ES2918461T3

ES2918461T3 - Procedimientos y aparato de retorta de pirólisis

Info

Publication number: ES2918461T3
Application number: ES16712994T
Authority: ES
Inventors: Daniel Michael Donegan
Original assignee: STANDARD GAS Ltd
Current assignee: STANDARD GAS Ltd
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: GB201503765D0; CN107750196B; US20210404656A1; US20180051876A1; EP3265722B1; PT3265722T; MY195481A; HUE059714T2; GB2536046B; PH12017501512A1; WO2016139495A1; GB201701386D0; DK3265722T3; GB2543688B; PL3265722T3; GB2543688A; EP3265722A1; GB2536046A; CN107750196A; US11029024B2

Abstract

Una superficie de pirólisis, como una réplica giratoria (26, 29), es proporcionada por una lámina de cobre (26b) soportada por un marco de aleación de níquel (26A). La pirólisis se usa para destruir los desechos calóricos y/o producir gas de ellos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimientos y aparato de retorta de pirólisis

Campo de divulgación

La presente invención se refiere generalmente a procedimientos y aparatos de pirólisis y gasificación. La pirólisis se utiliza para destruir los residuos caloríficos y / o para producir gas a partir de los mismos. La destrucción de los resi duos caloríficos es deseable para evitar daños medioambientales debidos al enterramiento en vertederos o al vertido en el mar. Sin embargo, algunas formas de destrucción generan contaminación gaseosa y / o dióxido de carbono, lo que provoca daños en el medio ambiente y puede aumentar el calentamiento global. También se puede utilizar para convertir productos que contienen carbono, tal como el lignito, en gas.

Antecedentes

El Tratamiento Térmico Avanzado (TTA) se refiere principalmente a las tecnologías que emplean la pirólisis o la gasificación. El TTA se analiza en el Resumen titulado "Tratamiento térmico avanzado de Vertidos municipales sóli dos ", elaborado por el Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales del Gobierno británico (https: / / www.gov.uk / government / publications / advanced - thermal - treatment - of - municipal - solid - waste). Ese Resumen indica que un problema de los sistemas convencionales de pirólisis y gasificación es la formación de alquitrán, en el que la acumulación de alquitrán puede causar problemas de funcionamiento (por ejemplo, si la acu mulación de alquitrán provoca bloqueos).

La pirólisis pura es un proceso de descomposición termoquímica de la materia para producir gas, en el que el oxí geno está ausente. Si hay una pequeña cantidad de oxígeno, la producción de gas se denomina gasificación. La cantidad de oxígeno presente en la gasificación es insuficiente para permitir la combustión. En la presente solicitud, a menos que se especifique lo contrario, pirólisis y gasificación tendrán el mismo significado.

El gas se libera de un material de alimentación o "materia prima", dejando materia sólida (carbón) como subproduc to. El experto entenderá que el término "materia prima", tal y como se utiliza en esta memoria descriptiva, se refiere a cualquier material sólido que tenga un valor calorífico. Las materias primas que se suelen contemplar en este con texto son materiales de desecho tales como la biomasa, la madera o el papel, los neumáticos de caucho, los plásti cos y el polietileno, o los sólidos de las aguas residuales. También incluyen combustibles fósiles de baja calidad, tal como el lignito o los carbones bituminosos.

El gas liberado, denominado en la presente memoria descriptiva y en lo que sigue gas de síntesis o "Gas Sintético", puede utilizarse entonces como combustible, para generar calor o electricidad in situ o en otro lugar. Si se utiliza material carbonoso como materia prima, el residuo sólido resultante ("residuos de carbón") suele ser más rico en carbono. Este carbón también puede utilizarse como fuente de combustible secundaria.

Generalmente, los procesos de pirólisis convencionales no dan como resultado un Gas Sintético lo suficientemente puro como para ser introducido en un generador. En su lugar, el Gas Sintético debe someterse en primer lugar a un riguroso proceso de limpieza (lavado), de modo que se eliminen del Gas Sintético los restos de partículas y el alqui trán. La retención de alquitrán y aceite es consecuencia de una temperatura y un tiempo de permanencia insuficien tes.

Es conocido en la técnica que el uso de una atmósfera de CO²puede mejorar el rendimiento del Gas Sintético pro ducido a partir de un proceso de pirólisis. "Una Investigación en la producción de gas sintético a partir de gasificación de residuos sólidos municipales (MSW) bajo varias presiones y concentraciones de CO²(Kwon et al, presentado en la 17th Annual North American Waste -to - Energy Conference 18 - 20 Mayo 2009, Chantilly, Virginia, US, Proc 17th Annual North American Waste - to - Energy Conference NAWTEC17, paper NAWTEC17 - 2351) revela que la inyec ción de CO²permite una mayor reducción de los residuos de carbón, y produce una proporción significativamente mayor de CO. Además, la inyección de CO²reduce los niveles de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que pueden estar directamente relacionados con la formación de alquitrán y coque durante un proceso de gasificación. En los dispositivos de pirólisis convencionales, una porción de la retorta en contacto físico con la materia prima esta rá más fría que el resto de la retorta. En la disposición convencional, la materia prima cae al fondo de la retorta, lo que significa que una proporción significativa de la superficie de la retorta no está en contacto con la materia prima. Por lo tanto, sólo una pequeña proporción de la retorta se utiliza para calentar conductivamente la materia prima. Esto provoca gradientes de temperatura en la superficie, lo que reduce la eficacia del calentamiento y complica el control de la temperatura dentro de la retorta.

El documento WO2005 / 116524 describe un aparato y un procedimiento para convertir en gas materiales carbono sos o de otro tipo con poder calorífico. La disposición del documento WO2005 / 116524 incluye un gasificador princi pal y un gasificador secundario. El gasificador principal es un horno rotativo que consiste en una retorta metálica rotativa y ligeramente inclinada en forma de concha o tubo que transporta el combustible a lo largo de su longitud. El gas de escape del gasificador secundario externo al horno calienta el tubo.

