ES2878104T3 - Gasificador de dos etapas y procedimiento de gasificación con flexibilidad de materia prima - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento de gasificación, que comprende: (a) introducir una materia prima hidrocarbonada líquida y al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión en una sección inferior (30) del reactor, en donde la al menos una materia prima seca o la primera materia prima en suspensión se introducen a través de dos boquillas de alimentación primaria (60, 60a) ubicadas respectivamente en los extremos terminales opuestos (202) de la sección inferior (30) del reactor mientras que la materia prima hidrocarbonada líquida se introduce a través de al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) ubicadas respectivamente en los extremos terminales (202) de la sección inferior (30) del reactor; (b) quemar parcialmente las materias primas en la sección inferior (30) del reactor con una corriente de gas que comprende un gas que contiene oxígeno o vapor de agua para generar calor y formar productos que comprenden gas de síntesis caliente; (c) hacer pasar dicho gas de síntesis caliente de la etapa (b) hacia arriba a una sección superior (40) del reactor; y (d) introducir una segunda materia prima en suspensión en dicha sección superior (40) del reactor, por medio de cual el calor de dicho gas de síntesis caliente apoya la reacción de la segunda materia prima en suspensión mediante reacciones de pirólisis y gasificación.

Description

DESCRIPCIÓN
Gasificador de dos etapas y procedimiento de gasificación con flexibilidad de materia prima
Antecedentes
Los procedimientos de gasificación se utilizan ampliamente para convertir materias primas sólidas o en suspensión tales como carbón, coque de petróleo y residuos de petróleo en gas de síntesis. El gas de síntesis está compuesto predominantemente por gas hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO), y se utiliza como combustible para la producción de electricidad y también como materia prima para producir productos químicos tales como hidrógeno, metanol, amoníaco, gas natural sintético/sustituto o aceite sintético para el transporte. Se han desarrollado tres tipos básicos de sistemas y procedimientos para la gasificación de materiales carbonáceos. Estos son: (1) gasificación en lecho fijo, (2) gasificación en lecho fluidificado y (3) gasificación por suspensión o arrastre. Las realizaciones de la presente memoria se refieren al tercer tipo de sistema y, más particularmente, las realizaciones presentadas en la presente memoria se refieren a un sistema de gasificación por arrastre de dos etapas y un procedimiento para gasificar materiales carbonáceos.
Las posibilidades presentadas por el diseño del gasificador de dos etapas se pueden aprovechar maximizando la velocidad de alimentación de la suspensión a la segunda etapa de temperatura más baja, utilizando así el calor generado en el gasificador de la primera etapa para evaporar el agua de la suspensión. El carbón carbonizado y no convertido que sale del gasificador de la segunda etapa se separa a continuación y recicla de nuevo al gasificador de la primera etapa en forma seca, minimizando así la cantidad de oxígeno requerida en la primera etapa de temperatura más alta y maximizando la eficiencia de conversión del gasificador.
El documento JP S58 194986 A describe un horno de gasificación de carbón de lecho vertido de dos etapas que comprende un horno de gasificación de primera etapa, un horno de gasificación de segunda etapa y un horno de combustión auxiliar del tipo grifo de escoria de una etapa. El carbón o aceite combustible$ de baja calidad se mezclan con aire y la mezcla se alimenta a los hornos de primera etapa y segunda etapa para la gasificación. Cuando se utiliza carbón como materia prima, el horno de combustión auxiliar de tipo grifo de escoria de una etapa se utiliza solo como la ruta de la escoria de cenizas de carbón fundido, y cuando se utiliza aceite combustible, una parte de dicho aceite combustible, carbón no gasificado y aire se alimentan al horno de combustión auxiliar de tipo grifo de escoria de una etapa para que se quemen completamente y aumenten la temperatura por encima de la temperatura de fusión de las cenizas de aceite combustible de baja calidad para que puedan descargarse fácilmente. El horno de gasificación de la segunda etapa comprende dos inyectores de aceite combustible y dos boquillas de expulsión de carbón/carbón vegetal.
Compendio
Este compendio se proporciona para introducir una selección de conceptos que se describen adicionalmente a continuación en la descripción detallada. No se pretende que este compendio identifique características clave o esenciales del tema principal reivindicado, ni se pretende que sea utilizado como una ayuda para limitar el alcance del tema principal reivindicado.
