto del procedimiento de gasificacion, porque se puede acumular una cantidad de calor relativamente grande en el producto de gasificacion que comprende agua supercrftica; esa cantidad relativamente grande de calor puede ser diffcil de utilizar de manera eficiente en el procedimiento de gasificacion.

[0013] A la presion crftica del agua, la temperatura a la que la capacidad calorffica del agua es maxima es aproximadamente igual a la temperatura crftica del agua. Se ha descubierto que la temperatura a la que la capacidad calorffica esta al maximo depende en cierto modo de la presion predominante, en el sentido de que el maximo tiende a desplazarse hacia una temperatura mas elevada, cuando la presion es mayor. Ademas, el pico en la capacidad calorffica frente a la curva de temperatura se vuelve mas ancho, cuando la presion es mas alta. La temperatura a la que la capacidad calorffica es maxima sigue estrechamente una relacion lineal con la presion en el intervalo de presion relevante. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, las temperaturas T1, T2, T3 y T4 se seleccionan en funcion de las presiones predominantes Pp y Ps, de acuerdo con las formulas matematicas como se especifica en el presente documento.

La Fig. 1 proporciona un esquema de un modo de realizacion de un aparato de reaccion y un procedimiento

para la gasificacion de biomasa humeda de acuerdo con la presente invencion.

La Fig. 2 proporciona un esquema de una parte de un sistema de alimentacion para el uso en un modo de

realizacion del procedimiento de gasificacion de acuerdo con la invencion.

La Fig. 3 proporciona un esquema de un reactor que es apto para el uso en un modo de realizacion del

procedimiento de gasificacion de acuerdo con la presente invencion.

La Fig. 4 muestra los perfiles de temperatura de un tubo de reaccion y un fluido calefactor a lo largo del tubo

de reaccion con retromezcla y sustancialmente sin retromezcla en el tubo de reaccion.

[0014] En todas las figuras, los mismos objetos tendran los mismos numeros de referencia.

[0015] Tal como se usa en el presente documento de patente, el agua supercrftica es agua por encima de su temperatura crftica y por encima de su presion crftica, y el agua subcrftica es agua por debajo de su temperatura crftica y por encima de su presion crftica. Es de conocimiento general que el agua tiene su temperatura crftica a 373,946 °C y su presion crftica a 220,64 bar (22,064 MPa), vease W. Wagner y A. Pruss, "The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use," J. Phys. Chem. Ref. Data, 31(2):387-535, 2002. Como se especifica en el presente documento, la presion es la presion absoluta. El termino «producto de gasificacion fluido» se usa en el presente documento para diferenciar los productos fluidos (incluidos gaseosos y lfquidos) de la reaccion de gasificacion de productos solidos, como alquitran en sales solidificadas.

[0016] La biomasa humeda para su uso en el procedimiento de gasificacion puede ser de diversos orfgenes. La biomasa humeda puede consistir, por ejemplo, en residuos de una instalacion de fermentacion, lodos residuales, lodos de dragado, algas o estiercol animal. Se pueden emplear mezclas de biomasas humedas de diferentes orfgenes. La biomasa humeda puede o no recibir un tratamiento previo antes de ser introducida en el procedimiento de gasificacion. El tratamiento previo puede implicar trituracion o corte, por ejemplo, la reduccion de tamano o longitud de los materiales fibrosos en la biomasa humeda, como hierba, paja o tallos pequenos. Se puede agregar agua a la biomasa humeda o se puede eliminar el agua de la biomasa humeda, por ejemplo, para lograr una viscosidad o densidad deseada. El agua se puede eliminar por centrifugacion o por sedimentacion gravitacional. Se pueden agregar materiales a la biomasa. Por ejemplo, se pueden agregar partfculas solidas a la biomasa humeda, complementando las partfculas solidas del lecho de partfculas solidas presentes en el reactor.

[0017] La biomasa humeda, tal como se introduce al proceso de gasificacion, comprende agua, por ejemplo, en una cantidad de al menos un 40 % del peso, tfpicamente de al menos un 50 % del peso, mas tfpicamente de al menos un 70 % del peso, con relacion al peso total de la biomasa humeda. En la practica habitual de la presente invencion, el contenido de agua es como maximo un 95 % del peso, sobre la misma base. El contenido de material organico es tfpicamente de al menos un 1 % del peso, mas tfpicamente al menos un 5 % del peso, y tfpicamente como maximo un 60 % del peso, mas tfpicamente como maximo un 50% del peso, sobre la misma base. El contenido de materiales inorganicos distintos del agua es tfpicamente de al menos un 1 % del peso, mas tfpicamente al menos un 3 % del peso, y tfpicamente como maximo un 80 % del peso, mas tfpicamente como maximo un 60% del peso, sobre la misma base. Los contenidos de materiales organicos e inorganicos se determinan por analisis termogravimetrico (TGA) de acuerdo con la norma ASTM E1131-08.

[0018] El procedimiento de gasificacion se realiza a alta presion. La biomasa humeda se puede presurizar e introducir a la reaccion de gasificacion mediante el uso de un sistema de bombeo. Los sistemas de bombeo elegibles pueden comprender una bomba de alta presion convencional, por ejemplo, una bomba de piston o una bomba de

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membrana. Sin embargo, tales sistemas de bombeo convencionales pueden ser costosos, ya que deben ser robustos y resistentes a la accion de material fibroso, arena y otras partfculas solidas, que pueden estar presentes en la biomasa humeda y causar abrasion y/o atascamiento.