La rotación permite que la parte más fría de la retorta salga del contacto físico con la materia prima, y permite que esa parte se recaliente. La retorta rotativa también tiene la ventaja de agitar la materia prima, para romperla física mente en trozos más pequeños, exponiendo así una mayor superficie de la materia prima al calentamiento (por conducción, convección y radiación). Como la retorta es accionada (por ejemplo, rotada) para mover la materia pri ma, necesita mantener su resistencia mecánica a altas temperaturas.

El documento WO 2009 / 133341 se refiere a un gasificador de este tipo en el que las paletas internas están unidas al recipiente rotativo o retorta, y está construido de tal manera que la materia prima cae inicialmente sobre la superfi cie interna de las paletas más cercanas al eje longitudinal. La materia prima cae entonces a través de los huecos entre las paletas para llegar a las cámaras exteriores del recipiente rotativo. Las paletas están destinadas a ayudar a la distribución homogénea del material de alimentación sobre una mayor superficie de la retorta, al tiempo que pro porcionan gas de calentamiento a una superficie incrementada que se extiende en el interior de la retorta.

El documento JP2000 - 346322 se refiere a un aparato de tratamiento de residuos que quema o vaporiza los resi duos para reducir la cantidad de los mismos y quema el gas generado a partir de los residuos en ese momento. Por último, pero no menos importante, el documento JP 2003 - 292964 divulga un horno rotativo construido con un cilin dro interior de metal de alta conductividad térmica fijado a un cilindro exterior de un metal de alta resistencia a la temperatura.

Medios para resolver el problema

La invención se define en las reivindicaciones. En la siguiente memoria descriptiva, cualquier realización a la que se haga referencia y que no entre en el ámbito de las reivindicaciones es simplemente un ejemplo útil para la compren sión de la invención. Por ejemplo, la figura 13 muestra una disposición ejemplar no reivindicada, útil para compren der la invención.

Un aspecto de la presente invención es una estructura de pirólisis, al menos una parte de la cual está construida con una lámina de material de alta conductividad térmica soldada explosivamente a una estructura de alta resistencia a la temperatura. El material de alta conductividad térmica es preferentemente un metal de no transición, muy prefe rentemente cobre relativamente puro (pero alternativamente plata). La estructura resistente a altas temperaturas puede estar hecha de una aleación de níquel.

La estructura del presente aspecto de la invención tiene, por tanto, las características de conductividad térmica del cobre (que es del orden de 30 veces la de las aleaciones de níquel) junto con la resistencia a altas temperaturas de una estructura de aleación de níquel, que tiene la resistencia mecánica que le falta al cobre a las elevadas tempera turas de pirólisis.

Aunque los coeficientes térmicos de expansión de las láminas de material de alta conductividad térmica pueden diferir de los de la estructura de alta resistencia a la temperatura, lo que daría lugar a tensiones de expansión dife renciales a medida que la estructura se calienta y se enfría en uso en un rango de varios cientos de grados, y a pesar de un entorno hostil que incluye vapor, gases, alquitranes y contaminantes desconocidos, se ha comprobado que el proceso de soldadura explosiva mantiene una unión fiable. La soldadura (o unión) explosiva fue descrita por primera vez en el documento US3140539 (Holtzman).

En consecuencia, como la conductividad térmica a través de la estructura es mayor, hay una menor caída de tempe ratura entre el exterior (que es donde se aplica el calor) y el interior (que es donde se produce la pirólisis), de modo que se puede aplicar a la estructura una temperatura menor para calentar un material calorífico a una temperatura suficiente para la pirólisis, o se puede lograr un tiempo de permanencia más corto (y por lo tanto un mayor volumen de material de desecho y una mayor tasa de generación de gas de síntesis) para la misma temperatura.

En las estructuras convencionales de retorta de acero inoxidable o de aleación de níquel, una alta temperatura apli cada a un lugar de la estructura de la retorta por un sistema de calentamiento no se transferiría necesariamente a toda la estructura de la retorta, y por lo tanto a la materia prima, debido a la baja conductividad de los materiales de construcción. Por lo tanto, hay gradientes de temperatura dentro de la retorta: en primer lugar, a lo largo de su longi tud desde el punto en el que el sistema de calentamiento se acopla a la retorta, y en segundo lugar, radialmente desde el exterior de la retorta en la que se aplica el calor hasta el interior donde se encuentra la materia prima. Cuanto más rápida sea la velocidad de tránsito del material a través de la retorta, más pronunciado será el gradiente de temperatura radial a través de la retorta y, por lo tanto, más alta será la temperatura que debe aplicar el sistema de calentamiento para alcanzar una determinada temperatura de pirólisis de la materia prima. No se puede recupe rar fácilmente toda la gran cantidad de calor aplicado que se necesita, lo que reduce la eficiencia térmica del proce so.

Sin embargo, los materiales con mayor conductividad térmica - cobre relativamente puro, plata y (en menor medida) oro - no se pueden utilizar porque su resistencia mecánica a las altas temperaturas requeridas para la pirólisis es demasiado baja, y / o su resistencia a la fluencia y / o a la fatiga es insuficiente, para su uso a largo plazo con mate riales de desecho sólidos. Los intentos de reforzar estos materiales mediante aleaciones reducen su conductividad térmica en diversos grados, y los mismos aditivos que mejoran en la máxima medida la resistencia también tienden a degradar la conductividad térmica. La plata, por ejemplo, se disuelve bien en el cobre y, por tanto, degrada menos la conductividad que otros elementos, pero ofrece una mejora relativamente escasa de la resistencia.

El refuerzo mediante la modificación de la microestructura sería ineficaz porque la pirólisis tiene lugar normalmente por encima de la temperatura de recocido del cobre (alrededor de 400 grados Kelvin). Por lo tanto, de acuerdo con el conocimiento de los inventores, el cobre no se ha utilizado hasta ahora como superficie de pirólisis.

El uso de la elevada conductividad térmica del cobre permite que el presente aspecto de la invención iguale eficien temente la temperatura aplicada a la estructura de la retorta en toda la estructura de la misma. En consecuencia, la temperatura aplicada al exterior de la estructura de la retorta por el sistema de calentamiento no tiene que ser tan grande para transferir una temperatura suficiente para la pirólisis a la materia prima.