En un aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un procedimiento de gasificación que incluye (a) introducir una materia prima hidrocarbonada líquida y al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión en una sección inferior del reactor, en donde la al menos una materia prima seca o primera la materia prima en suspensión se introducen a través de dos boquillas de alimentación primaria ubicadas respectivamente en los extremos terminales opuestos de la sección inferior del reactor mientras que al materia prima hidrocarbonada líquida se introduce a través de al menos dos boquillas de alimentación secundaria ubicadas respectivamente en los extremos terminales de la sección inferior del reactor; (b) quemar parcialmente las materias primas en la sección inferior del reactor con una corriente de gas que comprende un gas que contiene oxígeno o vapor de agua para generar calor y formar productos que comprenden gas de síntesis caliente; (c) hacer pasar dicho gas de síntesis caliente de la etapa (b) hacia arriba a una sección superior del reactor; (d) e introducir una segunda materia prima en suspensión en dicha sección superior del reactor, por medio de lo cual el calor de dicho gas de síntesis caliente apoya la reacción de la segunda materia prima en suspensión mediante reacciones de pirólisis y gasificación.
En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un reactor de gasificación de dos etapas que incluye una sección inferior del reactor que incluye un cuerpo inferior del reactor; dos boquillas de alimentación primaria, configuradas para introducir al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión, respectivamente ubicadas en extremos terminales opuestos del cuerpo inferior del reactor; y al menos dos boquillas de alimentación secundaria, configuradas para introducir una materia prima hidrocarbonada líquida, ubicadas respectivamente en los extremos terminales del cuerpo inferior del reactor; una sección superior del reactor que incluye un cuerpo de reactor superior; al menos una boquilla de alimentación superior, configurada para introducir al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión, ubicada en el cuerpo superior del reactor; y una salida.
Las realizaciones del procedimiento y el reactor se definen en las reivindicaciones dependientes.
Otros aspectos y ventajas del tema principal reivindicado serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una representación esquemática de un sistema de gasificación que emplea un reactor de gasificación convencional de dos etapas.
La FIG. 2 es una vista lateral en perspectiva de la mitad de una sección inferior de un reactor de gasificación de dos etapas de una realización de la presente divulgación.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva superior de la mitad de una sección inferior de un reactor de gasificación de dos etapas de una realización de la presente divulgación.
La FIG.4 es una vista en perspectiva desde un extremo de la mitad de una sección inferior de un reactor de gasificación de dos etapas de una realización de la presente divulgación.
Descripción detallada
En un aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren generalmente a un procedimiento de gasificación que convierte la materia prima carbonácea en productos gaseosos deseables tales como gas de síntesis. En aspectos más particulares, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un procedimiento de gasificación con flexibilidad de materia prima cuando se convierten materiales carbonáceos en productos gaseosos deseables. Por ejemplo, en una o más realizaciones, un procedimiento de gasificación divulgado en la presente memoria puede utilizar una materia prima hidrocarbonada líquida y al menos una materia prima seca o una materia prima en suspensión simultáneamente dentro de la cámara de reacción de un gasificador.
Refiriéndose a la FIG. 1, se muestra una realización de un sistema de gasificación que emplea un reactor de gasificación convencional de dos etapas, indicado generalmente por el número de referencia 10. El sistema de gasificación tiene una sección inferior 30 del reactor y una sección superior 40 del reactor. La primera etapa del procedimiento de gasificación tiene lugar en la sección inferior 30 del reactor y la segunda etapa del procedimiento de gasificación tiene lugar en la sección superior 40 del reactor . La sección inferior 30 del reactor define la zona de reacción de la primera etapa, y alternativamente se denominará zona de reacción de la primera etapa. La sección superior 40 del reactor define la zona de reacción de la segunda etapa y, alternativamente, se denominará zona de reacción de la segunda etapa.
Refiriéndose a la FIG. 1, un procedimiento de gasificación generalmente comienza dentro de la primera zona de reacción (o sección inferior 30 del reactor), cuando una materia prima carbonácea seca o en suspensión se mezcla con una corriente de gas que comprende un gas que contiene oxígeno y/o vapor de agua y se produce una reacción exotérmica rápida en la que la materia prima carbonácea se convierte en un primer producto de mezcla que comprende vapor de agua, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano y sólidos particulados arrastrados tales como cenizas. La ceniza está compuesta por el contenido mineral no combustible de la materia prima carbonácea. En una o más realizaciones, una materia prima carbonácea sólida se puede pulverizar (mediante métodos que son conocidos en la técnica, pero que están fuera del alcance de esta divulgación) y, en algunos casos, suspender, antes de entrar en un sistema de alimentación 100 tal como, pero no limitado a, un sistema de tolva de bloqueo. La corriente de sólido pulverizada que comprende material carbonáceo particulado procedente del sistema de alimentación 100 se inyecta en la sección inferior 30 del reactor de gasificación 10 a través de las boquillas de alimentación 60 y/o 60a. La temperatura de la primera zona de reacción 30 se mantiene más alta que el punto de fusión de la ceniza, lo que permite que la ceniza se funda y se aglomere para formar un líquido viscoso conocido como escoria. La escoria cae al fondo de la sección inferior 30 del reactor y fluye a una cámara de enfriamiento rápido 32, después de lo cual se enfría con agua y se dirige a un sistema de procesamiento de escoria (no mostrado) para su eliminación final.