[0019] Se ha encontrado ventajoso emplear una bomba de alimentacion para bombear biomasa humeda a baja presion a un cilindro. El cilindro comprende un piston que se puede desplazar en el sentido axial del cilindro. El piston, junto con las paredes del cilindro, forman dos camaras en el interior del cilindro, y esas camaras estan separadas entre si por el piston. Cuando se introduce la biomasa humeda a baja presion en la primera camara del cilindro y la primera camara recibe biomasa humeda, el piston puede desplazarse en el sentido axial del cilindro, alejandose del punto de introduccion de la biomasa humeda, de modo que aumenta el volumen de la biomasa humeda de la primera camara. Como se usa en este documento, el termino «baja presion» puede significar una presion inferior a 5 MPa. Una baja presion adecuada puede estar en el intervalo de 0,15 MPa a 5 MPa, mas adecuada en el intervalo de 0,2 MPa a 4 MPa, en particular, en el intervalo de 0,3 MPa a 3 MPa. Cuando posteriormente se ejerce una fuerza suficientemente alta sobre el piston, que hace que el piston se desplace en la direccion opuesta, el volumen de la primera camara disminuye y la biomasa humeda se descarga del el primer cilindro a alta presion. Se puede emplear biomasa humeda descargada a alta presion como alimentacion en el procedimiento de gasificacion de la presente invencion. Como se usa en el presente documento, el termino «alta presion» puede significar una presion de al menos 5 MPa, mas tfpicamente de al menos 10 MPa, en particular, de al menos 15 MPa, mas en particular de al menos 20 MPa. El experto en la materia apreciara que la fuerza ejercida sobre el piston sera suficientemente alta para adaptar la presion a la que se introduce la biomasa humeda al reactor, como se especifica a continuacion en el presente documento.

[0020] La biomasa se puede introducir en la primera camara mediante el uso de una bomba que funciona a baja presion y que puede estar conectada de manera fluida a la primera camara. Las bombas adecuadas pueden ser, por ejemplo, una bomba sinffn o una bomba de lobulo. La bomba de alimentacion puede estar provista de una trituradora o cortadora en el lado de entrada o en el lado de salida para reducir el tamano del material fibroso que puede estar presente en la biomasa humeda.

[0021] La fuerza que puede ejercerse sobre el piston puede ser una fuerza mecanica, usando un tornillo o una varilla de piston. La fuerza es preferentemente una fuerza hidraulica ejercida sobre el piston mediante el uso de un fluido hidraulico. El fluido hidraulico puede ser un aceite hidraulico, pero se prefiere elegir un lfquido acuoso como fluido hidraulico. El lfquido acuoso puede ser agua superficial filtrada, por ejemplo, obtenida de un rfo, un canal o un lago, o puede ser agua del grifo, agua potable, agua desalada o agua destilada. Preferentemente, el lfquido acuoso es agua filtrada.

[0022] El fluido hidraulico se puede introducir a la segunda camara a alta presion mediante el uso de una bomba hidraulica que puede estar conectada de manera fluida a la segunda camara. Por ejemplo, la bomba puede ser una bomba de desplazamiento positivo, como una bomba de piston, que suele denominarse tambien bomba de embolo o bomba de membrana. Cuando se introduce la biomasa humeda en la primera camara, y el piston se desplaza en el sentido axial del cilindro, de manera que el volumen de la primera camara aumenta, el volumen de la segunda camara disminuye, con la descarga simultanea del fluido hidraulico de la segunda camara, por ejemplo, a un deposito que tambien se puede usar para mantener un suministro de fluido hidraulico como alimentacion para la bomba hidraulica. El experto en la materia apreciara que la presion a la que se puede introducir el fluido hidraulico en la segunda camara es igual o superior a la alta presion, tfpicamente como maximo 2 MPa, en particular, como maximo 1 MPa, mas en particular, como maximo 0,5 MPa mas elevada que la alta presion. La presion a la que se puede introducir el fluido hidraulico en la segunda camara puede ser tfpicamente al menos 0,001 MPa, en particular, al menos 0,01 MPa mas elevada que la alta presion.

[0023] En una disposicion paralela, se puede emplear una pluralidad de los cilindros que comprenden el piston, por ejemplo, dos, tres o cuatro cilindros con piston. Al emplear una disposicion de este tipo, se puede lograr una velocidad de alimentacion total mas alta y/o una alimentacion ininterrumpida o continua. El experto apreciara que el sistema de alimentacion tal y como se describe puede emplear valvulas que aseguran que en cualquier momento las diversas corrientes de biomasa humeda y fluido hidraulico, si estan presentes, provienen de la fuente apropiada y encuentran el destino apropiado. Esto se expondra con mas detalle en el analisis de las Figs. 1 y 2 a continuacion en el presente documento.

[0024] Como se expuso anteriormente, se realiza la gasificacion de biomasa humeda en condiciones en las que el agua esta presente en la mezcla de reaccion como agua supercrftica. Se prefiere convertir el agua subcrftica de la alimentacion en agua supercrftica en el interior de un reactor. Por lo tanto, el calentamiento de biomasa humeda a una presion en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura maxima de T1, como se definio anteriormente en el presente documento, a una temperatura de al menos T2, como se definio anteriormente en el presente documento, mediante intercambio termico con un primer fluido calefactor, se lleva a cabo preferentemente en un reactor.

[0025] La biomasa humeda se puede someter a un precalentamiento a la temperatura maxima de T1, como se definio anteriormente en el presente documento. El precalentamiento se puede realizar antes de la introduccion al reactor. Tfpicamente, se puede someter la biomasa humeda a precalentamiento a una temperatura de 370 °C como

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maximo, mas tfpicamente de 360 °C como maximo, particularmente de 350 °C como maximo. Tfpicamente, se puede someter la biomasa humeda a precalentamiento a una temperatura de al menos 250 °C, mas tfpicamente de al menos 280 °C, preferentemente de al menos 300 °C.

[0026] De acuerdo con la presente invencion, la presion Pp, como se definio anteriormente en el presente documento, esta en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa. Dentro de este intervalo, la presion Pp es adecuadamente de al menos 22,5 MPa, preferentemente de al menos 23 MPa, mas preferentemente de al menos 25 MPa, y, dentro de este intervalo, la presion Pp es adecuadamente de 33 MPa como maximo, preferentemente de 32 MPa como maximo, mas preferentemente de 30 MPa como maximo.

[0027] La temperatura de la biomasa humeda se incrementa seguidamente a partir de una temperatura de Ti como maximo, como se definio anteriormente en el presente documento, a una temperatura de al menos T2, como se definio anteriormente en el presente documento. En un modo de realizacion mas preferente, se incrementa la temperatura de la biomasa humeda a partir de una temperatura maxima de Ti hasta una temperatura de al menos T2, en el que Ti y T2 son temperaturas en °C como se define mediante las formulas matematicas

Ti = 2,9 x Pp + 306,2 y T2 = 4,1 x Pp + 287,8,

en el que Pp es la presion P como se definio anteriormente en el presente documento. En un modo de realizacion mas preferente, se incrementa la temperatura de la biomasa humeda a partir de una temperatura maxima de T1 hasta una temperatura de al menos T2, en el que T1 y T2 son temperaturas en °C como se define mediante las formulas matematicas

T1 = 2,6 x Pp + 310,8 y T2 = 4,4 x Pp + 283,2, en el que Pp es la presion Pp, como se definio anteriormente en el presente documento.