El uso de cobre para la estructura de la retorta también mejora la distribución local del calor dentro de la estructura de la retorta, y por lo tanto reduce la variación de la temperatura a través de la estructura de la retorta. Esto, a su vez, reduce la aparición de "puntos calientes" a lo largo de la superficie de la estructura de la retorta bajo los puntos en los que se asienta la materia prima relativamente fría. Además de estas ventajas, el proceso de pirólisis en la estructura de la retorta puede mejorarse aún más. Por ejemplo, el gas producido puede incluir Gas Sintético combi nado con partículas y alquitrán. Las unidades convencionales pueden enviar este gas para ser limpiado o purificado. Ventajosamente, la invención se aplica como una retorta rotativa inclinada del tipo que se ha descrito más arriba. En otra realización, la estructura puede ser una placa plana sobre la que pasa la materia prima.

En otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento de fabricación de una estructura de contacto de pirólisis que comprende los pasos de colocar juntas una lámina de metal de alta conductividad térmica y una segunda lámina de metal de alta resistencia a la temperatura, y soldar explosivamente las láminas. La segunda lámina es continua, y el proceso comprende además el fresado de regiones de la segunda lámina para exponer la primera lámina, dejando una estructura del metal de alta resistencia a la temperatura.

Ventajosamente, la presente invención puede reducir la cantidad de residuos que van al vertedero, y convertir los residuos en productos finales útiles. Por ejemplo, el carbón producido puede ser útil como combustible secundario para el sistema de calentamiento.

Los residuos procesados por la presente invención pueden convertirse en Gas Sintético y en escoria vitrificada. El Gas Sintético puede utilizarse para producir electricidad (como se ha descrito más arriba) y la escoria vitrificada puede utilizarse en la industria de la construcción. El proceso redirecciona los residuos del vertedero; también se puede aprovechar un vertedero existente para obtener materia prima. Además, se puede reducir la cantidad de resi duos reciclables que se utilizan como materia prima, ya que la presente invención es capaz de procesar una amplia gama de materias primas, puesto que el proceso no es específico para un combustible. Además, un objeto de la presente invención es poder procesar residuos peligrosos, utilizando materiales resistentes a la corrosión.

Además, algunos aspectos de la presente invención son capaces de tratar con mayor eficacia que los aparatos y técnicas de pirólisis convencionales los hidrocarburos asociados a la retención de alquitrán y petróleo, obviando así la necesidad de una refinería de petróleo.

El calor proporcionado para el proceso procede preferentemente de residuos caloríficos (de consistencia homogé nea) y el carbón resultante generado por el proceso se utiliza como fuente de combustible secundaria. El uso de este tipo de combustible permite mantener el equilibrio energético correcto dentro del proceso. Los volúmenes del carbón resultante serían a veces insuficientes para su uso como combustible primario, ya que los tipos de materia prima pueden producir volúmenes variables y mínimos de carbón. Además, en algunos casos se puede desear ven der el carbón como producto combustible para su uso en otros lugares.

Breve descripción de los dibujos

Varias realizaciones y aspectos de la presente invención se describen a continuación sin limitación, con referencia a las figuras adjuntas en las que:

La figura 1 es un alzado en sección en vista extrema de una unidad de pirólisis de acuerdo con una primera realización preferida.

La figura 2 es una vista en alzado lateral en sección de esa unidad de pirólisis.

La figura 3 es una vista en alzado lateral de esa unidad de pirólisis.

La figura 4 es una vista en perspectiva con una sección recortada que muestra la retorta interior y exterior de la estructura de la retorta de la unidad de pirólisis de la primera realización.

La figura 5 es un diagrama de flujo de la primera realización que muestra un proceso de toma de materia prima y su conversión en productos utilizables.

La figura 6 es una vista en alzado lateral de la estructura de la retorta de la primera realización.

La figura 7 es una vista isométrica esquemática en despiece ordenado de los principales elementos de la segunda realización.

La figura 8 muestra un alzado lateral en sección de la segunda realización.

La figura 9 es una vista en perspectiva en alzado seccionado en despiece ordenado de una parte de la se gunda realización.

La figura 10 es una vista en perspectiva con una sección recortada que muestra la retorta interior y exterior de la estructura de la retorta de la unidad de pirólisis de la segunda realización.

La figura 11 es una vista en alzado lateral de la estructura de la retorta de la segunda realización.

La figura 12 es una vista en sección de la retorta de la figura 11 a lo largo de una línea A - A de la misma. La figura 13 es una vista en diagrama de una estructura de pirólisis de un ejemplo no reivindicado útil para entender la presente invención.

Descripción detallada de una primera realización preferida

La unidad de pirólisis de la primera realización preferida se describirá a continuación en detalle suponiendo que el proceso de arranque ya ha tenido lugar.

Con referencia a las figuras 1 y 5, la unidad de pirólisis incluye una alimentación a la retorta de pirólisis 1 para permi tir que la materia prima entre en la unidad de pirólisis. La alimentación a la retorta 1 tiene forma de embudo para introducir la materia prima en un tubo de alimentación 3 sustancialmente vertical. Una esclusa de aire 2, que puede ser de doble acción, está situada hacia la parte superior del tubo de alimentación 3, pero por debajo de la alimenta ción a la retorta 1. La esclusa de aire 2 está diseñada para mantener una presión positiva en el interior del tubo de alimentación 3, evitando de esta manera la entrada de aire en el mismo.

La esclusa de aire de doble acción de esta realización comprende unas palas de accionamiento hidráulico primera y segunda 2a, 2b (no mostradas) en serie en el tubo de alimentación, cada una de las cuales es capaz de cerrar el tubo y actuar adicionalmente como barreras de seguridad al entorno bajo el control de una unidad de control electró nico (no mostrada pero indicada aquí como 100). La materia prima cae sobre la primera pala 2a. Cuando la segunda pala 2b está cerrada, la primera pala 2a se abre para admitir la materia prima. Cuando la primera pala 2a se cierra de nuevo, la segunda pala se abre para permitir que la materia prima entre en el aparato. En ningún momento están abiertas las dos. Ambas pueden cerrarse juntas, para proporcionar una doble barrera de seguridad.