La reacción de combustión primaria que ocurre en la primera zona de reacción es:
C 1/2O2 -> CO,
que es altamente exotérmica. La exotermia de la reacción eleva la temperatura en la primera zona de reacción a entre 1093,22°C (2000°F) y 1926,67°C (3500°F). El calor producido en la primera zona de reacción se transporta hacia arriba con la corriente de gas, lo que proporciona calor para las reacciones de pirólisis que se producen en la segunda zona de reacción no sometida a la acción de la llama, que incluye la vaporización del agua de alimentación, la reacción carbono-vapor de agua y la reacción agua-gas entre CO y H2O. La reacción de carbono-vapor de agua forma CO y H2, aumentando así el rendimiento de estos gases utilizables.
Con respecto a la sección superior del reactor 40, según la realización representada en la FIG. 1, la materia prima carbonácea sólida se puede pulverizar (mediante métodos que son conocidos en la técnica, pero que están fuera del alcance de esta divulgación) y, en algunos casos, suspender, antes de entrar en el sistema de alimentación 100, también utilizado para alimentar la sección inferior 30 del reactor. Se puede inyectar una corriente de sólido pulverizada que comprende material carbonáceo particulado del sistema de alimentación 100 en la sección superior 40 del reactor de gasificación 10 a través de la boquilla de alimentación superior 80, o boquillas de alimentación adicionales (no mostradas). A continuación, el material carbonáceo entra en contacto con el gas de síntesis caliente que se eleva desde (y se produce dentro) de la sección inferior 30 del reactor de gasificación 10. El material carbonáceo que entra en la sección superior 40 se seca y una parte se piroliza y gasifica mediante reacciones tales como la reacción de carbono y vapor de agua (C H2O -> CO H2). Las reacciones de pirólisis y gasificación son endotérmicas, por lo tanto, la temperatura de la mezcla de material carbonáceo y gas de síntesis disminuye a medida que la mezcla se desplaza hacia arriba a través de la sección superior 40. Para cuando el producto de la segunda mezcla comprende materia particulada sólida sin reaccionar (p. ej., carbón vegetal) y una segunda corriente de producto gaseoso (p. ej., gas de síntesis) sale de la parte superior de la sección superior 40 del gasificador 10, la temperatura del segundo producto de mezcla desciende al intervalo entre 648,89°C (1200°F) y 1371,11°C (2500°f ), tal como dentro del intervalo entre 815,56°C (1500°F) y 1093,33°C (2000°F).
Adicionalmente, de acuerdo con la realización que se muestra en la FIG. 1, el segundo producto de mezcla, producido en la sección superior del reactor y que comprende material particulado sólido sin reaccionar y una segunda corriente de producto gaseoso, sale de la sección 40 superior del reactor y se envía a una unidad de recuperación de calor 180. Posteriormente, se introduce el gas de síntesis enfriado en un dispositivo de filtración de material particulado 50. Dentro del dispositivo de filtración de partículas 50, la segunda corriente de producto sólido se separa y se extrae a través de una salida 70. La segunda corriente de producto sólido (que incluye principalmente carbón vegetal) se puede volver a reciclar a continuación a la sección inferior 30 del reactor del gasificador 10 a través de las boquillas de alimentación 90 y 90a y utilizar para complementar la materia prima carbonácea introducida en el mismo desde las boquillas de alimentación 60 y 60a.
Refiriéndose además a la FIG. 1, la corriente de producto gaseoso 52 que sale del dispositivo de filtración de material particulado 50 comprende hidrógeno, monóxido de carbono, una pequeña cantidad de metano, sulfuro de hidrógeno, amoniaco, nitrógeno y dióxido de carbono, que constituye el producto del procedimiento. En una o más realizaciones, la corriente de producto de procedimiento sale del dispositivo de filtración de material particulado 50 para someterse a un procesamiento adicional (p. ej., separaciones, depuración, etc.) para aplicaciones de uso final.