[0028] Tfpicamente, el aumento de la temperatura de, como maximo T1 a la temperatura de al menos T2 es de al menos 10 °C, mas tfpicamente de al menos 20 °C, en particular, de al menos 30 °C. Tfpicamente, el aumento de la temperatura de como maximo T1 a la temperatura de al menos T2 es de 450 °C como maximo, mas tfpicamente de 400 °C como maximo, en particular, de 350 °C como maximo. Tfpicamente, se incrementa la temperatura de la alimentacion a una temperatura de al menos T2 de al menos 377 °C, mas tfpicamente de al menos 380 °C, en particular, de al menos 400 °C, mas en particular, de al menos 420 °C. Tfpicamente, se incrementa la temperatura de la alimentacion a una temperatura de al menos T2 de 800 °C como maximo, mas tfpicamente, de 760 °C como maximo. A la temperatura de al menos T2, como se define en el presente documento, el agua esta presente en la biomasa humeda como agua supercrftica. La temperatura de al menos T2 se puede seleccionar de manera que las reacciones de gasificacion se desarrollen a la velocidad deseada.

[0029] Cuando se realiza la gasificacion en presencia de agua supercrftica, puede haber un problema, dado que los solidos que se formaron en la formacion de agua supercrftica, como sales, ceniza y carbon, tienden a adherirse a la pared interna del reactor y pueden provocar un atascamiento del reactor. Se ha descubierto inesperadamente que este problema puede eliminarse de manera efectiva convirtiendo el agua presente en la biomasa humeda en agua supercrftica, en presencia de un lecho de partfculas solidas suspendidas en un fluido. Por lo tanto, la biomasa se puede introducir preferentemente a una temperatura por debajo de la temperatura crftica del agua al reactor que comprende el lecho de partfculas solidas, y, posteriormente, dentro del reactor, se puede aumentar la temperatura de la alimentacion por encima de la temperatura crftica, de modo que se forma agua supercrftica en presencia del lecho de partfculas solidas.

[0030] El lecho de partfculas solidas suspendidas en un fluido puede ser preferentemente un lecho fluidizado, tfpicamente un lecho fluidizado en chorro o un lecho fluidizado circulante, y preferentemente un lecho fluidizado burbujeante. En modos de realizacion alternativos, el lecho puede ser un lecho fijo.

[0031] El fluido en el que se suspenden las partfculas solidas es tfpicamente un fluido acuoso. Dependiendo de la ubicacion en el reactor, el fluido acuoso puede comprender agua supercrftica o agua subcrftica. Es decir, cerca de un punto de alimentacion de la biomasa humeda, la temperatura puede estar por debajo de la temperatura crftica del agua, y en otros puntos, la temperatura puede estar por encima de la temperatura crftica del agua. A medida que avanza la gasificacion, el fluido tambien puede comprender productos de gasificacion fluidos, en particular, en lugares alejados del punto de alimentacion de la biomasa humeda.

[0032] Las partfculas solidas suspendidas en el fluido pueden ser partfculas que comprenden, por ejemplo, un mineral o un agregado de minerales, como arena, roca triturada o piedra triturada; una sal, por ejemplo, una sal que proviene de biomasa humeda; metal, como acero inoxidable, cobre o aluminio; o una ceramica cristalina o no cristalina, como un vidrio, una arcilla, una alumina, una sflice, una sflice-alumina o mezclas de las mismas. El material de las partfculas solidas puede tener una densidad en un intervalo amplio, por ejemplo, en el intervalo de 1,5 x103 kg/m3 a 10 x10 3 kg/m3, mas tfpicamente en el intervalo de 2 x 103 kg/m3 a 9 x 103 kg/m33. Las partfculas pueden comprender tfpicamente partfculas con tamanos en el intervalo de 20 pm a 1 mm, en particular, en el intervalo de 50 pm a 0,5 mm,

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y el tamano de las partfculas se determina segun la norma ISO 13320:2009. Preferentemente, todas las partfculas presentan un tamano en el intervalo especificado. Las partfculas solidas suspendidas pueden desempenar una doble funcion en el procedimiento de gasificacion, ya que ayudan a evitar que los solidos se depositen en la pared interior del reactor y, ademas, pueden actuar como un catalizador en la reaccion de gasificacion.

[0033] Las partfculas solidas se pueden introducir en el reactor junto con la biomasa humeda. Por ejemplo, al menos una parte de las partfculas solidas puede ser arena que inevitablemente puede estar presente en la biomasa humeda como uno de sus componentes. De forma alternativa, se pueden agregar partfculas solidas a la biomasa humeda antes de introducir la biomasa humeda en el reactor. Las sales disueltas que estan presentes en la biomasa humeda pueden solidificarse en el reactor en y/o despues de la formacion de agua supercrftica, y dichas sales solidificadas pueden constituir una parte del lecho de partfculas solidas suspendidas. Como una alternativa mas, se pueden introducir las partfculas solidas en el reactor separadas de la biomasa humeda.

[0034] El lecho de partfculas suspendidas puede tener una fraccion de huecos que se selecciona de un intervalo amplio. Tfpicamente, la fraccion de huecos del lecho fluidizado esta en el intervalo de 0,05 a 0,95 v/v, en relacion con el volumen total del lecho. Cuando el lecho es un lecho fluidizado burbujeante, la fraccion de huecos puede estar tfpicamente en el intervalo de 0,25 a 0,8 v/v, mas tfpicamente en el intervalo de 0,35 a 0,7 v/v, en relacion con el volumen total del lecho. Cuando el lecho es un lecho fluidizado en chorro, la fraccion de huecos puede estar tfpicamente en el intervalo de 0,05 a 0,2 v/v, en relacion con el volumen total del lecho. Cuando el lecho es un lecho fluidizado circulante, la fraccion de huecos puede estar tfpicamente en el intervalo de 0,08 a 0,95 v/v, en relacion con el volumen total del lecho. Como se usa en el presente documento, el volumen total del lecho es el volumen del lecho en las condiciones de temperatura y presion del lecho, y se determina a partir de las dimensiones del reactor y/o las dimensiones de la parte del reactor que contiene el lecho. El volumen vacfo se determina restando el volumen de las partfculas del volumen del lecho. El volumen de las partfculas puede determinarse sumergiendo las partfculas presentes en el lecho en agua y determinando el volumen del agua desplazada.