Una esclusa de aire de alimentación lateral 4 está situada hacia el fondo del tubo de alimentación 3. El tubo de ali mentación 3 puede incluir un suministro de alimentación de CO² 8, que puede permitir que el CO²entre en el tubo de alimentación 3, entre la esclusa de aire de doble acción 2 y la esclusa de aire de alimentación lateral 4, en volúme nes controlados. La parte inferior de la tubería de alimentación 3 está conectada a una tubería sustancialmente hori zontal 27, que incluye un sinfín 37 para transportar la materia prima hacia una estructura de la retorta rotativa. El sinfín 37 para transportar la materia prima a la estructura de la retorta es de aleación de níquel y está accionado por un motor 6. El diámetro del sinfín 37 es de 0,3 m (12 pulgadas). El sistema de alimentación en la presente realiza ción permite que el combustible de una consistencia homogénea (de un tamaño específico) fluya libremente, lo que facilita que la pirólisis dentro de la retorta tenga lugar de manera más eficiente.

Una porción de la tubería sustancialmente horizontal 27 puede estar situada dentro de la estructura de la retorta. La materia prima puede salir de la tubería sustancialmente horizontal 27 hacia la estructura de la retorta. Como se muestra en las figuras 4, 5 y 8, la estructura de la retorta incluye una retorta interior 29. La retorta interior tiene orifi cios en su superficie para permitir que la materia prima pase de la retorta interior 29 a una retorta exterior 26. La retorta exterior tiene un diámetro de sección transversal mayor que la retorta interior, formando de esta manera una cavidad anular entre ambas. La retorta interior 29 y la retorta exterior 26 son coaxiales, estando situada la retorta interior 29 sustancialmente dentro de la retorta exterior 26 y siendo ambas sustancialmente huecas y de forma cilíndrica. La retorta interior 29 lleva paletas orientadas hacia el exterior 31a y la retorta exterior 26 lleva paletas orienta das hacia el interior 31b, que actúan como en la técnica anterior descrita para aumentar el tiempo de permanencia del carbón. La estructura de las paletas 31 se analiza con más detalle a continuación.

La retorta interior 29 y la exterior 26 rotan alrededor de un eje común, sustancialmente horizontal. El eje común se extiende por el centro de la sección transversal circular de las retortas interior y exterior. La tubería horizontal 27 se posiciona para permitir que la materia prima entre en un primer extremo de la estructura de la retorta, y se coloca preferentemente para permitir que la materia prima entre en la retorta interior 29.

Dentro de la cavidad de la estructura de la retorta, tiene lugar un proceso de pirólisis. La esclusa de aire 2 y la esclu sa de aire de alimentación lateral 4 impiden, o impiden sustancialmente, la entrada de aire y otros gases ambientales en la estructura de la retorta. En consecuencia, la pirólisis es una pirolisis pura en una atmósfera de CO².

La estructura de la retorta está inclinada en un ángulo para facilitar el paso de la materia prima. En un aspecto de la presente invención, el ángulo de inclinación es de 1 / 10 (es decir, 6 grados respecto a la horizontal) con el extremo de entrada más alto que el de salida. Se entenderá que aunque el eje se ha descrito previamente como sustancial mente horizontal, el ángulo de inclinación hará que el eje se incline junto con la estructura de la retorta.

Además, la estructura de la retorta es resistente a los materiales tóxicos y a la erosión ácida. En consecuencia, la presente unidad de pirólisis es capaz de procesar materiales peligrosos y residuos industriales.

Como se ha mencionado más arriba, las estructuras de la retorta interior y exterior rotan alrededor de un eje común. Las rotaciones son impulsadas por un motor de accionamiento 20 de la retorta por medio del engranaje de acciona miento 35. Preferiblemente, el motor de accionamiento 20 de la retorta es capaz de alternar su sentido de rotación bajo el control del dispositivo de control 100. En otras palabras, las rotaciones no tienen por qué limitarse a una rotación en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Preferiblemente, un número determinado de rotaciones en una dirección va seguido de un número de rotaciones en la dirección opuesta. Por ejemplo, cuatro rotaciones en el sentido de las agujas del reloj podrían ir seguidas de una única rotación en el sentido contrario. Esta alternancia del sentido de rotación impide que la materia prima, el carbón y el alquitrán se amontonen o formen un puente entre la superficie de la retorta interior 29 y la retorta exterior 26. De este modo, se puede aumentar el tiempo entre la limpieza de la estructura de la retorta y reducir los costes de mantenimiento.

Las estructuras interior y exterior de la retorta 26, 29 están construidas, al menos parcialmente, de cobre. El cobre se considera convencionalmente demasiado blando para su uso en una retorta rotativa diseñada para temperaturas de pirólisis más altas (de 800 a 1300 grados). Sin embargo, con respecto a la figura 10, en la presente disposición la estructura exterior de la retorta 26 está hecha de una estructura de rejilla rectangular cilíndrica de aleación de ní quel 26a con una placa cilíndrica de cobre pesada 26b soldada explosivamente sobre el interior de esa estructura. El proceso de soldadura explosiva de metales requiere que dos carcasas cilíndricas concéntricas (cobre dentro de níquel) se coloquen a una pequeña distancia una de la otra, y a continuación se unan a una velocidad inferior a la del sonido dentro de esos materiales mediante una explosión controlada. La presión en la interfaz entre los dos metales debe ser mayor que el límite elástico de los metales. De este modo, los metales se deforman plásticamente y se produce una soldadura explosiva.

La soldadura (o unión) explosiva puede ser realizada por High Energy Metals, Inc. de Sequim, Washington USA o Dynamic Materials Corporation de Boulder, Colorado, US.

Una vez soldadas las dos carcasas cilíndricas, se fresa un conjunto de rectángulos de aleación de níquel de la su perficie dejando expuesta la placa de cobre subyacente 26b, dentro de una estructura de rejilla de aleación de níquel rectangular cilíndrica 26a en su lugar.

