ES2708221T3 - Procedimiento de operación de un proceso para producir sintegás a partir de material carbonoso - Google Patents

Procedimiento de operación de un proceso para producir sintegás a partir de material carbonoso Download PDF

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Abstract

Un proceso para producir sintegás, comprendiendo dicho procedimiento: (a) añadir material carbonoso y oxígeno molecular a un aparato de gasificación para producir un primer sintegás con una relación molar de CO/CO2 de menos de 0,5; (b) medir la temperatura de dicho primer sintegás más delante de dicho aparato de gasificación y antes de entrar en un enfriador de sintegás; y (c) en el que se pasa al menos una porción de dicho primer sintegás a través de dicho enfriador de sintegás para producir un primer sintegás enfriado y se mezcla al menos una porción de dicho primer sintegás enfriado con dicha porción del primer sintegás antes de pasar a través de dicho enfriador de sintegás para producir dicho primer sintegás enfriado.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento de operacion de un proceso para producir sintegas a partir de material carbonoso
Se proporciona un proceso para la gasificacion de materiales carbonosos para producir gas pobre o gas de smtesis o sintegas que comprende monoxido de carbono e hidrogeno. Mas espedficamente, el proceso es eficaz para producir sintegas enfriado para uso mas adelante. El proceso utiliza la gasificacion de materiales carbonosos para producir un sintegas seguido del enfriamiento de dicho sintegas para producir sintegas enfriado, y opcionalmente la limpieza de dicho sintegas enfriado para producir un sintegas limpio para varios procesos mas adelante.
ANTECEDENTES
La gasificacion de materiales carbonosos para producir gas pobre o gas de smtesis o sintegas que comprende monoxido de carbono e hidrogeno es bien conocida en la tecnica. Tfpicamente, tal proceso de gasificacion implica una oxidacion parcial u oxidacion desprovista de aire de material carbonoso en que se suministra una cantidad subestequiometrica de oxfgeno al proceso de gasificacion para promover la produccion de monoxido de carbono, como se divulga en la solicitud de patente PCT n.° WO 93/018341. Los productos gaseosos producidos por la oxidacion parcial de materiales carbonosos se tratan a menudo en una unidad de tratamiento termico a alta temperatura, p. ej. para la destruccion de alquitran. Vease por ejemplo el documento WO 2009/154788 que divulga un gasificador en dos pasos en que se alimenta material carbonoso al primer paso en el que puede inyectarse aire, aire enriquecido en oxfgeno u oxfgeno puro a una tasa controlada. La temperatura y entrada de oxfgeno del primer paso se controlan de tal modo que ocurre solo una oxidacion parcial del material carbonoso. Se desplaza el producto gaseoso del primer paso al segundo paso (unidad de tratamiento termico). Se introduce oxfgeno puro en el segundo paso para lograr el craqueo y oxidacion parcial de cualquier alquitran contenido en la corriente gaseosa del primer paso. Se retira el sintegas de producto del segundo paso.
El documento DE 4035293 divulga un procedimiento para poner en marcha un gasificador disminuyendo la cantidad de oxfgeno proporcionada al gasificador despues de haber llegado a una primera temperatura.
Los documentos US2010/0180503 y US 6.033.447 proporcionan ejemplos de procedimientos de puesta en marcha de un gasificador.
El documento US 2010/0090166 proporciona un ejemplo de reciclaje de gas de smtesis enfriado como gas refrigerante para el gas que deja el gasificador.
El sintegas producido por procesos de gasificacion descritos en la tecnica puede estar caliente y necesita enfriamiento antes del procesamiento mas adelante. La recuperacion y uso de este contenido de calor del sintegas caliente puede ser muy importante para la econoirna del proceso. El sintegas caliente que comprende monoxido de carbono generado en aparatos de gasificacion se enfna en un intercambiador de calor o caldera de recuperacion mas adelante del aparato de gasificacion. Veanse por ejemplo la patente de EE. UU. n.° 6.435.139; la patente de EE. UU. n.° 7.587.995 y la patente de EE. UU. n.° 7.552.701.
En un entorno reductor a alta temperatura, el monoxido de carbono es un producto estable. Sin embargo, cuando se enfna el monoxido de carbono, el monoxido de carbono puede oxidarse a dioxido de carbono y producir carbono (grafito) que precipita como hollm:
2CO(g) ^ CO2(g) C(s)
Esta reaccion es generalmente conocida como reaccion de Boudouard y se cree que tiene lugar a o por debajo de aproximadamente 760 °C. La incrustacion de la superficie de transferencia termica causada por el deposito de carbono puede causar la interrupcion de la operacion de un enfriador de sintegas. Por lo tanto, es importante eliminar o reducir la incrustacion del enfriador de sintegas.
El azufre en la materia carbonosa se transforma en H2S en un modo de operacion reductivo, en SO2 en un modo de operacion oxidativo. Es ventajoso elaborar SO2 durante la puesta en marcha de modo que pueda depurarse facilmente antes de la eliminacion.
Existe la necesidad de un procedimiento de operacion de un proceso que comprenda gasificar material carbonoso en un aparato de gasificacion para producir sintegas que comprende monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) y enfriar dicho sintegas en un enfriador de sintegas de modo que se reduzca o elimine la incrustacion o formacion de depositos de carbono.
SUMARIO
Se proporciona un proceso no segun la invencion para producir sintegas que es eficaz para uso en procesos mas adelante. El proceso para producir sintegas incluye hacer funcionar un aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha hasta que el aparato de gasificacion y el equipo mas adelante del aparato de gasificacion se calientan adecuadamente hasta una primera temperatura diana. Tras llegar a una primera temperature diana, se hace funcionar entonces el proceso en modo de produccion para producir un segundo sintegas con una mayor relacion molar de CO/CO2. La operacion en modo de puesta en marcha hasta llegar a una primera temperatura diana proporciona un proceso que es eficaz para reducir la incrustacion en el equipo mas adelante y para proporcionar un segundo sintegas que pueda enfriarse y limpiarse mas eficazmente. El segundo sintegas con una mayor relacion molar de CO/CO2 que se enfna y limpia es especialmente util para procesos de fermentacion.
El proceso para producir sintegas incluye gasificar material carbonoso para proporcionar un primer sintegas que tiene una relacion molar de CO a CO2 de menos de aproximadamente 0,5 hasta que el primer sintegas llega a una primera temperatura diana. Tras llegar a la primera temperatura diana, se gasifica el material carbonoso para proporcionar un segundo sintegas que tiene una relacion molar de CO a CO2 mayor que el primer sintegas. La gasificacion del material carbonoso ocurre en un aparato de gasificacion y se introduce oxfgeno molecular a una tasa de aproximadamente 0 a aproximadamente 45,4 kg-mol (100 lb-mol) por 907 g (tonelada corta) de material carbonoso en base seca para proporcionar el primer sintegas. La temperatura del primer sintegas puede medirse en uno o mas puntos dentro y/o mas adelante del aparato de gasificacion. Cuando la temperatura del primer sintegas en uno o mas puntos dentro y/o fuera del aparato de gasificacion llega a la primera temperatura diana, se introduce oxigeno molecular a una tasa de 0 a aproximadamente 45,4 kg-mol (100 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca para proporcionar el segundo sintegas. En este aspecto, la primera temperatura diana es de aproximadamente 700 °C a aproximadamente 1000 °C.