Refiriéndonos ahora a las FIG. 2-4, se explicarán con más detalle realizaciones de la presente divulgación. En general, las reacciones que ocurren dentro del reactor de gasificación son las mismas que las descritas anteriormente, aunque el reactor de gasificación y su funcionamiento se han modificado para mejorar la flexibilidad de la materia prima. En las FIG. 2-4 se muestran vistas en perspectiva de la mitad de una sección inferior 30 de un reactor de gasificación de dos etapas, representando la FIG. 2 una vista lateral, representando la FIG. 3 una vista superior, y representando la FIG. 4 una vista desde un extremo. En estas vistas se incluyen líneas discontinuas para un sistema de coordenadas cartesiano x, y, z (es decir, 206, 208 y 210 para los ejes x, y, z, respectivamente) con su origen 212 ubicado centralmente dentro de la sección inferior 30 del reactor de gasificación de dos etapas, abarcando el eje x 206 la profundidad de la sección inferior del reactor, abarcando el eje y 208 la longitud de la sección inferior del reactor, y el eje z 210 orientado verticalmente desde el origen 212 a través del centro de la sección superior 40 del reactor. Este sistema de coordenadas será útil para ayudar a explicar completamente los detalles del diseño del reactor de gasificación de dos etapas.
Según algunas realizaciones de la presente divulgación, una boquilla de alimentación primaria 60 puede estar ubicada centralmente, sustancialmente en línea con el eje y 208, en cada uno de los extremos terminales 202 de la sección inferior horizontal 30 del reactor de gasificación de dos etapas. La boquilla de alimentación primaria 60 puede introducir la materia prima carbonácea seca o en suspensión en la sección inferior 30 del reactor de modo que la materia prima pueda reaccionar mediante los procedimientos de combustión descritos anteriormente. Además de la boquilla de alimentación primaria 60, en algunas realizaciones, puede haber al menos dos boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b con al menos una boquilla de alimentación secundaria ubicada en cada uno de los extremos terminales 202 de la sección inferior horizontal 30 del reactor de gasificación de dos etapas.
En una o más realizaciones, puede haber al menos dos boquillas de alimentación secundaria, tales como una ubicada en cada uno de los extremos terminales 202 de la sección inferior horizontal 30 del reactor de gasificación de dos etapas. En algunas realizaciones, puede haber dos boquillas de alimentación secundaria en cada uno de los extremos terminales 202 para un total de cuatro boquillas de alimentación secundaria. Las boquillas de alimentación secundaria 200a (y 200b si estuviera presente) pueden introducir un materia prima hidrocarbonada líquida secundaria en la sección inferior 30 del reactor para que pueda reaccionar mediante procedimientos de combustión como se describe anteriormente. En algunas realizaciones, la materia prima hidrocarbonada líquida secundaria y la materia prima carbonácea primaria seca o en suspensión se pueden introducir en la sección inferior 30 del reactor sustancialmente de forma simultánea. En otras realizaciones, la introducción de la materia prima hidrocarbonada líquida secundaria en la sección inferior 30 del reactor se puede producir de forma intermitente, mientras que la introducción de la materia prima carbonácea primaria seca o en suspensión puede ser continua mientras el reactor de gasificación está en funcionamiento. En una o más realizaciones, puede que sustancialmente no haya introducción de materia prima carbonácea primaria seca o en suspensión en la sección inferior 30 a través de las boquillas de alimentación primaria 60 y 60a. En estas realizaciones, se puede proporcionar una materia prima carbonácea seca o en suspensión a la sección superior 40 mediante la boquilla 80 y la sección inferior 30 se puede alimentar con el carbón vegetal seco reciclado y la ceniza producida por la sección superior 40 mediante las boquillas de alimentación 90 y 90a junto con la materia prima hidrocarbonada líquida secundaria proporcionada por las boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b.