Las ventajas de la soldadura explosiva incluyen la retención de las cualidades de los metales de origen (por ejemplo, aleación de níquel y cobre). En la presente disposición, se forma una retorta que proporciona la resistencia a altas temperaturas de la estructura de aleación de níquel con la conductividad de las placas de cobre. Los dos materiales tienen coeficientes térmicos de expansión cercanos, por lo que la retorta puede soportar altas temperaturas, y una unión soldada explosiva hace que no haya acción electrolítica a través de la interfaz Ni / Cu. Los dos metales forman una interfaz fuerte, con una mezcla muy limitada a través de ella.

Haciendo referencia de nuevo a las figuras 4, 5 y 8, la estructura de la retorta está situada dentro de una carcasa de retorta aislada térmicamente 40. La carcasa de la retorta aislada térmicamente 40 es preferiblemente un cuboide, lo que permite una construcción y un transporte fáciles y también puede ayudar a la rigidez de la unidad de pirólisis. La atmósfera dentro de la estructura de la retorta está aislada de la atmósfera dentro de la carcasa 40 de la retor ta, pero externa a la estructura de la retorta. En esta realización, la unidad de pirólisis, incluyendo al menos la carca sa 40 de la retorta y la estructura de la retorta, forma una unidad rígida y compuesta capaz de inclinarse como una sola unidad a través de una disposición hidráulica, tal como un par de pistones hidráulicos adyacentes al extremo de entrada de la unidad que pivota la unidad alrededor de un eje de pivote adyacente al extremo de descarga. Para ayudar a la rigidez, la unidad de pirólisis puede comprender un casco exterior de acero revestido con ladrillos cerá micos refractarios.

En las figuras que se acompañan, el tubo sustancialmente horizontal 27 entra en la carcasa 40 de la retorta a través de una carcasa hermética 5. De este modo, la atmósfera dentro de la carcasa de la retorta sólo puede salir por los escapes 7. Alternativamente, la tubería sustancialmente horizontal 27 puede estar situada dentro de la carcasa 40 de la retorta, y la tubería de alimentación 3 puede entrar en la carcasa 40 de la retorta a través de una carcasa hermética 5 situada en la superficie de la carcasa 40 de la retorta.

Haciendo referencia a la figura 5, en un segundo extremo (de descarga o de salida) de la estructura de la retorta, opuesto al primer extremo, más allá de la placa difusora 38 de gas del horno, se encuentra un tubo de salida 33 de la retorta para permitir que una mezcla de gas y partículas salga de la estructura de la retorta. El tubo de salida 33 de la retorta se extiende fuera de la estructura de la retorta a lo largo del eje común. Una sección taladrada del tubo de salida 33 tiene orificios a lo largo de la superficie del tubo de salida situados por encima de un tubo de car bón 36 que se extiende sustancialmente de forma vertical. El carbón que cae a través de los orificios de la sección taladrada cae en el tubo de carbón 36 a través de una esclusa de aire 39. Además, los orificios permiten que la mezcla de gas y partículas se eleve a través de un conducto de gas 19 por encima y próximo a la sección taladrada. El gas puede ser impulsado para viajar por un ventilador de refuerzo de gas 18. Una escotilla de acceso 34 permite el acceso para el mantenimiento.

Un extremo de salida del conducto de gas 9 puede formar una salida de Gas Sintético 9, que puede conectarse a otra pieza de maquinaria, tal como un generador. Alternativamente, la salida de Gas Sintético puede conectarse a un recipiente de almacenamiento, como un gasómetro, tras una operación de limpieza de gas.

La disposición innovadora de los componentes en el presente aspecto permite reducir el tamaño de la unidad de pirólisis. Por ejemplo, una unidad de pirólisis del presente aspecto, que está clasificada como una unidad de 6 tone ladas, puede tener menos de 4,8 metros de ancho. Por lo tanto, esta unidad puede transportarse fácilmente por carretera, ferrocarril, mar o aire.

A continuación se describirá el sistema de calentamiento de la unidad de pirólisis. En general, el sistema de calen tamiento comprende al menos una fuente de calor y un conducto de calentamiento para transferir el calor desde la fuente de calor al interior de la carcasa de la retorta aislada térmicamente. El sistema de calentamiento puede incluir fuentes de calor adicionales. Los expertos en la materia entenderán que una sola fuente de calor puede abastecer múltiples zonas calentadas. En esta realización, el sistema de calentamiento, la estructura de la retorta y la carcasa 40 de la retorta pueden inclinarse juntos como una sola unidad compuesta por medio de arietes hidráulicos bajo el control de la unidad de control 100.

Una alimentación 13 del horno está conectada a una unidad de control 21 de la combustión. La unidad de control 21 de la combustión también está conectada a la zona de combustión de un horno principal 17.

El conducto de calor 15 está unido al horno principal 17 y conectado a la carcasa de la retorta aislada térmicamente para que el gas calentado del horno pueda entrar en la carcasa de la retorta aislada térmicamente, calentando así la estructura de la retorta.

El gas calentado que sale del horno principal 17 entra en el conducto de calor 15 y se dirige hacia la carcasa 40 de la retorta. El gas calentado entra entonces en la carcasa 40 de la retorta, con lo que se calienta la estructura de la retorta.

El sistema de calentamiento puede funcionar entre 1250°C y 1600°C. Esas temperaturas son capaces de calentar la estructura de la retorta entre 800°C y 1000°C (por ejemplo, 850°C).

La temperatura de la estructura de la retorta es, por tanto, capaz de descomponer termoquímicamente ("craquear") la materia prima colocada en su interior. El gas sale de la materia prima

El recorrido de la materia prima se describirá a continuación con referencia a las figuras 1 - 5.

Cuando la materia prima se somete al proceso de pirólisis dentro de la estructura de la retorta, produce carbón y gas. El carbón sigue un trayecto mientras que el gas sigue otro trayecto. Se entenderá que aunque los trayectos se describen como separados, pueden estar interconectados en ciertos puntos.