En un aspecto, se pasa al menos una porcion del primer sintegas a traves de un enfriador de sintegas para producir un primer sintegas enfriado y se pasa al menos una porcion del segundo sintegas a traves de un enfriador de sintegas para producir un segundo sintegas enfriado. En este aspecto, se pasa el sintegas a traves del enfriador de sintegas a una velocidad lineal de mas de aproximadamente 24 metros por segundo. Se proporciona al menos una porcion del primer sintegas a una unidad de oxidacion termica hasta que el primer sintegas llega a la primera temperatura diana.
Segun la invencion, se proporciona un proceso para producir sintegas que incluye anadir material carbonoso y oxfgeno molecular a un aparato de gasificacion para producir un primer sintegas con una relacion molar de CO/CO2 menor de 0,5. La temperatura del primer sintegas se mide mas adelante del aparato de gasificacion. La temperatura se mide antes de entrar en un enfriador de sintegas. Una vez el sintegas llega a una primera temperatura antes de entrar en un enfriador de sintegas, se reduce la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso en el aparato de gasificacion para producir un segundo sintegas con una relacion molar de CO/CO2 mayor que la de dicho primer sintegas. La primera temperatura diana puede ser de aproximadamente 700 °C a aproximadamente 1000 °C. La reduccion de la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso puede lograrse aumentando la tasa de adicion de material carbonoso. Como alternativa, la reduccion de la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso puede lograrse disminuyendo la tasa de adicion de oxfgeno molecular.
Se pasa al menos una porcion del primer sintegas a traves del enfriador de sintegas para producir un primer sintegas enfriado y se pasa al menos una porcion del segundo sintegas a traves de un enfriador de sintegas para producir un segundo sintegas enfriado. Se mezcla al menos una porcion del primer sintegas enfriado con una porcion del primer sintegas antes de su paso a traves de dicho enfriador de sintegas para producir el primer sintegas enfriado. Se mezcla al menos una porcion del segundo sintegas enfriado con al menos una porcion del segundo sintegas antes de su paso a traves de dicho enfriador de sintegas para producir el segundo sintegas enfriado. La mezcla del primer sintegas enfriado y el primer sintegas que fluye a traves del enfriador de sintegas tiene una velocidad lineal de mas de aproximadamente 24 metros/segundos. La mezcla del segundo sintegas enfriado y el segundo sintegas que fluye a traves del enfriador de sintegas tiene una velocidad lineal mayor de aproximadamente 24 metros/segundo.
En otro aspecto, puede anadirse uno o mas de vapor y CO2 al aparato de gasificacion antes de la reduccion de la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso o antes de llegar a una primera temperatura diana. Cuando se realizan las adiciones antes de llegar a una primera temperatura diana, se anade menos de aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) de vapor por tonelada de material carbonoso en base seca o menos de aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) de CO2 por tonelada de material carbonoso en base seca.
En otro aspecto no segun la invencion, se proporciona un proceso que incluye gasificar el material carbonoso en un aparato de gasificacion para producir un sintegas limpio. El procedimiento incluye anadir material carbonoso y anadir oxfgeno molecular al aparato de gasificacion para producir un primer sintegas con una relacion molar de CO/CO2 menor de 0,5. Se pasa al menos una porcion del primer sintegas a traves del enfriador de sintegas para producir un primer sintegas enfriado. Se pasa al menos una porcion del primer sintegas enfriado a traves de un sistema de recogida de polvo para producir un sintegas limpio. Se mide la temperatura del sintegas limpio en una salida del sistema de recogida de polvo. Despues de que la temperatura del sintegas limpio alcanza una segunda temperatura diana, se reduce la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso en el aparato de gasificacion para producir un segundo sintegas con una relacion molar de CO/CO2 mayor que la del primer sintegas.
En este aspecto, la segunda temperature diana es de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 200 °C. El proceso es eficaz para proporcionar un sintegas que tiene menos de aproximadamente 100 ppm de alquitranes. En otro aspecto no segun la invencion, se proporciona un proceso para enfriar sintegas. El proceso incluye pasar un sintegas a traves de un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado, y reciclar al menos una porcion del sintegas enfriado a una entrada del enfriador de sintegas para mantener una temperatura en la entrada del enfriador de sintegas de 760 °C o menos y a una velocidad lineal a traves del enfriador de sintegas de al menos 24 metros por segundo.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
El anterior y otros aspectos, rasgos y ventajas de varios aspectos del proceso seran mas evidentes a partir de los siguientes dibujos.
La Figura 1 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado. La Figura 2 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas.
La Figura 3 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas; y en el que el aparato de gasificacion incluye dos zonas de reaccion, p. ej., una zona de gasificacion y una zona de tratamiento termico conectadas a traves de una zona de conexion.
La Figura 4 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas; en el que puede enviarse al menos una porcion de uno o mas de sintegas caliente y enfriado a una unidad de oxidacion termica; y en el que puede procesarse al menos una porcion de dicho sintegas enfriado en un filtro de mangas.
Los caracteres de referencia correspondientes indican los componentes correspondientes a lo largo de las varias vistas de los dibujos. Los especialistas en la tecnica apreciaran que los elementos en las figuras se ilustran para simplicidad y claridad y no se han trazado necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos en las figuras pueden estar exageradas respecto a otros elementos para ayudar a mejorar la comprension de diversos aspectos del presente proceso y aparato. Tambien, los elementos comunes, pero bien entendidos que son utiles o necesarios en aspectos comercialmente factibles, a menudo no se representan con el fin de facilitar una vista menos obstruida de estos diversos aspectos.
DESCRIPCION DETALLADA
Definiciones
A menos que se definan de otro modo, los siguientes terminos como se usan a lo largo de esta memoria descriptiva para la presente divulgacion se definen como sigue y pueden incluir las formas singular o plural de definiciones definidas a continuacion:
El termino “aproximadamente” que modifica cualquier cantidad hace referencia a la variacion de esa cantidad hallada en condiciones del mundo real, p. ej. en el laboratorio, planta piloto o instalacion de produccion. Por ejemplo, una cantidad de un ingrediente o medida empleada en una mezcla o cantidad, cuando se modifica por “aproximadamente”, incluye la variacion y el grado de cuidado empleados tipicamente en la medida de una condicion experimental en la planta de produccion o laboratorio. Por ejemplo, la cantidad de un componente de un producto cuando se modifica por “aproximadamente” incluye la variacion entre lotes en experimentos multiples en la planta o el laboratorio y la variacion inherente en el procedimiento analttico. Se modifiquen o no por “aproximadamente”, las cantidades incluyen equivalentes a esas cantidades. Cualquier cantidad declarada en la presente memoria y modificada por “aproximadamente” puede emplearse tambien en la presente divulgacion como la cantidad no modificada por “aproximadamente”.
El termino “filtro de mangas” o “filtro manga” significa el proceso o equipo disenado para el uso de tubos de filtro de tela tratada, envolturas o cartuchos para la captura, separacion o filtrado de partfculas solidas (partfculas finas, polvo) contenidas en un gas. Los gases cargados de polvo o cargados de solidos entran en el filtro de mangas y pasan a traves de bolsas de tela que actuan como filtros. Las bolsas pueden ser de algodon tejido o de fieltro, material sintetico o de fibra de vidrio en forma de tubo o envoltura. Los tipos comunes de filtros de mangas incluyen de agitador mecanico, aire inverso y chorro inverso.