Adicionalmente, y como se ilustra en las FIG. 2-4, las boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b están diseñadas para introducir la materia prima hidrocarbonada líquida a través de los vectores de alimentación secundaria 204a y 204b en la sección inferior 30 del reactor de modo que las alimentaciones hidrocarbonadas líquidas mantengan una simetría vertical dentro de la sección inferior 30 del reactor con el vector de alimentación primaria, aproximado por el marcador del eje y 208, de la boquilla de alimentación primaria 60. El diseño de las boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b, incluida su ubicación respectiva en los extremos terminales 202 de la sección inferior horizontal 30 del reactor de gasificación de dos etapas y su orientación de vector de alimentación 204a y 204b, es una consideración de ingeniería importante para crear perfiles de temperatura y flujo óptimos dentro del reactor de gasificación minimizando la perturbación del flujo de materia prima a lo largo del vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208) de la boquilla de alimentación primaria 60, evitando al mismo tiempo taponamientos u otros daños que puedan ser causados por el material de ceniza acumulado. Por ejemplo, en algunas realizaciones, un diseño de la boquilla de alimentación primaria 60 y las boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b permitirá que el vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208) desde la boquilla de alimentación primaria 60 y los vectores de alimentación secundaria 204a y 204b, desde las boquillas de alimentación secundaria 200a y 200b, se crucen en un punto de intersección de alimentación, aproximado por el origen 212 del sistema de coordenadas. En una o más realizaciones, el punto de intersección de alimentación (es decir, el origen 212) puede estar ubicado centralmente dentro de la sección inferior 30 del reactor en el punto donde se encuentran el vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208), el marcador del eje x 206 y el marcador del eje z 210.
Sin embargo, en una o más realizaciones, los vectores de alimentación secundaria de las boquillas de alimentación secundaria se pueden orientar hacia un punto que está más bajo en el marcador del eje z 210 que la ubicación del origen 212 (es decir, más cerca de la parte inferior de la sección inferior 30 del reactor). En estas realizaciones, el vector de alimentación primaria de la boquilla de alimentación primaria 60 aún puede estar orientado hacia el origen 212 (es decir, a lo largo del marcador del eje y 208) o puede estar orientado a un punto que está más abajo en el marcador del eje z 210 que la ubicación del origen 212 (es decir, puede formar un vector más bajo en el eje z 210 pero paralelo al marcador del eje y 208). Las orientaciones generales descritas en este párrafo pueden permitir un aumento de la temperatura alrededor del área que conduce a la cámara de enfriamiento rápido 32, facilitando así un flujo suave de escoria a la cámara de enfriamiento rápido 32.
En general, las colocaciones de las boquillas de alimentación secundaria son independientes entre sí y puede estar en cualquier lugar de los extremos terminales 202 de la sección inferior horizontal 30 del reactor de gasificación de dos etapas siempre que los vectores de alimentación de las alimentaciones que se están introduciendo en la sección inferior 30 del reactor se encuentren en el punto de intersección de alimentación (es decir, el origen 212). En algunas realizaciones, un vector de alimentación secundaria 204a o 204b puede formar un ángulo con respecto al vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208) de aproximadamente /- 1-45 grados, o en algunas realizaciones de aproximadamente /- 5-30 grados, y en otras realizaciones adicionales de aproximadamente /- 10­ 20 grados. Independientemente de la consideración anterior, un vector de alimentación secundaria 204a o 204b puede formar un ángulo con respecto al marcador del eje x 206 de aproximadamente /- 1-45 grados, o en algunas realizaciones de aproximadamente /- 5-30 grados, y en otras realizaciones adicionales de aproximadamente /- 10­ 20 grados. Asimismo, un vector de alimentación secundaria 204a o 204b puede formar un ángulo con respecto al marcador del eje z 210 de aproximadamente /- 1-45 grados, o en algunas realizaciones de aproximadamente /- 5-30 grados, y en otras realizaciones adicionales de aproximadamente /- 10-20 grados. Adicionalmente, el alineamiento de cada vector de alimentación particular puede no estar sustancialmente relacionado con el alineamiento de otro vector de alimentación secundaria. Sin embargo, para mantener la simetría adecuada de los vectores de alimentación secundaria para obtener condiciones de flujo óptimas dentro del reactor, puede ser necesario alinear cada vector de alimentación secundaria de modo que haya un vector de alimentación secundaria complementario que forme el ángulo opuesto con respecto al sistema de coordenadas. Por ejemplo, si hay una boquilla de alimentación secundaria que tiene un vector de alimentación secundaria que forma un ángulo de 45 grados con respecto al vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208), puede ser beneficioso que haya otra boquilla de alimentación secundaria que forme un ángulo de -45 grados con respecto al vector de alimentación primaria (es decir, el marcador del eje y 208).