La materia prima entra en la alimentación a la retorta 1, pasa por la esclusa de aire de doble acción 2 y cae por el tubo de alimentación 3. La esclusa de aire de doble acción 2 minimiza o impide la entrada de aire en la estructura de la retorta, permitiendo así que se produzca un proceso de pirólisis pura. La materia prima pasa a través de la esclu sa de aire de alimentación lateral 4 y es transportada a través de una tubería sustancialmente horizontal 27 a la retorta interior 29. La estructura de la retorta puede tener una inclinación variable para acelerar o ralentizar la veloci dad a la que la materia prima pasa por la estructura de la retorta. En otras palabras, el tiempo de permanencia de la materia prima dentro de la estructura de la retorta puede ser ajustada inclinando la estructura de la retorta.

Como se ha mencionado más arriba, la estructura de la retorta rota alrededor del eje común de la retorta interior 29 y de la retorta exterior 26. Esta rotación ayuda a descomponer físicamente la materia prima. El hecho de que la retorta pueda rotar en un sentido y en el otro impide además que la materia prima forme un puente entre las superficies de la estructura de la retorta o los álabes de la misma.

La atmósfera dentro de la retorta puede ser rica en CO²suministrado por la alimentación de CO² 8. Es conocido en la técnica que un entorno rico en CO²(en volúmenes controlados) proporciona un mayor rendimiento de Gas Sintéti co de mayor calidad para una materia prima dada durante un proceso de pirólisis. Este proceso también facilita po tencialmente el uso de un gas de efecto invernadero de forma menos dañina para el medio ambiente.

En el interior de la estructura de la retorta, el trayecto del gas y el trayecto del carbón son divergentes. A continua ción se describirá el recorrido del gas, seguido del recorrido del carbón.

El gas que sale de la estructura de la retorta a través del tubo de salida de la misma es Gas Sintético combinado con algunas partículas. La materia particulada puede comprender carbón particulado, gotas de alquitrán u otra materia que no se haya descompuesto completamente en el proceso de pirólisis que se produce en la estructura de la retor ta.

La mezcla de Gas Sintético y la materia particulada que sale del sistema pueden incluir aceites y alquitrán. Las par tículas residuales aún presentes en la mezcla generalmente no se pueden descomponer adicionalmente por las temperaturas en la estructura de la retorta. Las unidades de pirólisis convencionales eliminarían las partículas resi duales o, si éstas contienen aceites y alquitranes, las enviarían a una refinería para su procesamiento posterior. Las unidades de pirólisis convencionales eliminan los aceites y alquitranes mediante un proceso de enfriamiento y / o limpieza, por ejemplo, haciendo pasar el gas que sale de la unidad de pirólisis convencional a través de un pulveri zador de enfriamiento.

La mezcla de Gas Sintético y partículas residuales se comprime dentro del compresor 10. La temperatura dentro de la carcasa de la retorta puede ser suficiente para elevar la temperatura de la estructura de la retorta a entre 800°C -1000°C; en una realización, la temperatura de la estructura de la retorta es de aproximadamente 850°C.

A continuación se describirá el recorrido del carbón con respecto a las figuras 1 - 5. Se debe hacer notar que, mien tras que la trayectoria del gas opera en un entorno sustancialmente libre de oxígeno, la trayectoria del carbón puede estar expuesta al aire.

Después de salir de la estructura de la retorta a través del tubo de salida de la retorta, el carbón cae a través del tubo 36 de carbón y sobre el transportador 23. El transportador transporta el carbón a la base de la tolva de alimen tación 14 que, a su vez, transporta el carbón a la parte superior de la tolva de alimentación 14. Un sinfín (no mostra do) puede estar incluido en la alimentación 14 de la tolva para lograr dicho transporte. Desde la parte superior de la tolva de alimentación 14 el carbón se deposita en la alimentación 13 del horno. El carbón que entra en la alimenta ción 13 del horno puede mezclarse con combustible adicional, tal como combustibles fósiles, u otras materias pri mas. Alternativamente, el carbón puede entrar solo en la alimentación 13 del horno. Se entenderá que, aunque se ha descrito en la presente Memoria Descriptiva una alimentación gravitacional, otros procedimientos de alimentación del horno con carbón vegetal y / o combustible adicional están dentro del alcance de la presente invención.

Con referencia específica a la figura 3, después de pasar por la alimentación 13 del horno, el carbón entra en el sistema de calentamiento. El sistema de calentamiento puede funcionar a una temperatura de aproximadamente 1600°C. La temperatura dentro del sistema de calentamiento es suficiente para quemar el carbón, que se convierte en gas caliente y escoria. El gas caliente se dirige hacia el conducto de calor 15. La escoria se dirige hacia un grifo de escoria 11.

El gas caliente puede salir de la carcasa 40 de la retorta a través del escape 7. Está dentro del alcance de la presen te invención incluir más de un escape 7. El escape 7 incluye preferentemente una junta flexible y / o una garganta restrictiva para que el escape sea controlable. Este control permite que la unidad de pirólisis multietapa de un aspec to de la presente invención cumpla con las diferentes normativas oficiales de varios países.

Descripción detallada de una segunda realización preferida

En esta realización, en la medida en que no se expliquen más adelante, las características que tienen los mismos números de referencia que en la primera realización son las descritas más arriba y no necesitan más explicación. El funcionamiento de la retorta es como se describe en la primera realización. El radio interior de la retorta exte rior 26 es de aproximadamente 0,71m, y el radio interior de la retorta interior es de aproximadamente 0,43 m, dejan do un espacio de alrededor de 0,25 - 0,3 m entre el interior de la retorta exterior 26 y el exterior de la retorta inte rior 29. Un par de tapas de aleación de níquel o de acero inoxidable montan la pared cilindrica de la retorta exterior al engranaje de transmisión de la retorta 35 en un extremo y a un cojinete en el otro. Por lo tanto, la retorta exte rior 26 soporta su propio peso y sufre cargas periódicas de torsión al ser impulsada a rotar en sentidos alternativos por el motor 20, cargas que son soportadas por la estructura de níquel.