“Material carbonoso” como se usa en la presente memoria hace referencia a material rico en carbono tal como carbon y productos petroqmmicos. Sin embargo, en esta memoria descriptiva, el material carbonoso incluye cualquier material de carbono tanto en estado solido como lfquido, gaseoso o de plasma. Entre los numerosos artmulos que pueden considerarse material carbonoso, la presente divulgacion contempla: material carbonoso, producto lfquido carbonoso, reciclado lfquido industrial carbonoso, residuos solidos urbanos carbonosos (RSU o rsu), residuos urbanos carbonosos, material agncola carbonoso, material forestal carbonoso, residuos de madera carbonosos, material de construccion carbonoso, material vegetativo carbonoso, residuos industriales carbonosos, residuos de fermentacion carbonosos, coproductos petroqmmicos carbonosos, coproductos de produccion de alcohol carbonosos, carbon carbonoso, neumaticos, plasticos, plastico residual, alquitran de horno de coque, Fibersoft, lignina, licor negro, polfmeros, polfmeros residuales, poli(tereftalato de etileno) (PETA), poliestireno (PS), lodos de depuradora, residuos animales, restos de cultivo, cultivos energeticos, restos de procesamiento forestal, restos de procesamiento de madera, residuos de ganadena, residuos de avicultura, restos de procesamiento de alimentos, residuos de procesos fermentativos, coproductos de etanol, grano gastado, microorganismos gastados o sus combinaciones.
El termino “colector de polvo” o “sistema de recogida de polvo” significa un proceso o equipo disenado para capturar, separar o filtrar partfculas solidas (partmulas finas, polvo) contenidas en un gas. Un sistema de recogida de polvo consiste generalmente en un soplador, un filtro de polvo, un sistema de limpieza del filtro y un recipiente de polvo o sistema de retirada de polvo. Los tipos principales de colectores de polvo industriales incluyen separadores inerciales, filtros de tela o filtros de manga, depuradores humedos, precipitadores electrostaticos y colectores unitarios.
El termino "fibersoft" o "Fibersoft" o "fibrosoft" o "fibrousoft" significa un tipo de material carbonoso que se produce como resultado del reblandecimiento y concentracion de diversas sustancias; en un ejemplo el material carbonoso se produce mediante autoclave con vapor de diversas sustancias. En otro ejemplo, el fibersoft puede incluir autoclave con vapor de residuos urbanos, industriales, comerciales y medicos que da como resultado un material pastoso fibroso.
El termino “residuos solidos urbanos” o “RSU” o “rsu” significa un residuo que puede incluir residuos domesticos, comerciales, industriales y/o restantes.
El termino “sintegas” o “gas sintetico” significa gas de smtesis, que es el nombre dado a una mezcla gaseosa que contiene cantidades variables de monoxido de carbono e hidrogeno. Los ejemplos de procedimientos de produccion incluyen reformado con vapor de gas natural o hidrocarburos para producir hidrogeno, gasificacion de carbon y algunos tipos de instalaciones de gasificacion de residuos a energfa. El nombre proviene de su uso como intermedios en la creacion de gas natural sintetico (GNS) y para producir amoniaco o metanol. El sintegas comprende el uso como intermedio en la produccion de petroleo sintetico para uso como combustible o lubricante mediante la smtesis de Fischer-Tropsch y anteriormente el proceso de metanol a gasolina de Mobil. El sintegas consiste principalmente en hidrogeno, monoxido de carbono y algo de dioxido de carbono, y tiene menos de la mitad de densidad energetica (es decir, contenido de BTU) del gas natural. El sintegas es inflamable y se usa a menudo como fuente de combustible o como intermedio para la produccion de otros productos qmmicos.
“Tonelada” o “tonelada” hace referencia a la tonelada corta de EE. UU., es decir, aproximadamente 907,2 kg (2000 lb).
Como se usa en la presente memoria, el termino “alquitran” incluye, sin limitacion, un alquitran gaseoso, un alquitran lfquido, un alquitran solido, sustancias formadoras de alquitran o mezclas de los mismos, que comprenden generalmente hidrocarburos y derivados de los mismos. Existe un gran numero de procedimientos de medida de alquitran bien conocidos que pueden utilizarse para medir alquitran. Una gran familia de tecnicas incluye procedimientos analfticos basados en la cromatograffa en fase lfquida o gaseosa acoplada con un detector. Los detectores mas frecuentes en el caso de medida de alquitranes son el detector de ionizacion de llama (DIL) y el espectrometro de masas. Otra familia de tecnicas incluye procedimientos espectrometricos, que incluyen detectar y analizar un espectro. Este es, por ejemplo, de espectrometna infrarroja, ultravioleta (UV) o de luminiscencia y la tecnica de LIBS (espectroscopfa de descomposicion inducida por laser). Es otra tecnica para monitorizar los gases de combustion la espectrometna infrarroja FTIR (infrarroja de transformada de Fourier). Documentos variados mencionan esta tecnica, tales como por ejemplo los documentos WO2006015660, WO03060480 y la patente de EE. UU. n.° 5.984.998.
Existen otros procedimientos electronicos conocidos que permiten una monitorizacion continua de alquitranes. Estas tecnicas incluyen detectores con celdas y sensores electroqmmicos con semiconductores. Pueden utilizarse tambien diversas tecnicas gravimetricas para las medidas de alquitran. En un aspecto, la cantidad de alquitran puede expresarse como ppm equivalentes de carbono. En este aspecto, el hidrocarburo puede ser benceno o un alcohol tal como metanol. En este aspecto, el equivalente de concentracion de alquitran o equivalentes de alquitran corresponden lo mas preferiblemente a los ppm equivalentes (molares) de benceno. La concentracion de alquitran se mide provechosamente a la salida del aparato de gasificacion y previamente a cualquier enfriamiento sustancial del sintegas.
Descripcion detallada
La siguiente descripcion no ha de tomarse en sentido limitante, sino que se realiza simplemente con el fin de describir los principios generales de realizaciones ejemplares. El alcance de la invencion debena determinarse con referencia a las reivindicaciones.
Se proporciona un proceso de gasificacion para producir sintegas que incluye gasificar material carbonoso en un aparato de gasificacion para producir sintegas que incluye monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) y enfriar dicho sintegas en un enfriador de sintegas o caldera de recuperacion, y opcionalmente tratar adicionalmente el sintegas enfriado con productos qmmicos para retirar los contaminantes y tratar entonces adicionalmente el sintegas que contiene productos qmmicos en un sistema de recogida de polvo, p. ej. un filtro de mangas. El proceso incluye hacer funcionar el aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha con una tasa reducida de alimentacion, opcionalmente con una alta entrada de oxfgeno por unidad de masa de material carbonoso (p. ej., cantidad de oxfgeno estequiometrica o casi estequiometrica o por encima de la estequiometrica) para producir un primer sintegas con un bajo contenido de CO, es decir con una baja relacion de CO/CO2 , p. ej. una relacion de CO/CO2 menor de aproximadamente 0,5. El proceso incluye hacer funcionar el aparato de gasificacion en modo de produccion, es decir, con una baja entrada de oxfgeno por unidad de masa de material carbonoso (p. ej., cantidad de oxfgeno subestequiometrica) para promover preferentemente la produccion de monoxido de carbono y producir un segundo sintegas con alto contenido de CO, es decir con una alta relacion de CO/CO2 , p. ej. una relacion molar de CO/CO2 mayor que la del primer sintegas. En una primera realizacion, la relacion molar de CO/CO2 en el segundo sintegas es mayor de aproximadamente 1,0.