En una o más realizaciones, puede ser beneficioso para lograr condiciones óptimas de flujo de materia prima dentro del reactor que el flujo de materia prima desde una boquilla de alimentación secundaria 200a o 200b en un extremo terminal 202 se oponga directamente al flujo de materia prima desde otra boquilla de alimentación secundaria (no mostrada) ubicada en el extremo terminal opuesto (no mostrado) de la sección inferior 30 del reactor de gasificación (es decir, los dos vectores de materia prima forman una línea recta a través del punto de intersección de alimentación desde un extremo terminal al otro). En una o más realizaciones, cada extremo terminal 202 de la sección inferior 30 del reactor de gasificación puede tener el mismo número de boquillas de alimentación secundaria ancladas al mismo, teniendo cada boquilla de alimentación secundaria un vector de alimentación que se opone directamente a otro vector de alimentación de la boquilla de alimentación secundaria en el extremo terminal opuesto de la sección inferior 30 del reactor de gasificación. Las consideraciones anteriores con respecto a los vectores de alimentación de las boquillas de alimentación secundaria pueden servir para proporcionar condiciones de funcionamiento óptimas para el reactor de gasificación al reducir la posibilidad de contacto o impacto de la pulverización de la materia prima hidrocarbonada líquida secundaria en las superficies de la pared interior del reactor, reduciendo cualquier interrupción del material de la materia prima carbonácea seca o en suspensión primaria de las boquillas de alimentación primaria, y asegurando una temperatura adecuada (p. ej., por encima de la temperatura de fusión de la ceniza de la ceniza de la materia prima) en la zona alrededor de la sección inferior del reactor 30 que conduce a la cámara de enfriamiento rápido 32.
Las materias primas carbonáceas secas o en suspensión introducidas en la sección inferior del reactor por la boquilla de alimentación primaria pueden incluir lignito, carbón sub-bituminoso, carbón bituminoso, coque de petróleo, carbón vegetal separado de los productos de la sección superior del reactor de gasificación y mezclas de los mismos. Si la materia prima es una materia prima carbonácea en suspensión, el líquido portador para los materiales carbonáceos que contiene puede incluir agua, CO2 líquido, líquido petrolífero o cualquier mezcla de los mismos. La materia prima hidrocarbonada líquida introducida en la sección inferior del reactor por las boquillas de alimentación secundaria puede incluir aceite de pirólisis, residuos de vacío, brea (incluida la brea desasfaltada con disolvente), alquitrán de hulla, materiales fenólicos de procedimientos de gasificación a baja temperatura, sangrado de disolvente de unidades de eliminación de gases ácidos (AGR) o mezclas de los mismos. Las materias primas hidrocarbonadas líquidas se pueden describir más específicamente como sigue: el residuo de vacío es una fracción de alto peso molecular/punto de ebullición de una pizarra bruta de refinería, la brea es un subproducto de alto peso molecular/punto de ebullición del hidrocraqueo, los materiales fenólicos son subproductos creados cuando el gas de síntesis de enfriamiento de los procedimientos de gasificación a baja temperatura y las corrientes de sangrado de disolvente de los AGR contienen disolventes (p. ej., aminas, glicoles, metanol, etc.) y contaminantes (p. ej., BTX, alquitranes, hidrocarburos, etc.) que requieren purgado de los AGR.
En algunas realizaciones, la materia prima hidrocarbonada líquida puede ser como máximo 10 por ciento, como máximo 20 por ciento, como máximo 40 por ciento, como máximo 60 por ciento o como máximo 80 por ciento en peso de la mezcla total de materia prima (es decir, materia prima seca o en suspensión y/o carbón vegetal seco reciclado más la materia prima hidrocarbonada líquida) introducida en la sección inferior del reactor de gasificación. En una o más realizaciones, las boquillas de alimentación secundaria de la sección inferior del reactor de gasificación pueden atomizar la materia prima hidrocarbonada líquida con nitrógeno, gas de síntesis reciclado, aire, aire enriquecido con oxígeno, oxígeno, vapor de agua o mezclas de los mismos. La atomización de la materia prima hidrocarbonada líquida que se introduce en la sección inferior del reactor de gasificación puede ser importante para asegurar una combustión óptima de la mezcla de materia prima total.