La pared cilíndrica de la retorta interior 29 está montada dentro de la retorta exterior en las tapas de los extremos, y por medio de separadores de acero inoxidable de refuerzo a lo largo de su longitud. Como la pared cilíndrica de la retorta interior 29 no soporta ninguna de las cargas de torsión o gravitacionales, no requiere la misma resistencia que la retorta exterior y, por tanto, puede fabricarse de forma más económica en cobre sin refuerzo de níquel. Asi mismo, los álabes 31 que llevan ambas retortas pueden ser de cobre únicamente.

Típicamente, en uso, cuando la temperatura fuera de la retorta se mantiene alrededor de 850°C, la temperatura dentro de la retorta interior 29 será de alrededor de 700°C debido al enfriamiento por la materia prima recién ingre sada. La materia prima cae entonces a través de los orificios o ranuras en la parte de la pared de la retorta inte rior 29 (como mejor se ve en las figuras 5 y 8) que se encuentra actualmente en la parte inferior, en el espacio entre las dos retortas, en el que su tiempo de permanencia se incrementa por las paletas 31, hasta que puede caer de nuevo en la retorta interior 29 y así sucesivamente a lo largo de la retorta.

Como se ve mejor en la figura 12, las paletas 31 tienen forma de T en sección transversal, cada una de ellas forma da por una aleta que se desplaza longitudinalmente a lo largo de la superficie de la retorta, con una placa en su extremo exterior. La sección transversal simétrica permite que la retorta funcione de la misma manera independien temente del sentido de rotación. Los extremos de los álabes que se proyectan hacia el interior de la retorta exterior y los que se proyectan hacia el exterior de la retorta interior se encuentran aproximadamente en la misma superficie cilíndrica. De esta manera, cuando la materia sólida carbonizada se desprende de un álabe exterior, caerá en un álabe interior y viceversa.

El gas de síntesis sale a un colector que alimenta una tubería de gran diámetro, a través de la cual pasa a un se gundo generador de vapor con recuperación de calor (HRSG) 45b, en el que se hace pasar por tuberías a través de una caldera para generar el vapor utilizado para accionar la turbina de vapor 50. Después de ser enfriado de esta manera, se pasa a una lavadora 62 de tipo convencional que extrae las impurezas.

Será evidente que el aparato tiene una serie de ventajas. En primer lugar, el aparato funciona para destruir materia les de desecho sólidos que, de otro modo, causarían daños al medio ambiente. La pirólisis en una atmósfera de dióxido de carbono sin oxígeno crea un auténtico entorno de pirólisis pura, diferente y más limpio que los anteriores sistemas de incineración y gasificación de residuos. Las unidades pueden funcionar con todos los productos carbo nosos, incluida la biomasa, los residuos sólidos urbanos, los residuos peligrosos, los neumáticos, las aguas residua les, etc., cumpliendo con todas las normativas y requisitos vigentes.

En segundo lugar, produce a partir de ellos una serie de productos finales útiles. Como sólido, la escoria vítrea pue de utilizarse como material de construcción. El carbón que se produce puede utilizarse como combustible en el pro pio aparato, tal y como se ha descrito más arriba. Pero, además, si el contenido de madera de la materia prima resi dual es alto, el carbón vegetal constituye un combustible limpio, similar al carbón vegetal, que puede venderse para su uso en lugar de los combustibles fósiles, como briquetas o como pellets torrificados (para lo cual véase el docu mento de Anna Austin "Glorified, Torrified & Cofired", Biomass Power & Thermal, septiembre de 2011 págs. 29 - 33). Como gases, el hidrógeno y el gas de síntesis son combustibles útiles. Aunque el gas de síntesis producido de acuerdo con las realizaciones puede tener en algunos casos un contenido calorífico diferente al del gas natural, puede utilizarse como sustituto con las modificaciones adecuadas, y es lo suficientemente limpio como para hacer funcionar un motor de movimiento alternativo o una turbina de gas, produciendo emisiones iguales o inferiores a las del gas natural. Si el gas de síntesis producido por las realizaciones se vende como combustible, el contenido calorí fico del gas de síntesis puede controlarse manteniendo una mezcla adecuada de materiales de alimentación de residuos. Los valores caloríficos de los distintos tipos de residuos sólidos son bien conocidos, pero se puede encon trar una tabla conveniente en http: / / www.pyromex.com / waste types / values_asc.htm. En general, las aguas resi duales secas y algunos materiales agrícolas como el heno tienen un menor contenido energético en peso, y los plásticos tienen un mayor contenido energético por un factor de 2 - 3.

Las unidades de las realizaciones preferidas pueden instalarse con extrema rapidez y pueden desmontarse y trasla darse a una ubicación alternativa con la misma facilidad. Son capaces de producir una gran cantidad de energía a partir de una unidad relativamente pequeña y compacta, que cumple con todos los temas y requisitos medioambien tales actuales y que también resuelve los problemas de alquitrán y PHA que existen desde hace mucho tiempo, utilizando altas temperaturas de gas y tiempos de permanencia variables.

Otros aspectos, realizaciones y modificaciones

En las realizaciones anteriores, se ha descrito una retorta cilindrica rotativa. Sin embargo, en otras realizaciones, podrían adoptarse formas diferentes. Por ejemplo, la sección transversal no tiene por qué ser constante a lo largo de toda la retorta, sino que puede ensancharse o estrecharse hacia abajo.

De manera similar, aunque una sección transversal circular es conveniente de fabricar, podrían utilizarse secciones transversales no circulares; una sección transversal elíptica aumenta el tiempo de permanencia en algunas partes de la retorta, lo que puede ser útil en algunos casos. Se podrían utilizar muchas otras secciones transversales, aun que las esquinas afiladas podrían tender a atrapar el material. La rotación empleada podría proporcionarse igual mente utilizando engranajes elípticos u otros medios para variar la velocidad de rotación dentro de cada rotación, con el fin de controlar el tiempo de permanencia en diferentes sectores de la retorta.

Aunque se ha descrito la rotación, unidireccional o bidireccional, sería posible rotar la retorta menos de una vuelta completa antes de invertirla, es decir, aplicar una oscilación rotacional. En este caso, no es necesario que la retorta sea cerrada, sino que puede ser una superficie cóncava, por ejemplo semicircular.