El proceso incluye hacer funcionar el aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha hasta que el aparato de gasificacion y el equipo mas adelante del aparato de gasificacion esten adecuadamente calentados. El proceso, por lo tanto, incluye medir temperaturas en uno o mas puntos (localizaciones) dentro y mas adelante del aparato de gasificacion. En un aspecto, el proceso incluye medir temperaturas de sintegas (p. ej. el primer sintegas) en uno o mas puntos (localizaciones) dentro y mas adelante del aparato de gasificacion. Segun el proceso, la operacion del aparato de gasificacion efectua una transicion del modo de puesta en marcha al modo de produccion despues de que uno o mas puntos (localizaciones) dentro y mas adelante del aparato de gasificacion alcancen temperaturas diana. En un aspecto, la operacion del aparato de gasificacion efectua una transicion del modo de puesta en marcha al modo de produccion despues de que la temperatura del sintegas (primer sintegas) antes de entrar en el enfriador de sintegas alcance una primera temperatura diana. En un aspecto, la operacion del aparato de gasificacion efectua una transicion del modo de puesta en marcha al modo de produccion despues de que la temperatura del sintegas (primer sintegas) a la salida del sistema de recogida de polvo (p. ej. filtro de mangas) alcance una segunda temperatura diana.
Hasta que la temperatura del primer sintegas alcanza la primera temperatura diana, puede pasarse todo o parte del primer sintegas producido durante este modo de operacion de puesta en marcha a traves del enfriador de sintegas para producir un primer sintegas enfriado. Como alternativa, puede enviarse todo o parte del primer sintegas producido durante este modo de operacion de puesta en marcha a una unidad de oxidacion termica para procesamiento y eliminacion. En una realizacion, se envfa todo o parte del primer sintegas a una unidad de oxidacion termica hasta que la temperatura del primer sintegas a la entrada de dicho enfriador de sintegas alcanza la primera temperatura diana. En un aspecto, se envfa todo o parte del primer sintegas a una unidad de oxidacion termica durante la operacion del aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha.
En un aspecto, la operacion del aparato de gasificacion efectua una transicion al modo de produccion despues de que la temperatura del primer sintegas a la entrada del enfriador de sintegas alcance una primera temperatura diana. En un aspecto, la operacion del aparato de gasificacion efectua una transicion al modo de produccion despues de que la temperatura del primer sintegas a la salida del sistema de recogida de polvo (p. ej., filtro de mangas) alcance una segunda temperatura diana. La adicion de material carbonoso y oxfgeno molecular al aparato de gasificacion se continua, sin embargo, se reduce la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso en dicho aparato de gasificacion para producir un segundo sintegas con alto contenido de CO o con alta relacion de CO/CO2 , p. ej. una relacion molar de CO/CO2 mayor que la del primer sintegas. Por ejemplo, en una realizacion, la relacion molar de CO/CO2 en el segundo sintegas es mayor de aproximadamente 1,0. Puede pasarse todo o parte del primer sintegas producido durante este modo de operacion de produccion a traves del enfriador de sintegas para producir un segundo sintegas enfriado. Opcionalmente, puede enviarse todo o parte del segundo sintegas producido durante este modo de operacion de produccion a una unidad de oxidacion termica para procesamiento y eliminacion.
Es deseable tener poco o ningun CO y mayoritariamente CO2 en el primer sintegas. En un aspecto, el proceso es eficaz para proporcionar una relacion molar de CO/CO2 en dicho primer sintegas de menos de aproximadamente 0,5. En un aspecto, la relacion molar de CO/CO2 en dicho primer sintegas es menor de aproximadamente 0,25. En otro aspecto, la relacion molar de CO/CO2 en dicho primer sintegas es menor de aproximadamente 0,1. Es deseable tener mas CO y menos CO2 en el segundo sintegas. En un aspecto, el proceso es eficaz para proporcionar una relacion molar de CO/CO2 en dicho segundo sintegas mayor de aproximadamente 1,0. En un aspecto, la relacion molar de CO/CO2 en dicho segundo sintegas es mayor de aproximadamente 1,5.
Se suministra una cantidad subestequiometrica de oxfgeno al aparato de gasificacion para promover la produccion de monoxido de carbono durante la operacion en modo de produccion. Por lo tanto, en un aspecto, durante la operacion en modo de produccion, la relacion de cantidad de entrada de oxfgeno molecular a cantidad total de oxfgeno molecular requerida para oxidar completamente todo el carbono contenido en la alimentacion de material carbonoso a dioxido de carbono esta en el intervalo de 0,1 a 0,9. En un aspecto, 0,1 a 0,8, en otro aspecto 0,1 a 0,7 y en otro aspecto 0,1 a 0,45. En un aspecto, durante la operacion en modo de puesta en marcha, la relacion de cantidad de entrada de oxfgeno molecular a cantidad total de oxfgeno molecular requerida para oxidar completamente todo el carbono contenido en la alimentacion de material carbonoso a dioxido de carbono esta en el intervalo de 0,5 a 2,0. En un aspecto, durante la operacion en modo de puesta en marcha, la relacion de cantidad de entrada de oxfgeno molecular a cantidad total de oxfgeno molecular requerida para oxidar completamente todo el carbono contenido en la alimentacion de material carbonoso a dioxido de carbono esta en el intervalo de 0,75 a 1,5. En un aspecto, durante la operacion en modo de puesta en marcha, la relacion de cantidad de entrada de oxfgeno molecular a cantidad total de oxfgeno molecular requerida para oxidar completamente todo el carbono contenido en la alimentacion de material carbonoso a dioxido de carbono esta en el intervalo de 0,9 a 1,1.
Las temperaturas diana se seleccionan de modo que pueda evitarse o reducirse la aparicion de incrustacion o la formacion de depositos dentro y mas adelante del aparato de gasificacion. La primera temperatura diana puede ser de aproximadamente 700 °C a aproximadamente 1000 °C. En un aspecto, la primera temperatura diana puede ser de aproximadamente 750 °C a aproximadamente 850 °C. La segunda temperatura diana en una salida del sistema de recogida de polvo puede ser de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 200 °C. En un aspecto, la segunda temperatura diana puede ser de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C.
La reduccion de la tasa de adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso puede lograrse aumentando la tasa de adicion de material carbonoso. Por ejemplo, en un aspecto, para el modo de operacion de puesta en marcha, se mantiene la tasa de adicion de alimentacion de material carbonoso significativamente menor que para el modo de operacion de produccion mientras que se mantiene la tasa de adicion de oxfgeno molecular al mismo nivel que en cada modo de operacion. La reduccion de la tasa de adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso puede lograrse disminuyendo la tasa de adicion de oxfgeno molecular. Por ejemplo, en un aspecto, la tasa de adicion de alimentacion de material carbonoso se mantiene igual para el modo de operacion de puesta en marcha y el modo de operacion de produccion, pero la tasa de adicion de oxfgeno molecular se disminuye. En un aspecto, se disminuye la tasa de adicion de oxfgeno molecular a medida que el modo de operacion cambia de modo de puesta en marcha a modo de produccion, mientras que se aumenta la tasa de adicion de material carbonoso.