Las realizaciones de la presente divulgación pueden proporcionar al menos una de las siguientes ventajas. Incrementar la flexibilidad de la materia prima dentro de un procedimiento de gasificación, aumentando así la eficiencia de capital y la utilidad de un reactor de gasificación que tiene las boquillas de alimentación secundaria descritas en la presente memoria. Además, algunas de las materias primas hidrocarbonadas líquidas mencionadas anteriormente pueden ser generadas por una instalación que no puede utilizar esas materias primas. En estos casos, las materias primas hidrocarbonadas líquidas particulares pueden recogerse y transportarse a otro lugar para su venta, uso o destrucción. Las realizaciones de la presente divulgación pueden evitar el transporte potencialmente arriesgado y costoso de los hidrocarburos líquidos y las condiciones de mercado inciertas (si se comecializan) facilitando el uso interno de estas materias primas en un procedimiento/reactor de gasificación divulgado en la presente memoria. Adicionalmente, en algunas realizaciones, puede ser posible variar la cantidad de materia prima hidrocarbonada líquida introducida en la sección inferior de un reactor de gasificación sin requerir una parada del reactor, facilitando así el funcionamiento continuo del reactor de gasificación si se desea una reducción o un aumento de la alimentación de hidrocarburo líquido o si la corriente de hidrocarburo líquido deja de estar disponible. Además, se prevé que el rendimiento de los reactores de gasificación existentes se pueda mejorar de las formas mencionadas anteriormente simplemente instalando al menos dos boquillas de alimentación secundaria en el cuerpo inferior del reactor del reactor de gasificación de modo que se puedan introducir materias primas hidrocarbonadas líquidas en el cuerpo inferior del reactor durante el procedimiento de gasificación para complementar la materia prima proporcionada por la boquilla de alimentación primaria.
Por lo tanto, la presente divulgación prevé ventajosamente la producción mediante gasificación de un producto de alto valor (H2) mediante el uso de subproductos de bajo valor (p. ej., las materias primas hidrocarbonadas líquidas). El hidrógeno es un producto de alto valor en un entorno de refinería porque es necesario para diversas operaciones de hidroprocesamiento de petróleo crudo, tales como la eliminación de azufre y el hidrocraqueo. En contraste con la presente divulgación, a menudo se genera hidrógeno en un entorno de refinería reformando (consumiendo) un líquido o gas de alto valor. Los procedimientos de gasificación divulgados en la presente memoria pueden utilizar materia prima de menor valor para producir hidrógeno con la flexibilidad añadida para operar con una variedad de materia prima más amplia. Además, la materia prima hidrocarbonada líquida consume comparativamente menos oxígeno para una cantidad determinada de gas de síntesis producido que la materia prima carbonácea sólida seca o en suspensión, por lo que la complementación de la materia prima primaria con la materia prima hidrocarbonada líquida servirá para reducir el consumo total de oxígeno dentro del reactor de gasificación.
Aunque anteriormente sólo se han descrito en detalle unas pocas realizaciones ilustrativas, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones en las realizaciones ilustrativas sin apartarse de esta invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de gasificación, que comprende:
(a) introducir una materia prima hidrocarbonada líquida y al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión en una sección inferior (30) del reactor, en donde la al menos una materia prima seca o la primera materia prima en suspensión se introducen a través de dos boquillas de alimentación primaria (60, 60a) ubicadas respectivamente en los extremos terminales opuestos (202) de la sección inferior (30) del reactor mientras que la materia prima hidrocarbonada líquida se introduce a través de al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) ubicadas respectivamente en los extremos terminales (202) de la sección inferior (30) del reactor;
(b) quemar parcialmente las materias primas en la sección inferior (30) del reactor con una corriente de gas que comprende un gas que contiene oxígeno o vapor de agua para generar calor y formar productos que comprenden gas de síntesis caliente;
(c) hacer pasar dicho gas de síntesis caliente de la etapa (b) hacia arriba a una sección superior (40) del reactor; y
(d) introducir una segunda materia prima en suspensión en dicha sección superior (40) del reactor, por medio de cual el calor de dicho gas de síntesis caliente apoya la reacción de la segunda materia prima en suspensión mediante reacciones de pirólisis y gasificación.
2. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde la introducción de la materia prima hidrocarbonada líquida y al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión en la sección inferior (30) del reactor se produce simultáneamente.
3. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde la introducción de la materia prima hidrocarbonada líquida en la sección inferior (30) del reactor se produce de forma intermitente, mientras que la introducción de la al menos una materia prima seca o la primera materia prima en suspensión es continua.
4. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde los vectores de alimentación secundaria (204a, 204b) de hidrocarburo líquido de las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) están orientados de modo que mantengan una simetría de plano vertical dentro de la sección inferior (30) del reactor con vectores de alimentación primaria (208) de las boquillas de alimentación primaria (60, 60a).
5. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde un vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de las alimentaciones de hidrocarburo líquido desde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) y un vector de alimentación primaria (208) de la alimentación primaria desde las boquillas de alimentación primaria (60, 60a) se cruzan en un punto de intersección de alimentación (212) que está sustancialmente en el centro del cuerpo inferior del reactor.
6. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 5, en donde los vectores de alimentación secundaria (204a, 204b) de las alimentaciones de hidrocarburo líquido desde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) se cruzan en el centro (212) del cuerpo inferior del reactor y forman una línea recta a través del centro (212) del cuerpo inferior del reactor desde un extremo terminal (202) de la sección inferior (30) del reactor hasta el otro extremo terminal (202).
7. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde al menos un vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) forma un ángulo de aproximadamente /- 1-45 grados con respecto a un vector de alimentación primaria (208) de las dos boquillas de alimentación primaria (60a, 60b).
8. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde al menos un vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) forma un ángulo de aproximadamente /- 1-45 grados con respecto a un eje (206) que abarca la profundidad del centro (212) de la sección inferior (30) del reactor, abarcando el eje (206) la profundidad del centro (212) de la sección inferior (30) del reactor que es perpendicular al vector de alimentación primaria (208) de las dos boquillas de alimentación primaria (60a, 60b).
9. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) atomizan la materia prima hidrocarbonada líquida con aire, aire enriquecido con oxígeno, oxígeno, vapor de agua o mezclas de los mismos.
10. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde la cantidad de materia prima total introducida en la sección inferior (30) del reactor es como máximo 60 por ciento en peso de hidrocarburo líquido.
11. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde la materia prima hidrocarbonada líquida comprende aceite de pirólisis, residuo de vacío, brea, alquitrán de hulla, materiales fenólicos de procedimientos de gasificación a baja temperatura, sangrado de disolvente de unidades de eliminación de gases ácidos (AGR) o mezclas de los mismos.
12. El procedimiento de gasificación de la reivindicación 1, en donde la materia prima seca y la primera materia prima en suspensión comprenden al menos uno de entre lignito, carbón sub-bituminoso, carbón bituminoso, coque de petróleo, carbón vegetal y mezclas de los mismos.
13. Un reactor de gasificación de dos etapas, que comprende:
una sección inferior (30) del reactor que comprende:
(a) un cuerpo inferior de reactor;
(b) dos boquillas de alimentación primaria (60a, 60a), configuradas para introducir al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión, respectivamente ubicadas en los extremos terminales opuestos (202) del cuerpo inferior del reactor; y
(c) al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b), configuradas para introducir una materia prima hidrocarbonada líquida, ubicadas respectivamente en los extremos terminales (202) del cuerpo inferior del reactor;
una sección superior del reactor (40) que comprende:
(a) un cuerpo superior de reactor;
(b) al menos una boquilla de alimentación superior (80), configurada para introducir al menos una de una materia prima seca o una primera materia prima en suspensión, ubicada en el cuerpo superior (40) del reactor; y
(c) una salida.
14. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 13, en donde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) están orientadas de modo que proporcionen alimentaciones a lo largo de vectores de alimentación secundaria (204a, 204b) que mantienen una simetría de plano vertical dentro de la sección inferior (30) del reactor con alimentaciones a lo largo de vectores de alimentación primaria (208) desde las boquillas de alimentación primaria (60, 60a).
15. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 13, en donde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) y la boquilla de alimentación primaria (60, 60a) están orientadas de modo que proporcionen alimentaciones a lo largo de vectores de alimentación (204a, 204b; 208) que se cruzan en un punto de intersección de alimentación (212) que está sustancialmente en el centro (212) del cuerpo inferior del reactor (30).
16. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 13, en donde las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) están ubicadas en extremos terminales opuestos (202) del cuerpo inferior del reactor de modo que cada extremo terminal (202) posee la misma cantidad de boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b).
17. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 16, en donde cada vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de cada boquilla de alimentación secundaria (200a, 200b) en un extremo terminal (202) está orientado para formar una línea recta con un vector de alimentación secundaria (200a, 200b) desde una boquilla de alimentación secundaria (200a, 200b) en el extremo terminal opuesto (202).
18. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 13, en donde al menos un vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) forma un ángulo de aproximadamente /- 1-45 grados con respecto a un vector de alimentación primaria (208) desde las dos boquillas de alimentación primaria (60, 60a).
19. El reactor de gasificación de dos etapas de la reivindicación 13, en donde al menos un vector de alimentación secundaria (204a, 204b) de las al menos dos boquillas de alimentación secundaria (200a, 200b) forma un ángulo de aproximadamente /- 1 -45 grados con respecto a un eje (206) que abarca la profundidad del centro (212) de la sección inferior (30) del reactor, abarcando el eje (206) la profundidad del centro (212) de la sección inferior (30) del reactor que es perpendicular al vector de alimentación primaria (208) de las dos boquillas de alimentación primaria (60a, 60b.)
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