Por último, como se muestra en la figura 13, que se refiere a un ejemplo no reivindicado útil para la comprensión de la presente invención, sería posible proporcionar, en lugar de un recipiente de retorta, una lámina pla na 26 correspondiente a una versión "no envuelta" de la retorta cilíndrica, con una lámina de cobre plana superior soportada por un estructura plana de aleación de níquel o de acero inoxidable, preferiblemente soldado de forma explosiva. La lámina está ligeramente inclinada, y se conecta un accionamiento para hacer oscilar la lámina de ma nera que actúe como un transportador de rango (como se divulga, por ejemplo, en los documentos GB148844 o en US3191763). Las realizaciones anteriores no aprovechan toda la superficie de la retorta, ya que la materia prima tiende a caer al fondo de la retorta y se amontona allí. En esta realización, la materia prima puede cubrir más uni formemente una mayor porción de la superficie de cobre en la que puede tener lugar la pirólisis. El calor puede ser aplicado desde arriba y / o desde abajo. La lámina no necesita estar inclinada si se emplea una accionamiento ade cuado en la que la parte hacia atrás de cada vibración es más rápida que la parte hacia adelante, y en este caso, se pueden proporcionar nervios en la placa para ayudar a prevenir el movimiento hacia atrás, como es conocido en la técnica.

Los términos "horizontal" y "vertical" en la presente memoria descriptiva se refieren a los ejes principales del aparato. Se entiende que todo el aparato está inclinado, en uso, con respecto al plano horizontal y, por lo tanto, los términos "horizontal" y "vertical" no se utilizan aquí por referencia a la superficie de la Tierra. Utilizados, o no, junto con la palabra "sustancialmente", "horizontal" y "vertical" se entienden, respectivamente, como "más horizontal que vertical" y "más vertical que horizontal" y no como términos de precisión geométrica.

Es posible recuperar el calor gastado en el calentamiento de la retorta, así como el valor calorífico de los subproduc tos de los procesos que se han descrito más arriba. La retorta de la presente invención puede ser capaz de gasificar ciertos tipos de materias primas sin necesidad de un procesamiento adicional. Sin embargo, también es posible proporcionar una etapa de preprocesamiento; y / o etapas de procesamiento posterior. Cada una de ellas puede ser una retorta más, como se ha descrito más arriba, pero algunas realizaciones preferidas de tales etapas de preproce samiento y de procesamiento posterior y procesos y estructuras de recuperación de energía se describen en nues tras solicitudes en tramitación junto con la presente, presentadas el mismo día que la solicitud prioritaria de la pre sente solicitud, GB1503765.8 y con los siguientes títulos y números de solicitud:

• GB1503766.6 "Procedimientos y aparatos de pirólisis"

• GB1503760.9 "Aparato y procedimiento de pirólisis o gasificación"

• GB1503772.4 "Perfil de temperatura en un aparato y procedimiento de tratamiento térmico avanzado" • GB1503770.8 "Aparato de tratamiento térmico avanzado"

• GB 1503769.0 "Procedimientos y aparatos de tratamiento térmico avanzado"

Un experto en la técnica entendería que podrían utilizarse varios tipos de fuentes de calor y combustibles para la misma,, además de los que se han descrito más arriba y en las aplicaciones en tramitación con las solicitudes en tramitación junto con la presente, que se han mencionado más arriba.

Muchas otras variantes y realizaciones serán evidentes para el lector experto, todas las cuales están previstas den tro del alcance de la invención cubierta por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una estructura de la retorta de pirólisis construida, al menos en parte, con una lámina (26b) de un metal de alta conductividad térmica soldada explosivamente, en una primera cara de la lámina de un metal de alta conductivi dad térmica, a una estructura (26a) de un metal de alta resistencia a la temperatura, quedando la primera cara de la lámina de un metal de alta conductividad térmica expuesta a través de regiones de la estructura de metal de alta resistencia a la temperatura, siendo la citada retorta una retorta rotativa (26, 29).

2. Una estructura de la retorta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el metal resistente a altas temperaturas es una aleación de níquel o acero inoxidable.

3. Una estructura de la retorta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el metal de alta conducti vidad térmica comprende cobre.

4. Una estructura de la retorta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la citada retorta (26, 29) tiene una sección transversal circular, y preferentemente es cilíndrica.

5. La estructura de la retorta de cualquier reivindicación anterior, que comprende cuerpos interior (29) y exterior (26) rotativos conjuntamente.

6. La estructura de la retorta de la reivindicación 5, en la que el cuerpo interior (29) contiene orificios para permitir el paso de material particulado a través del mismo.

7. La estructura de la retorta de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en la que los cuerpos interior (29) y exte rior (26) llevan paletas (31) para retener el material particulado.

8. La estructura de la retorta de la reivindicación 7, en la que los álabes (31) tienen una sección transversal en forma de T.

9. La estructura de la retorta de cualquier reivindicación anterior, comprende además un accionamiento rotativo (20) capaz de hacer rotar la retorta (26, 29), siendo dicho accionamiento (20) preferentemente reversible y con trolable para alternar periódicamente el sentido de rotación de la retorta (26, 29).

10. Un gasificador que comprende una estructura de retorta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, ence rrada dentro de una carcasa aislada térmicamente (40), y un sistema de calentamiento capaz de calentar el aparato de pirólisis a una temperatura suficiente para la pirólisis de un material calorífico.

11. El gasificador de la reivindicación 10, que comprende además medios para variar la inclinación de la estructura de la retorta de pirólisis.

12. Procedimiento de fabricación de una estructura de la retorta de pirólisis destinada a la gasificación de materias primas a altas temperaturas, preferentemente por encima de 800°K, que comprende:

proporcionar una primera lámina (26b) de un metal de alta conductividad térmica;

proporcionar una segunda lámina (26a) de un metal resistente a altas temperaturas;

soldar explosivamente las citadas primera y segunda láminas una a la otra; y

fresar partes de la citada segunda lámina para dejar expuesta la citada primera lámina.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el metal de alta conductividad térmica comprende cobre.

14. El procedimiento de la reivindicación 12 o de la reivindicación 13, en el que las citadas láminas primera y se gunda son cilíndricas.