Puede evitarse o reducirse la aparicion de incrustacion o la formacion de depositos en el enfriador de sintegas tomando la medida adicional de asegurar una velocidad lineal suficientemente alta del gas que fluye a traves del enfriador de sintegas. La velocidad lineal medida en la entrada del enfriador de sintegas es mayor de aproximadamente 15 metros/segundo, en otro aspecto, mayor de aproximadamente 20 metros/segundo, y en otro aspecto, es deseable aproximadamente 24 metros/segundo. En otro aspecto, la velocidad lineal medida en una entrada del enfriador de sintegas esta entre aproximadamente 15 y aproximadamente 30 metros/segundo, y en otro aspecto, de aproximadamente 22 a aproximadamente 26 metros/segundo. Puede lograrse una velocidad lineal aumentada aumentando el caudal volumetrico de gas y/o disminuyendo el area de seccion transversal del flujo. El caudal volumetrico puede aumentarse reciclando todo o parte del gas que sale del enfriador de sintegas de vuelta a la entrada del enfriador de sintegas. Por ejemplo, en un aspecto, se alcanza una velocidad lineal aumentada mezclando al menos una porcion del primer sintegas enfriado con al menos una porcion del primer sintegas antes de pasar a traves de dicho enfriador de sintegas. En otro aspecto, se alcanza una velocidad lineal aumentada mezclando al menos una porcion del segundo sintegas enfriado con al menos una porcion del segundo sintegas antes de pasar a traves de dicho enfriador de sintegas. Puede obtenerse tambien un caudal volumetrico aumentado aumentando el contenido inerte del gas. El uso de sintegas enfriado reciclado posibilita mantener velocidades de intercambiador optimas cuando se reduce la tasa de produccion de sintegas por cualquier razon, incluyendo durante las transiciones de puesta en marcha, cierre y alimentacion de materia prima. Por tanto, en un aspecto, se alcanza una velocidad lineal aumentada usando aire como fuente de oxfgeno molecular, especialmente durante el modo de operacion de puesta en marcha.
El aparato de gasificacion puede incluir cualquier equipo de gasificacion descrito en la tecnica anterior tal como, pero sin limitacion, lecho movil, lecho fijo, lecho fluidizado, flujo arrastrado, contracorriente (“tiro ascendente”), equicorriente (“tiro descendente”), lecho fijo contracorriente, lecho fijo equicorriente, lecho movil contracorriente, tiro transversal de lecho movil equicorriente, hfbrido, flujo transversal, lecho movil de flujo transversal o una parte de los mismos. En un aspecto, el aparato de gasificacion comprende una unidad de flujo transversal. En una realizacion, el aparato de gasificacion comprende una unidad de lecho movil de flujo transversal.
En un aspecto, el aparato de gasificacion incluye una zona de gasificacion en la que se pone en contacto el material carbonoso con gas que contiene oxfgeno a una temperatura relativamente baja (p. ej., por debajo de la temperatura de fusion de la ceniza) para producir un sintegas bruto y una zona de tratamiento termico en la que el sintegas bruto experimenta tratamiento termico o acondicionamiento en presencia de una cantidad adicional de ox^geno a una mayor temperatura (p. ej., por encima de la temperatura de fusion de la ceniza) para producir un sintegas caliente. En un aspecto, por ejemplo, durante la puesta en marcha, la presion es atmosferica o mayor que la atmosferica. En otro aspecto, por ejemplo, durante el modo de puesta en marcha, pueden permitirse fugas de aire.
En un aspecto, el aparato de gasificacion o la zona de gasificacion incluye multiples secciones o soleras de gasificacion para poner en contacto dicho material carbonoso con un primer gas que contiene oxfgeno molecular y opcionalmente con uno o mas de vapor y CO2 para gasificar una porcion de dicho material carbonoso y para producir un primer producto gaseoso. En diversos aspectos, el aparato de gasificacion o zona de gasificacion comprende 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 secciones o soleras de gasificacion. Las entradas de gas para la introduccion de oxfgeno molecular pueden enlazarse con el aparato de gasificacion o zona de gasificacion o una o mas soleras contenidas en los mismos. Pueden introducirse tambien vapor o CO2 a traves de una o mas de estas entradas de gas. En un aspecto, se premezclan uno o mas de oxfgeno molecular, vapor y CO2 antes de suministrar a las entradas de gas enlazadas con el aparato de gasificacion o la zona de gasificacion o una o mas soleras contenidas en los mismos.
La zona de tratamiento termico puede lograr uno o mas de craqueo y oxidacion parcial de cualquier alquitran contenido en el sintegas bruto. La zona de tratamiento termico puede ser una camara horizontal o vertical con seccion transversal circular o cuadrada o rectangular o cualquier otra. La zona de tratamiento termico puede estar inclinada en direccion horizontal o vertical. En un aspecto, la zona de tratamiento termico se conecta con la zona de gasificacion a traves de una o mas zonas de conexion. Puede enlazarse una entrada de gas directamente con la zona de tratamiento termico. Pueden enlazarse una o mas entradas de gas con una o mas zonas de conexion (gargantas). El gas que contiene oxfgeno molecular puede introducirse directamente en la zona de tratamiento termico. El gas que contiene oxfgeno molecular puede introducirse en la zona de tratamiento termico a traves de una o mas entradas de gas enlazadas con una o mas zonas de conexion.
Pueden crearse puntos calientes indeseables en dicho aparato de gasificacion o en la zona de gasificacion o soleras contenidas en los mismos debido a la distribucion desigual del gas que contiene oxfgeno molecular en dicha alimentacion de material carbonoso. Esto puede producir sintegas de mala calidad. La formacion de puntos calientes puede reducirse o prevenirse inyectando uno o mas de vapor y dioxido de carbono en uno o mas de dichos aparatos de gasificacion. Por tanto, para prevenir los puntos calientes indeseables, puede tratarse la alimentacion de material carbonoso con vapor junto con oxfgeno molecular en el aparato de gasificacion. La alimentacion de material carbonoso puede tratarse con gas CO2 junto con oxfgeno molecular en el aparato de gasificacion. Sin embargo, durante la operacion en modo de puesta en marcha en el que puede ser un objetivo el calentamiento rapido del proceso, la coalimentacion de vapor o CO2 puede no ser ventajosa. La coalimentacion de vapor o CO2 puede ser ventajosa e importante durante la operacion de modo de produccion.