[0035] El tamano del reactor no es esencial. Preferentemente, el tiempo de permanencia en el reactor es lo suficientemente largo para obtener un rendimiento suficiente de productos de gasificacion fluidos. Por lo tanto, cuando se efectua el procedimiento de gasificacion en modo continuo, las dimensiones del reactor son preferentemente tales que a un rendimiento deseado se alcance un tiempo de permanencia suficientemente largo. Tambien se desea, para evitar la formacion de alquitranes, que en el reactor, o en la parte del reactor que contiene el lecho de partfculas solidas, el ritmo de aumento de la temperatura de la alimentacion sea alto. Tfpicamente, el ritmo de aumento de la temperatura es de al menos 1,5 °C/s, preferentemente de al menos 2 °C/s. En la practica normal del procedimiento de gasificacion, el ritmo de aumento de la temperatura sera frecuentemente de 80 °C/s como maximo, mas frecuentemente de 50 °C/s como maximo. El ritmo de aumento de la temperatura se determina calculando el cociente del aumento de temperatura y el tiempo promedio de permanencia del fluido en el reactor o en la parte del reactor que contiene el lecho de partfculas solidas. El tiempo promedio de permanencia se determina a partir de experimentos que utilizan un material trazador.

[0036] El producto de gasificacion fluido puede extraerse del reactor junto con agua supercrftica. El producto de gasificacion fluido tambien puede comprender partfculas solidas arrastradas. Las partfculas solidas arrastradas en el producto de gasificacion fluido que sale del reactor se pueden eliminar. El producto de gasificacion fluido se puede enfriar y despresurizar, dando como resultado una mezcla de gas/lfquido acuoso, y los productos de gasificacion gaseosos pueden recuperarse posteriormente de la mezcla de gas/lfquido acuoso.

[0037] De acuerdo con la presente invencion, antes del enfriamiento, se calienta el producto de gasificacion fluido adicionalmente. El producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente se usa como primer fluido calefactor. En general, es suficiente calentar el producto de gasificacion fluido adicionalmente para aumentar su temperatura, tfpicamente un maximo de 200 °C, mas tfpicamente un maximo de 150 °C, por ejemplo, 100 °C. El aumento de la temperatura es tfpicamente de al menos 10 °C, mas tfpicamente de al menos 20 °C. Se puede aplicar energfa electrica para lograr un mayor calentamiento. Preferentemente, se calienta el producto de gasificacion fluido adicionalmente mediante intercambio termico con un segundo fluido calefactor. El segundo fluido calefactor puede ser un gas caliente producido en una unidad productora de gas caliente. La unidad productora de gas caliente puede ser, por ejemplo, un quemador de gas, una turbina de gas, un motor de gas o una pila de combustible.

[0038] Para fines de optimizacion, se puede mantener el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente a una temperatura elevada durante algun tiempo antes de que se use el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor, ya que esto tendra el efecto ventajoso de aumentar el contenido de metano del producto de gasificacion fluido. Por lo tanto, el procedimiento de la invencion puede comprender el mantenimiento de la temperatura del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como una etapa adicional, tfpicamente durante un perfodo de al menos 5 minutos, en particular, de al menos 10 minutos, y tfpicamente durante un perfodo de como maximo 1 hora, en particular, de como maximo 40 minutos. Esto se puede lograr usando un recipiente, preferentemente un recipiente aislado o un recipiente calentado, que puede contener el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente durante el tiempo especificado. En el presente documento, «mantener la temperatura» significa mantener la temperatura tfpicamente dentro de un margen de mas o menos 50 °C, mas tfpicamente dentro de un margen de mas o menos 40 °C, en particular, dentro de un margen de mas o menos 30 °C.

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[0039] De acuerdo con la presente invencion, la gasificacion calentada adicionalmente se usa como primer fluido calefactor, en ese uso, la gasificacion calentada adicionalmente se enfna a la presion Ps, como se definio anteriormente en el presente documento, en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa. Dentro de este intervalo, la presion Ps es adecuadamente de al menos 22,5 MPa, preferentemente de al menos 23 MPa, mas preferentemente de al menos 25 MPa, y, dentro de este intervalo, la presion Ps es adecuadamente de 33 MPa como maximo, preferentemente de 32 MPa como maximo, mas preferentemente de 30 MPa como maximo. Cuando, el procedimiento de gasificacion se lleva a cabo como un proceso continuo, como en los modos de realizacion preferentes, el producto de gasificacion que se esta enfriando avanza desde el calentamiento de la biomasa humeda en el sentido de la corriente, y en ese caso, la presion Ps es generalmente mas baja que la presion Pp. Tfpicamente, la presion Ps es al menos 0,001 MPa, mas tipicamente al menos 0,01 MPa mas baja que la presion Pp. Tfpicamente, la presion Ps es como maximo 10 MPa, mas tipicamente como maximo 8 MPa mas baja que la presion Pp.

[0040] La gasificacion calentada adicionalmente se enfna a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura maxima de T4, en la que T3 y T4 son temperaturas en °C, como se definio anteriormente en el presente documento. En un modo de realizacion mas preferente, la gasificacion calentada adicionalmente se enfna a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura maxima de T4, en la que T3 y T4 son temperaturas en °C como se define mediante las formulas matematicas

T3 = 4,1 x Ps + 287,8,

y

T4 = 2,9 x Ps + 306,2,

en el que Pp es la presion Ps como se definio anteriormente en el presente documento. En un modo de realizacion mas preferente, la gasificacion calentada adicionalmente se enfna a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura maxima de T4, en la que T3 y T4 son temperaturas en °C como se define mediante las formulas matematicas

T3 = 4,4 x Ps + +283,2,

y

T4 = 2,6 x Ps + +310,8,

en el que Pp es la presion Ps como se definio anteriormente en el presente documento. La temperatura de al menos T3 puede ser tfpicamente de al menos 425 °C, en particular, al menos 440 °C, y tfpicamente de 900 °C como maximo, mas tfpicamente de 850 °C como maximo. La disminucion de la temperatura de al menos T3 a la temperatura maxima de T4, tfpicamente equivale al menos a 10 °C, mas tfpicamente al menos a 20 °C, en particular, al menos a 30 °C. Tfpicamente, la disminucion de la temperatura de al menos T3 a la temperatura maxima de T4 es como maximo de 450 °C, mas tfpicamente de 400 °C como maximo, en particular, a de 350 °C como maximo. El producto de gasificacion calentado adicionalmente se puede enfriar tipicamente a una temperatura de 390 °C como maximo, en particular, de 380 °C como maximo, mas en particular, de 370 °C como maximo, o incluso de 360 °C como maximo. Tfpicamente, puede enfriarse a una temperatura de al menos 300 °C, mas tfpicamente de al menos 320 °C.