La fuente de oxfgeno molecular puede ser una o mas de aire, aire enriquecido en oxfgeno u oxfgeno puro. La cantidad total de oxfgeno molecular introducida en el aparato de gasificacion durante la operacion en modo de produccion puede ser de aproximadamente 0 a aproximadamente 34 kg-mol (75 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca, en otro aspecto de aproximadamente 0 a aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lbmol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca, y en otro aspecto de aproximadamente 18,1 kg-mol (40 lb-mol) a aproximadamente 27,2 kg-mol (60 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca. La cantidad total de oxfgeno molecular introducida en el aparato de gasificacion durante la operacion en modo de puesta en marcha puede estar en el intervalo de aproximadamente 0 a aproximadamente 56,7 kg-mol (125 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca, en otro aspecto de aproximadamente 0 a aproximadamente 45,4 kg-mol (100 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca y, en otro aspecto, de aproximadamente 0 a aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca. La cantidad total de vapor introducida en el aparato de gasificacion puede ser de aproximadamente 0 a aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de alimentacion de material carbonoso en base seca. La cantidad total de dioxido de carbono introducida en el aparato de gasificacion puede ser de aproximadamente 0 a aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de alimentacion de material carbonoso en base seca. En un aspecto, se introducen tanto vapor como dioxido de carbono en el aparato de gasificacion.
El material carbonoso alimentado al gasificador puede incluir material carbonoso, producto lfquido carbonoso, reciclado lfquido industrial carbonoso, residuos solidos urbanos carbonosos (rsu), residuos urbanos carbonosos, material agncola carbonoso, material forestal carbonoso, residuos de madera carbonosos, material de construccion carbonoso, material vegetativo carbonoso, residuos industriales carbonosos, residuos de fermentacion carbonosos, coproductos petroqmmicos carbonosos, coproductos de produccion de alcohol carbonosos, carbon carbonoso, neumaticos, plasticos, plastico residual, alquitran de horno de coque, fibersoft, lignina, licor negro, polfmeros, polfmeros residuales, poli(tereftalato de etileno) (PETA), poliestireno (PS), lodos de depuradora, residuos animales, restos de cultivo, cultivos energeticos, restos de procesamiento forestal, restos de procesamiento de madera, residuos de ganadena, residuos de avicultura, restos de procesamiento de alimentos, residuos de procesos fermentativos, coproductos de etanol, grano gastado, microorganismos gastados o sus combinaciones. En una realizacion de la presente divulgacion, el material carbonoso alimentado al gasificador comprende una pluralidad de materiales carbonosos seleccionados de material carbonoso, producto lfquido carbonoso, reciclado lfquido industrial carbonoso, residuos solidos urbanos carbonosos (rsu), residuos urbanos carbonosos, material agncola carbonoso, material forestal carbonoso, residuos de madera carbonosos, material de construccion carbonoso, material vegetativo carbonoso, residuos industriales carbonosos, residuos de fermentacion carbonosos, coproductos petroqmmicos carbonosos, coproductos de produccion de alcohol carbonosos, carbon carbonoso, neumaticos, plasticos, plastico residual, alquitran de horno de coque, Fibersoft, lignina, licor negro, polfmeros, poKmeros residuales, poli(tereftalato de etileno) (PETA), poliestireno (PS), lodos de depuradora, residuos animales, restos de cultivo, cultivos energeticos, restos de procesamiento forestal, restos de procesamiento de madera, residuos de ganadena, residuos de avicultura, restos de procesamiento de alimentos, residuos de procesos fermentativos, coproductos de etanol, grano gastado, microorganismos gastados o sus combinaciones.
En un aspecto, dicho material carbonoso incluye agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye menos de aproximadamente un 50 % en peso de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye menos de aproximadamente un 25 % en peso de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye menos de aproximadamente un 15 % en peso de agua. En un aspecto, el contenido de humedad de dicho material carbonoso disminuye por presecado. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye mas de aproximadamente un 25 % en peso de carbono en base seca o libre de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye mas de aproximadamente un 50 % en peso de carbono en base seca o libre de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye de aproximadamente 0 a aproximadamente 50 % en peso de oxfgeno en fase seca o libre de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye de aproximadamente 0 a aproximadamente 25 % en peso de hidrogeno en base seca o libre de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye menos de aproximadamente un 25 % en peso de ceniza en base seca o libre de agua. En un aspecto, dicho material carbonoso incluye menos de aproximadamente un 15 % en peso de ceniza en base seca o libre de agua.
Como se describe anteriormente, el sintegas producido por el aparato de gasificacion puede enfriarse en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado para uso mas adelante, p. ej. en fermentacion para producir productos qmmicos tales como acido acetico, etanol, etc. El enfriador de sintegas puede ser un equipo de intercambio de calor o un intercambiador de calor conocido en la tecnica. Por ejemplo, un enfriador de sintegas puede ser una seleccion de: intercambiador de calor de cubierta y tubo, intercambiador de calor de placas, intercambiador de calor de placas y armazon, intercambiador de calor tubular, intercambiador de calor de doble tubena, intercambiador de calor de horquilla, intercambiador de calor de paso simple, intercambiador de calor de multiples pasos, intercambiador de calor de placas y aletas, intercambiador de calor espiral y combinaciones de los mismos.
El sintegas enfriado puede contener contaminantes que debenan retirarse antes del uso mas adelante. La retirada de contaminantes puede lograrse tratando el sintegas enfriado con agentes qmmicos. Por tanto, pueden anadirse uno o mas agentes qmmicos al sintegas enfriado para producir un sintegas enfriado que contiene productos qmmicos. El sintegas enfriado que contiene productos qmmicos puede procesarse en un sistema de recogida de polvo (p. ej., un filtro de mangas) para retirar los residuos qmmicos para producir por tanto un sintegas enfriado limpio. El sintegas enfriado limpio puede enviarse a un procesamiento mas adelante o a una unidad de oxidacion termica. El sintegas enfriado limpio puede opcionalmente enfriarse adicionalmente en una torre de refrigeracion previamente al uso mas adelante.
El sistema de recogida de polvo es eficaz para capturar, separar o filtrar partfculas solidas (partfculas finas, polvo) del gas. El sistema de recogida de polvo puede incluir uno o mas de un soplador, un filtro de polvo, un sistema de limpieza de filtro y un recipiente de polvo o sistema de retirada de polvo. El sistema de recogida de polvo puede ser un colector de polvo de tipo separador inercial, un colector de polvo de tipo filtro de tela (filtro de mangas), un depurador humedo, un precipitador electrostatico o un colector unitario. En un aspecto, el sistema de recogida de polvo es un filtro de mangas.
Para un aparato de gasificacion que incluye una zona de gasificacion y una zona de tratamiento termico, la zona de tratamiento termico puede estar fna durante la puesta en marcha y puede tender a la incrustacion o formacion de depositos o puede contribuir a la incrustacion o la formacion de depositos en las tubenas o enfriador de sintegas mas adelante. Por lo tanto, se prefiere a menudo hacer funcionar el aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha hasta que la zona de tratamiento termico se calienta adecuadamente. Por ejemplo, en un aspecto, el aparato de gasificacion se hace funcionar en modo de puesta en marcha hasta que la zona de tratamiento termico alcanza una temperatura de aproximadamente 900 °C. La operacion en modo de produccion no se inicia hasta que la zona de tratamiento termico alcanza al menos aproximadamente 900 °C de temperatura. Opcionalmente, se envfa todo o parte del primer sintegas producido a una unidad de oxidacion termica hasta que la zona de tratamiento termico alcanza al menos aproximadamente 900 °C de temperatura. En una realizacion, el aparato de gasificacion se hace funcionar en modo de puesta en marcha hasta que la zona de tratamiento termico alcanza una temperatura de aproximadamente 1000 °C. La operacion en modo de produccion no se inicia hasta que la zona de tratamiento termico alcanza al menos aproximadamente 1000 °C. Opcionalmente, se envfa todo o parte del primer sintegas producido a una unidad de oxidacion termica hasta que la zona de tratamiento termico alcanza al menos aproximadamente1000 °C.