[0041] De acuerdo con la presente invencion, la biomasa humeda se calienta mediante intercambio termico con el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor. En un modo de realizacion, el intercambio termico puede comprender el intercambio termico entre un flujo de la biomasa humeda y un flujo del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente que esta en concurrencia con el flujo de la biomasa humeda. En un modo de realizacion de este tipo, se selecciona ambas, la temperatura de al menos T3 y la temperatura maxima de T4, preferentemente mas altas que la temperatura de al menos T2. En un modo de realizacion preferente, el intercambio termico comprende el intercambio termico entre un flujo de la biomasa humeda y un flujo del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente que va contra la corriente del flujo de la biomasa humeda. Se prefiere el ultimo modo de realizacion, ya que la temperatura de al menos T3 puede seleccionarse mas alta que la temperatura de al menos T2 y la temperatura maxima de T4 puede seleccionarse mas alta que la temperatura maxima de T1, lo que hace que este ultimo modo de realizacion sea mas eficiente desde el punto de vista energetico que el primer modo de realizacion. Ahora volviendo a las figuras, la Fig. 1 proporciona un esquema de un modo de realizacion de un aparato de reaccion y un procedimiento para la gasificacion de biomasa humeda de acuerdo con la presente invencion. El aparato de reaccion puede comprender un sistema de alimentacion 10, un sistema de calentamiento y reaccion 30 y un sistema de recuperacion 60.

[0042] La biomasa humeda 11 se puede presurizar e introducir al sistema de calentamiento y reaccion 30 mediante el uso de un sistema de bombeo. Se ha encontrado ventajoso emplear la bomba de alimentacion 12 para bombear una parte de biomasa humeda 11 a baja presion al cilindro con el piston 14, a traves de la valvula 16. Como alternativa al uso de la bomba de alimentacion 12, se puede introducir la biomasa humeda hidrostaticamente desde un tanque de almacenamiento. Seguidamente, se puede cerrar la valvula 16. A continuacion, se puede descargar la biomasa humeda a alta presion del cilindro con el piston 14 a traves de la valvula 18 al sistema de calentamiento y reaccion 30 mediante el uso de un sistema hidraulico que comprende la bomba hidraulica 20 y las valvulas 22 y 24. La bomba hidraulica 20 puede bombear un fluido hidraulico a traves de la valvula 22 a la segunda camara del cilindro con el

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piston 14, estando cerradas las valvulas 16 y 24. Despues de descargar la biomasa humeda al sistema de calentamiento y reaccion 30, puede cerrarse la valvula 18; las valvulas 16 y 24 pueden abrirse y una parte adicional de la biomasa humeda puede bombearse desde la bomba de alimentacion 12 al cilindro 14. Una pluralidad de cilindros con pistones 14 y una pluralidad de valvulas 16, 18, 22 y 24 pueden colocarse en disposicion paralela.

[0043] La Fig. 2 muestra un cilindro con un piston 14, que comprende la pared del cilindro 60. El piston 64 esta ubicado dentro del cilindro 62, y es desplazable en el sentido axial AD del cilindro 62. El piston 64 divide el espacio en el interior del interior del cilindro 62 en una primera camara 66 y una segunda camara 68. En general, el piston 64 puede estar orientado perpendicularmente con respecto a la direccion axial AD. Los conductos pueden conectar de manera fluida la primera camara 66 a traves de la valvula 16 a la bomba de alimentacion 12 (Fig. 1) y a traves de la valvula 18 al sistema de calentamiento y reaccion 30 (Fig. 1). Ademas, los conductos pueden conectar de manera fluida la segunda camara 68 a traves de la valvula 22 a la bomba hidraulica 20 (Fig. 1) y a traves de la valvula 24 a una salida (no se muestra) para fluido hidraulico o a un deposito (no se muestra) para mantener un suministro de fluido hidraulico.

[0044] La forma y el tamano del cilindro 62 no son esenciales para la invencion, y se pueden seleccionar de acuerdo con la capacidad de bombeo deseada. El cilindro 62 puede ser tfpicamente un cilindro circular. El area de la seccion transversal interna del cilindro puede estar tfpicamente en el intervalo de 80 mm2 a 20 dm2, en particular, en el intervalo de 7 cm2 a 3,2 dm2. La carrera del piston 64 puede estar tfpicamente en el intervalo de 0,1 m a 3 m, en particular, en el intervalo de 0,2 m a 2,5 m. El grosor de la pared del cilindro puede estar tfpicamente en el intervalo de 1 mm a 10 cm, en particular, en el intervalo de 1,5 mm a 2 cm. El grosor del piston 64 puede estar tfpicamente en el intervalo de 1 mm a 30 cm, en particular, en el intervalo de 1 cm a 20 cm. El cilindro 62 y el piston 64 pueden estar tfpicamente fabricados de hierro fundido o acero, o una combinacion de los mismos. El cilindro con piston 14 puede funcionar tfpicamente a una frecuencia en el intervalo de 0,1 carreras/minuto a 50 carreras/minuto, en particular, una frecuencia en el intervalo de 0,2 carreras/minuto a 20 carreras/minuto, en el que una carrera es un desplazamiento completo del piston, que incluye un desplazamiento hacia el punto de alimentacion de biomasa humeda y un desplazamiento en sentido opuesto desde el punto de alimentacion de biomasa humeda.