En un aspecto, se recicla de vuelta al aparato de gasificacion al menos una porcion del sintegas que sale del enfriador de sintegas para enfriar la temperature de entrada al enfriador de sintegas y/o aumentar la velocidad lineal del gas que entra en el enfriador de sintegas. En un aspecto, se recicla de vuelta a la zona de conexion de un aparato de gasificacion al menos una porcion del sintegas que sale del enfriador de sintegas para aumentar la velocidad lineal del gas que entra en el enfriador de sintegas asf como a traves de la zona de conexion, en el que la zona de gasificacion incluye una zona de gasificacion y una zona de tratamiento termico conectadas por una zona de conexion.
Las Figuras 1 a 4 ilustran diversos aspectos del proceso. La Figura 1 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que comprende la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se introduce una alimentacion de material carbonoso (100) en el aparato de gasificacion (200). Se suministra un gas que contiene oxfgeno molecular (150) al aparato de gasificacion y por tanto se trata la alimentacion de material carbonoso con oxfgeno molecular para iniciar y facilitar la transformacion qmmica del material carbonoso. Se gasifica al menos una porcion de la alimentacion de material carbonoso en el aparato de gasificacion para producir un producto gaseoso o sintegas (250). El suministro de oxfgeno al aparato de gasificacion puede controlarse para controlar las cantidades relativas de monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) producidas por la gasificacion del material carbonoso. Se enfna posteriormente el sintegas caliente en un enfriador de sintegas (300) para producir un sintegas enfriado (350). Se retira una corriente de ceniza (220) del aparato de gasificacion.
La Figura 2 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se introduce una alimentacion de material carbonoso (100) en el aparato de gasificacion (200). Se suministra un gas que contiene oxfgeno (150) al aparato de gasificacion y por tanto se trata la alimentacion de material carbonoso con oxfgeno molecular para iniciar y facilitar la transformacion qmmica del material carbonoso. Se gasifica al menos una porcion del material carbonoso en el aparato de gasificacion para producir un producto gaseoso o sintegas (250). El suministro de oxfgeno al aparato de gasificacion puede controlarse para controlar las cantidades relativas de monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) producidas por la gasificacion del material carbonoso. Se enfna posteriormente el sintegas caliente en un enfriador de sintegas (300) para producir un sintegas enfriado (350). Se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado (450) y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas. Se usa un compresor (400) para facilitar el reciclado de sintegas enfriado. Se retira una corriente de ceniza (220) del aparato de gasificacion.
La Figura 3 es un diagrama esquematico de un aspecto de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas; y en el que el aparato de gasificacion comprende dos zonas de reaccion, p. ej., una zona de gasificacion y una zona de tratamiento termico conectadas a traves de una zona de conexion. Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se introduce una alimentacion de material carbonoso (100) en la zona de gasificacion (201) de dicho aparato de gasificacion. Se suministra gas que contiene oxfgeno molecular (150) a la zona de gasificacion de dicho aparato de gasificacion y por tanto se trata la alimentacion de material carbonoso con oxfgeno molecular para iniciar y facilitar la transformacion qmmica del material carbonoso. Se gasifica al menos una porcion de la alimentacion de material carbonoso en la zona de gasificacion para producir un producto gaseoso bruto (sintegas bruto). El sintegas bruto pasa a traves de la zona de conexion (203). Se introduce oxfgeno molecular (202) en la zona de conexion para mezclar con dicho sintegas bruto. La mezcla que comprende sintegas bruto y oxfgeno molecular entra en la zona de tratamiento termico (204). Puede introducirse tambien oxfgeno molecular en la zona de tratamiento termico. El sintegas bruto experimenta tratamiento termico en la zona de tratamiento termico para producir un sintegas caliente (250). El suministro de oxfgeno al aparato de gasificacion (una o mas de la zona de gasificacion, zona de conexion y zona de tratamiento termico) puede controlarse para controlar las cantidades relativas de monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) producidas por la gasificacion del material carbonoso. Se enfna posteriormente el sintegas caliente en un enfriador de sintegas (300) para producir un sintegas enfriado (350). Se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado (450) y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas. Se usa un compresor (400) para facilitar el reciclado de sintegas enfriado. Se retira una corriente de ceniza (220) del aparato de gasificacion.
La Figura 4 es un diagrama esquematico de un proceso que incluye la gasificacion de material carbonoso por tratamiento con oxfgeno molecular en un aparato de gasificacion para producir un sintegas caliente y el posterior enfriamiento de dicho sintegas caliente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado; en el que se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas; en el que puede enviarse al menos una porcion de uno o mas del sintegas caliente y enfriado a una unidad de oxidacion termica; y en el que puede procesarse al menos una porcion de dicho sintegas enfriado en un filtro de mangas. Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se introduce una alimentacion de material carbonoso (100) en el aparato de gasificacion (200). Se suministra un gas que contiene oxfgeno molecular (150) al aparato de gasificacion y por tanto se trata la alimentacion de material carbonoso con oxfgeno molecular para iniciar y facilitar la transformacion qmmica del material carbonoso. Se gasifica al menos una porcion de la alimentacion de material carbonoso en el aparato de gasificacion para producir un producto gaseoso o sintegas (250). El suministro de oxfgeno al aparato de gasificacion puede controlarse para controlar las cantidades relativas de monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (CO2) producidas por la gasificacion del material carbonoso. El sintegas caliente se enfna posteriormente en un enfriador de sintegas (300) para producir un sintegas enfriado (350). Se recicla al menos una parte de dicho sintegas enfriado (450) y se mezcla con dicho sintegas caliente antes de entrar en el enfriador de sintegas. Se usa un compresor (400) para facilitar el reciclado de sintegas enfriado. Puede enviarse al menos una porcion de sintegas caliente a una unidad de oxidacion termica (700) para procesamiento y eliminacion (750). Puede enviarse al menos una porcion de sintegas enfriado a una unidad de oxidacion termica. El sintegas enfriado puede contener contaminantes que debenan retirarse antes del uso mas adelante. La retirada de contaminantes puede lograrse anadiendo agentes qmmicos. Por tanto, pueden anadirse uno o mas agentes qmmicos (500) al sintegas enfriado para producir un sintegas enfriado que contiene productos qmmicos (550). El sintegas enfriado que contiene productos qmmicos se procesa en un filtro de mangas (600) para retirar los residuos qmmicos (agentes qmmicos con contaminantes) y para producir un sintegas enfriado limpio (650) que se envfa a procesamiento mas adelante o a una unidad de oxidacion termica. El sintegas enfriado limpio puede opcionalmente enfriarse adicionalmente en una torre de refrigeracion antes del uso mas adelante (no mostrado en el diagrama). Se retira una corriente de ceniza (220) del aparato de gasificacion.