[0045] Ahora volviendo a la Fig. 1, en el sistema de calentamiento y reaccion 30, el intercambiador de calor 29 puede ser, por ejemplo, un intercambiador de calor de doble tubo o un intercambiador de calor de carcasa y tubo. En el intercambiador de calor 29, se puede someter la biomasa humeda a precalentamiento a una temperatura inferior a la temperatura crftica de agua, como se expuso anteriormente en el presente documento. A continuacion, se puede introducir la biomasa humeda precalentada en el reactor 32 que comprende el lecho 31 de partfculas solidas suspendidas en un fluido. En el reactor 32, la biomasa humeda puede calentarse adicionalmente a una temperatura de al menos T2, como se expuso anteriormente en el presente documento. Con el fin de calentar la biomasa humeda, el reactor 32 comprende el primer dispositivo de calentamiento, por ejemplo, una camisa de calentamiento y/o tubos de calentamiento internos a traves de los cuales puede fluir un fluido calefactor. Se puede emplear una pluralidad de reactores 32 en paralelo para aumentar la capacidad total del sistema de reaccion.

[0046] Preferentemente, se puede tratar la corriente 34 del producto de gasificacion fluido que sale del reactor 32 para eliminar solidos arrastrados, que comprenden principalmente sales solidas. En este modo de realizacion preferente, el aparato de reaccion comprende adicionalmente una unidad de separacion, en particular, un ciclon, un separador por gravedad o un dispositivo que comprende placas de impacto, posicionada en la conexion de fluidos que conecta el tubo de reaccion con el segundo dispositivo de calentamiento; esa unidad de separacion esta configurada para eliminar los solidos arrastrados del producto de gasificacion fluido. La eliminacion se puede lograr adecuadamente mediante el uso del ciclon 37. Los solidos 36 pueden descargarse del ciclon 37, por ejemplo, a traves de una camara de esclusa (no se muestra). La eliminacion de solidos en este punto tiene la ventaja de que se requiere menos calor cuando se calienta el producto de gasificacion fluido adicionalmente en una etapa de calentamiento siguiente, como se describe a continuacion en el presente documento.

[0047] De acuerdo con la invencion, el producto de gasificacion fluido puede calentarse adicionalmente en el segundo dispositivo de calentamiento 35, que puede representarse como intercambiador de calor 35, usando el calor de, por ejemplo, el gas caliente 38 producido en una unidad productora de gas caliente (no se muestra), y para usar el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor 40 en el reactor 32. Para fines de optimizacion, se puede incluir un recipiente 39, por ejemplo, un tubo o una disposicion de tubos paralelos, que recibe del intercambiador de calor 35 un producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente. El recipiente 39 proporciona que el producto de gasificacion de fluido calentado adicionalmente tenga un tiempo de permanencia aumentado a la temperatura mas alta que prevalece en el sistema de calentamiento y reaccion 30, lo que tendra el efecto ventajoso de incrementar el contenido de metano del producto de gasificacion fluido. En este modo de realizacion, el aparato de reaccion comprende adicionalmente un recipiente conectado de manera fluida al segundo dispositivo de calentamiento para recibir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente del segundo dispositivo de calentamiento y conectado de manera fluida al primer dispositivo de calentamiento para introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente al primer dispositivo de calentamiento para usarlo como primer fluido calefactor; ese recipiente esta configurado para albergar el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente durante un perfodo de tiempo.

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[0048] Con o sin el recipiente 39 instalado, se puede incorporar un intercambiador de calor 42 adicional, que transfiere calor desde el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente al producto de gasificacion fluido antes de que este ultimo entre al intercambiador de calor 35. De forma alternativa, se puede incorporar el recipiente 39 en la conexion de fluidos entre el intercambiador de calor 42 y el intercambiador de calor 35. En estos modos de realizacion, el aparato de reaccion comprende adicionalmente un intercambiador de calor posicionado en la conexion de fluidos que conecta el segundo dispositivo de calentamiento con el primer dispositivo de calentamiento, y en la conexion de fluidos que conecta el tubo de reaccion con el segundo dispositivo de calentamiento; ese intercambiador de calor esta configurado para el intercambio termico entre el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente y el producto de gasificacion de fluido.

[0049] Se ha encontrado particularmente ventajoso emplear como reactor 32 un reactor como se muestra en la Fig. 3. El reactor que se muestra en la Fig. 3 puede comprender un tubo de reaccion 46 y una placa de distribucion 47. El primer dispositivo de calentamiento 48 puede representarse, por ejemplo, por una camisa de calentamiento 48 y/o por tubos de calefaccion internos (no se muestra). El tubo de entrada 50 para biomasa humeda puede estar conectado de manera fluida con el intercambiador de calor 29 (Fig. 1). El tubo de salida 52 para el producto de gasificacion fluido puede estar conectado de forma fluida al intercambiador de calor 35, opcionalmente a traves del intercambiador de calor 42 y/o el ciclon 37 y/o el recipiente 39. Cuando la biomasa humeda entra a traves del tubo de entrada 50, puede tener una temperatura maxima de Ti, como se definio anteriormente en el presente documento. Cuando el producto de gasificacion fluido abandona el reactor 32 a traves del tubo de salida 52, se habra calentado a una temperatura de al menos T2, como se especifico anteriormente en el presente documento. El tubo de entrada 54 para el fluido calefactor puede estar conectado de manera fluida con el intercambiador de calor 35, opcionalmente a traves del intercambiador de calor 42 y/o el recipiente 39. El tubo de salida 56 para el fluido calefactor puede estar conectado de manera fluida con el intercambiador de calor 29. El tubo de reaccion 46 puede contener el lecho de partfculas solidas suspendidas en forma de lecho fluidizado 44, corriente abajo de la placa de distribucion 47. Se puede extraer un exceso de partfculas solidas del reactor 32 a traves del tubo de rebose 58. El tubo de reaccion 46 esta adaptado para permitir que la biomasa humeda pase en la direccion longitudinal del tubo de reaccion, y contra la corriente del fluido calefactor que fluye en la camisa de calentamiento 48 y/o en los tubos de calentamiento internos. El reactor 32 puede estar conectado de forma fluida con la camara de bloqueo 59 con el fin de introducir partfculas solidas en el reactor.

[0050] El lecho fluidizado 44 tiene tfpicamente una longitud de al menos 0,5 m, mas tfpicamente de al menos 1 m. El lecho fluidizado 44 tiene tfpicamente una longitud de 10 m como maximo, mas tfpicamente de 5 m como maximo. Por ejemplo, la longitud del lecho fluidizado 44 puede ser adecuadamente de 3 m. El area de la seccion transversal del lecho fluidizado 44 es tfpicamente de 1,8 m2 como maximo, mas tfpicamente de 20 dm2 como maximo. El area de la seccion transversal del lecho fluidizado 44 es tfpicamente de al menos 1 cm2, mas tfpicamente de al menos 2 cm2. Por ejemplo, el area de la seccion transversal del lecho fluidizado 44 puede ser adecuadamente de 4,5 cm2. Preferentemente, el lecho fluidizado 44 tiene la forma de un cilindro circular, que tfpicamente presenta una relacion longitud-diametro en el intervalo de 5 a 50, mas tfpicamente en el intervalo de 8 a 30. Por ejemplo, la relacion longitud- diametro del lecho fluidizado 44, adecuadamente, puede ser igual a 20. En el lecho fluidizado 44 hay relativamente poca retromezcla, cuando las dimensiones son como se especifica en el presente parrafo, de modo que haya un gradiente de temperatura a lo largo del lecho. Se puede instalar un solo tubo reactor que comprenda un lecho fluidizado que presente las dimensiones especificadas. De forma alternativa, se puede instalar en paralelo una pluralidad de tubos de reaccion que comprendan un lecho fluidizado con dimensiones como se especifica. El numero de tubos de reaccion y lechos fluidizados puede estar en el intervalo de 2 a 20 (inclusive), en particular, en el intervalo de 3 a 10 (inclusive).

[0051] Una ventaja de tener un lecho fluidizado 44 en el que hay relativamente poca retromezcla se muestra en la Fig. 4. La Fig. 4 muestra los perfiles de la temperatura t sobre la longitud L del lecho y el fluido calefactor, sustancialmente sin retromezcla en el lecho (situacion A) y, en comparacion, con una retromezcla sustancial en el lecho (situacion B). En la situacion A, existe un gradiente de temperatura C en el lecho, que se extiende desde una temperatura de entrada ti; a una temperatura de salida to. En la situacion B, como consecuencia de la retromezcla, existe practicamente la misma temperatura a lo largo del lecho (D), excepto un gradiente de temperatura E pronunciado cerca de la entrada. F y G representan los perfiles de temperatura de los fluidos de calentamiento que pueden adaptar los perfiles de calentamiento de los tubos de reaccion en las situaciones A y B, respectivamente. En ambos casos, At representa la diferencia de temperatura minima entre el tubo de reaccion y el fluido calefactor. Siendo At igual en las situaciones Ay B, la diferencia de temperatura AtA en la entrada del fluido calefactor en la situacion A, es sustancialmente menor que la diferencia de temperatura AtB en la entrada del fluido calefactor en la situacion B. Esto implica para el procedimiento representado en la Fig. 1 que en el intercambiador de calor 35, el producto de gasificacion fluido requiere calentamiento para lograr un aumento de temperatura menor en la situacion A que en la situacion B, lo que significa que en la situacion A se suministra menos calor de la unidad de produccion de gas caliente que en la situacion B.

[0052] Ahora volviendo a la Fig. 1, y tambien con referencia a la Fig. 3, se puede usar el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor 40 en el primer dispositivo de calentamiento del reactor 32, por ejemplo, la camisa de calentamiento 48 y/o en los tubos de calentamiento internos (no se muestra). Cuando el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente entra a traves del tubo de entrada 54 para su uso como primer fluido calefactor, puede presentar una temperatura de al menos T3, como se definio anteriormente en el

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presente documento. Cuando el producto de gasificacion fluido abandona el reactor 32 a traves del tubo de salida 56, se habra enfriado a una temperatura maxima de T4, como se especifico anteriormente en el presente documento. El producto de gasificacion fluido puede enfriarse aun mas en el intercambiador de calor 29 frente a la biomasa humeda. El producto de gasificacion fluido que abandona el intercambiador de calor 29 puede tener tfpicamente una temperatura en el intervalo de 20 °C a 150 °C, mas tfpicamente en el intervalo de 40 °C a 120 °C, por ejemplo, de 90 °C.

[0053] La recuperacion extensa del calor, como puede tener lugar en cualquiera de los intercambiadores de calor 42 y 29 y en el reactor 32, hace que el procedimiento representado en la Fig. 1 sea un procedimiento muy eficiente energeticamente, en el sentido de que la recuperacion de calor reduce el suministro de energfa neta al procedimiento, en particular, el suministro de energfa en el intercambiador de calor 35 por medio del gas caliente 38.

[0054] Cuando entra en el sistema de recuperacion 60, el producto de gasificacion fluido puede despresurizarse a traves de la valvula 61 a una presion que se encuentra tfpicamente en el intervalo de 0,1 MPa a 20 MPa, mas tfpicamente en el intervalo de 0,2 MPa a 15 MPa.

[0055] El producto de gasificacion fluido despresurizado se puede desgasificar en el desgasificador 62, produciendo una fraccion de gas y una fraccion lfquida. La fraccion de gas que comprende gases de alto valor, como hidrogeno y metano, se puede dividir en una corriente de metano y una corriente rica en hidrogeno en, por ejemplo, un separador de membrana 64. La fraccion lfquida del desgasificador 62 se puede despresurizar adicionalmente a traves de la valvula 66, y desgasificar adicionalmente en el desgasificador 68, produciendo una fraccion gaseosa que puede comprender dioxido de carbono, metano, hidrogeno e hidrocarburos distintos de metano. La presion corriente abajo de la valvula 66 puede estar tfpicamente en el intervalo de 0,1 MPa a 5 MPa, mas tfpicamente en el intervalo de 0,2 MPa a 3 MPa. El producto lfquido obtenido en el desgasificador 68 es un residuo acuoso que comprende sales. El residuo acuoso se puede tratar en un separador de membrana 70 que produce agua y un residuo acuoso enriquecido en sales.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la gasificacion de biomasa humeda, que comprende

- el calentamiento de biomasa humeda a una presion Pp en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura maxima de Ti a una temperatura de al menos T2, mediante intercambio termico con un primer fluido calefactor, un calentamiento, en el que se obtiene un producto de gasificacion fluido,

- el calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido, en el que se usa energfa de una fuente de energfa externa, y

- el uso del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente como primer fluido calefactor, en el que el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente se enfrfa a una presion Ps en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), a partir de una temperatura de al menos T3 hasta una temperatura maxima de T4,

en el que T1, T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 3,2 x Pp + 301,6,