EJEMPLOS
Ejemplo 1: Carga solida de sintegas producido por la gasificacion en modo de produccion
Se hizo funcionar el aparato de gasificacion en modo de puesta en marcha proporcionando materiales carbonosos al gasificador a una tasa de alimentacion aproximadamente la mitad de la usada en el modo de produccion. Se suministro oxfgeno al gasificador a una tasa de alimentacion de aproximadamente 18,1 kg-mol (40 lb-mol) a 22,7 kgmol (50 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca. Como se describe anteriormente, se permitio cierta fuga de aire en el gasificador que aumenta la disponibilidad de oxfgeno.
Tras poner en marcha un gasificador en modo de puesta en marcha como se describe anteriormente para obtener una primera temperatura diana en un intervalo de aproximadamente 700 °C a aproximadamente 1000 °C, se aumento la tasa de alimentacion de material carbonoso al aparato de gasificacion. Se suministro un gas que contiene oxfgeno molecular al aparato de gasificacion a una tasa de aproximadamente 22,7 kg-mol (50 lb-mol) a aproximadamente 40,8 kg-mol (90 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso libre de agua. Se alimento tambien al gasificador un corriente de dioxido de carbono a una tasa de aproximadamente 4,5 kg-mol (10 lb-mol) a aproximadamente 6,8 kg-mol (15 lb-mol) por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso libre de agua. Se produce sintegas caliente durante esta operacion que se enfna posteriormente en un enfriador de sintegas para producir un sintegas enfriado. Se procesa el sintegas enfriado en un filtro de mangas para retirar los residuos solidos y para producir un sintegas enfriado limpio. El sintegas enfriado limpio comprendfa CO en el intervalo de aproximadamente 25 a aproximadamente 35 % en moles, CO2 en el intervalo de aproximadamente 30 a aproximadamente 40 % en moles, H2 en el intervalo de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 % en moles, N2 en el intervalo de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 % en moles y una pequena cantidad de CH4. El filtro de mangas retiraba de aproximadamente 0,7 kg-mol (1,5 lb-mol) a aproximadamente 1,6 kg-mol (3,5 lb-mol) de solido por hora por 453,6 kg-mol (1000 lb-mol) por hora de sintegas enfriado limpio producido.
Analisis del residuo del filtro de mangas
Modo de puesta en marcha: Bajo nivel de residuo solido en el sintegas; puede seguir la operacion en modo de produccion. Modo de produccion: nivel operativo de residuo solido en sintegas (aumento de 3 veces de solidos frente al modo de puesta en marcha).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para producir sintegas, comprendiendo dicho procedimiento:
(a) anadir material carbonoso y oxfgeno molecular a un aparato de gasificacion para producir un primer sintegas con una relacion molar de CO/CO2 de menos de 0,5;
(b) medir la temperatura de dicho primer sintegas mas delante de dicho aparato de gasificacion y antes de entrar en un enfriador de sintegas; y
(c) en el que se pasa al menos una porcion de dicho primer sintegas a traves de dicho enfriador de sintegas para producir un primer sintegas enfriado y se mezcla al menos una porcion de dicho primer sintegas enfriado con dicha porcion del primer sintegas antes de pasar a traves de dicho enfriador de sintegas para producir dicho primer sintegas enfriado
y, despues de que dicha temperatura de dicho primer sintegas antes de entrar en dicho enfriador de sintegas alcance una primera temperatura diana, reducir la adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso en dicho aparato de gasificacion para producir un segundo sintegas con una relacion molar de CO/CO2 mayor que la de dicho primer sintegas,
en el que se pasa al menos una porcion de dicho segundo sintegas a traves de dicho enfriador de sintegas para producir un segundo sintegas enfriado, y se mezcla al menos una porcion de dicho segundo sintegas enfriado con al menos una porcion de dicho segundo sintegas antes de pasar a traves de dicho enfriador de sintegas,
y en el que ademas la velocidad lineal de la mezcla de dicho primer sintegas enfriado y dicho primer sintegas que fluye a traves de dicho enfriador de sintegas es mayor de 24 metros/segundo y la velocidad lineal de la mezcla de dicho segundo sintegas enfriado y dicho segundo sintegas que fluye a traves de dicho enfriador de sintegas es mayor de 24 metros/segundo.
2. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la fuente de oxfgeno molecular en la etapa (a) y/o etapa (c) se selecciona del grupo consistente en aire, aire enriquecido en oxfgeno, oxfgeno puro y combinaciones de los mismos.
3. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicha primera temperatura diana es de 700 °C a 1000 °C, preferiblemente de 750 °C a 850 °C.
4. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la reduccion o adicion de oxfgeno molecular por unidad de masa de material carbonoso se logra aumentando la tasa de adicion de material carbonoso o disminuyendo la tasa de adicion de oxfgeno molecular.
5. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la relacion molar de CO/CO2 de dicho segundo sintegas es mayor de 1,0, preferiblemente mayor de 1,5.
6. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicho aparato de gasificacion se selecciona del grupo consistente en lecho movil, lecho fijo, lecho fluidizado, flujo arrastrado, contracorriente (“tiro ascendente”), equicorriente (“tiro descendente”), lecho fijo contracorriente, lecho fijo equicorriente, lecho movil contracorriente, tiro transversal de lecho movil equicorriente, hfbrido, flujo transversal, lecho movil de flujo transversal, partes de los mismos y combinaciones de los mismos.
7. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicho aparato de gasificacion comprende una o mas zonas de reaccion.
8. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicho aparato de gasificacion comprende una zona de gasificacion para la gasificacion de material carbonoso para producir un sintegas bruto y una zona de tratamiento termico de dicho sintegas bruto para producir un primer sintegas o segundo sintegas.
9. El proceso de la reivindicacion 8, que comprende ademas: alcanzar al menos 900 °C, preferiblemente al menos 1000 °C de temperatura en dicha zona de tratamiento termico antes de la etapa (c).
10. El proceso de la reivindicacion 1 que comprende ademas tratar al menos una porcion de uno o mas de dicho primer sintegas, segundo sintegas, primer sintegas enfriado y segundo sintegas enfriado en una unidad de oxidacion termica.
11. El proceso de la reivindicacion 1 que comprende ademas tratar al menos una porcion de dicho primer sintegas en una unidad de oxidacion termica hasta que dicha temperatura de dicho primer sintegas mas delante de dicho aparato de gasificacion alcance una primera temperatura diana.
12.EI proceso de la reivindicacion 10, que comprende ademas tratar al menos una porcion de dicho primer sintegas en una unidad de oxidacion termica hasta alcanzar al menos una temperatura de 900 °C en dicha zona de tratamiento termico.
13. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicho enfriador de sintegas se selecciona del grupo consistente en intercambiador de calor de cubierta y tubo, intercambiador de calor de placas, intercambiador de calor de placas y armazon, intercambiador de calor tubular, intercambiador de calor de doble tubena, intercambiador de calor de horquilla, intercambiador de calor de paso simple, intercambiador de calor de multiples pasos, intercambiador de calor de placas y aletas, intercambiador de calor espiral y combinaciones de los mismos.
14. El proceso de la reivindicacion 1, que comprende ademas anadir uno o mas de vapor y CO2 en la etapa (c).
15. El proceso de la reivindicacion 1, en el que se anade en la etapa (a) menos de 22,7 kg-mol (50 lb-mol) de vapor por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca o menos de 22,7 kg-mol (50 lb-mol) de CO2 por 907 kg (tonelada corta) de material carbonoso en base seca.
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