T2 = 3,8 x Pp + 292,4,

T3 = 3,8 x Ps + +292,4,

y

T4 = 3,2 x Ps + 301,6,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la biomasa humeda se selecciona de residuos de fermentacion, lodos residuales, lodos de dragado, algas, estiercol animal y mezclas de los mismos, e incluye agua en al menos un 40 % del peso, con relacion al peso total de la biomasa humeda.
3. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que T1, T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 2,9 x Pp + 306,2,

T2 = 4,1 x Pp + 287,8,

T3 = 4,1 x Ps + +287,8,

y

T4 = 2,9 x Ps + 306,2,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps respectivamente, en MPa que tienen valores en el intervalo de 22,1 MPa a 33 MPa.
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 2,6 x Pp + 310,8, T2 = 4,4 x Pp + 283,2, T3 = 4,4 x Ps + 283,2,

y

T4 = 2,6 x Ps + +310,8,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa que tienen valores en el intervalo de 22,1 MPa a 32 MPa.
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el procedimiento comprende

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el calentamiento de la biomasa humeda logrando un aumento de la temperatura de al menos 10 °C, en particular, en el intervalo de 20 °C to 450 °C, mas en particular, en el intervalo de 30 °C a 400 °C.
6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el procedimiento comprende el enfriamiento del producto de la gasificacion calentado adicionalmente logrando una disminucion de la temperatura de al menos 10 °C, en particular, en el intervalo de 20 °C to 450 °C, mas en particular, en el intervalo de 30 °C a 400 °C.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el intercambio termico comprende el intercambio termico entre un flujo de la biomasa humeda y un flujo del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente que va contra la corriente del flujo de la biomasa humeda.
8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el calentamiento del producto de gasificacion fluido obtenido comprende el intercambio termico con un segundo fluido calefactor, en particular, un gas caliente.
9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el calentamiento adicional del producto de gasificacion fluido comprende un calentamiento para lograr un aumento de la temperatura en el intervalo de 10 °C a 200 °C, en particular, en el intervalo de 20 °C a 150 °C.
10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el procedimiento comprende, como etapa adicional, mantener la temperatura del producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente durante un perfodo de al menos 5 minutos, en particular, en el intervalo de 5 minutos a 1 hora, mas en particular en el intervalo de 10 minutos a 40 minutos.
11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que mantener la temperatura comprende mantener la temperatura dentro de un margen de mas o menos 50 °C, en particular, dentro de un margen de mas o menos 40 °C, mas en particular, dentro de un margen de mas o menos 30 °C.
12. Un aparato de reaccion para la gasificacion de biomasa humeda, que comprende

- un reactor (32) que comprende un tubo de reaccion (46) y un primer dispositivo de calentamiento (48), en

el que

- el tubo de reaccion (46) esta configurado para estar conectado de manera fluida a una fuente de biomasa humeda con una presion Pp en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta), y

- el primer dispositivo de calentamiento (48) esta configurado para calentar el tubo de reaccion (46) y la biomasa humeda, cuando esta presente en el tubo de reaccion (46), mediante intercambio termico con un primer fluido calefactor para calentar la biomasa humeda a partir de una temperatura maxima de T1 a una temperatura de al menos T2, y

- un segundo dispositivo de calentamiento (35); el segundo dispositivo de calentamiento (35) esta conectado de manera fluida al tubo de reaccion (46) y al primer dispositivo de calentamiento (48), y ese segundo dispositivo de calentamiento (35) esta configurado para recibir el producto de gasificacion fluido para calentar el producto de gasificacion fluido adicionalmente mediante el uso de energfa de una fuente de energfa e introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente a una presion Ps en el intervalo de 22,1 MPa a 35 MPa (absoluta) en el primer dispositivo de calentamiento para su uso como primer fluido calefactor; en ese uso, el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente se enfrfa a partir una temperatura de al menos T3 a una temperatura maxima de T4,

en el que T2, T3 y T4 son temperaturas en °C que se pueden calcular usando las formulas matematicas

T1 = 3,2 x Pp + 301,6, T2 = 3,8 x Pp + 292,4, T3 = 3,8 x Ps + +292,4,

y

T4 = 3,2 x Ps + 301,6,

en el que Pp y Ps denotan las presiones Pp y Ps, respectivamente, en MPa.
13. Un aparato de reaccion de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el segundo dispositivo de calentamiento

5

10

15

20

25

(35) es un intercambiador de calor (35), un intercambiador de calor que esta conectado de manera fluida al tubo de reaccion (46), al primer dispositivo de calentamiento (48) y a una fuente de un segundo fluido calefactor, y ese intercambiador de calor (35) esta configurado para recibir el producto de gasificacion fluido del tubo de reaccion (46) para calentar el producto de gasificacion fluido adicionalmente mediante intercambio termico con el segundo fluido calefactor y para introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente en el primer dispositivo de calentamiento (48) para su uso como primer fluido calefactor.
14. Un aparato de reaccion de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, en el que el aparato de reaccion comprende adicionalmente una unidad de separacion, en particular un ciclon (37), situado en la conexion de fluidos que conecta el tubo de reaccion (46) con el segundo dispositivo de calentamiento (35); una unidad de separacion que esta configurada para eliminar solidos arrastrados del producto de gasificacion fluido.
15. Un aparato de reaccion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en el que el aparato de reaccion comprende adicionalmente un recipiente (39) conectado de manera fluida al segundo dispositivo de calentamiento (35) para recibir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente del segundo dispositivo de calentamiento (35) y conectado de manera fluida al primer dispositivo de calentamiento (48) para introducir el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente al primer dispositivo de calentamiento (48) para usarlo como primer fluido calefactor; un recipiente que esta configurado para albergar el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente durante un perfodo de tiempo.
16. Un aparato de reaccion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en el que el aparato de reaccion comprende adicionalmente un intercambiador de calor (42) posicionado en la conexion de fluidos que conecta el segundo dispositivo de calentamiento (35) con el primer dispositivo de calentamiento (48) y en la conexion de fluidos que conecta el tubo de reaccion (46) con el segundo dispositivo de calentamiento (35); un intercambiador de calor que esta configurado para intercambiar calor entre el producto de gasificacion fluido calentado adicionalmente y el producto de gasificacion fluido.