ES3058360T3 - Sistema de reactor de lecho fluidizado y procedimiento de funcionamiento de un sistema de reactor de lecho fluidizado - Google Patents
Sistema de reactor de lecho fluidizado y procedimiento de funcionamiento de un sistema de reactor de lecho fluidizadoInfo
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Abstract
Un sistema de reactor (10, 10', 10'') y un método para controlar un sistema de reactor que comprende un primer y un segundo reactor de lecho fluidizado (12, 14), un canal de gases de combustión (30) conectado mediante un flujo de gas con el primer reactor de lecho fluidizado (12) y un canal de gas producto (54) conectado mediante un flujo de gas con el segundo reactor de lecho fluidizado (14). El método comprende las etapas de alimentar combustible sólido y gas que contiene oxígeno al primer reactor de lecho fluidizado para formar un lecho fluidizado de partículas, y quemar una primera porción del combustible sólido en el lecho fluidizado de partículas con el gas que contiene oxígeno para generar partículas de lecho caliente y una primera corriente de gas de combustión caliente, transportar la primera corriente de gas de combustión caliente al canal de gases de combustión, transferir partículas de lecho caliente, incluyendo una segunda porción del combustible sólido, a una velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada, desde el primer reactor de lecho fluidizado al segundo reactor de lecho fluidizado, y alimentar gas fluidizante al segundo reactor de lecho fluidizado para formar un segundo lecho fluidizado de partículas. y transferir partículas del lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor de lecho fluidizado; en donde el método comprende un primer y un segundo modo de operación, en cuyo primer modo de operación el gas fluidizante es un gas que contiene oxígeno y el método comprende los pasos de quemar una porción de la segunda porción del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar una segunda corriente de gas de combustión caliente, y transportar la segunda corriente de gas de combustión caliente al canal de gas de combustión, y en el segundo modo de operación el gas fluidizante comprende vapor, CO2 o gas inerte que no contiene oxígeno y el método comprende los pasos de pirolizar o gasificar una porción de la segunda porción del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar gas producto, y transportar el gas producto al gas producto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Sistema de reactor de lecho fluidizado y procedimiento de funcionamiento de un sistema de reactor de lecho fluidizado
[0003] Antecedentes de la invención
[0004] Campo de la invención
[0005] La presente invención se refiere a un sistema de reactor de lecho fluidizado y a un procedimiento de funcionamiento de un sistema de reactor de lecho fluidizado según las reivindicaciones independientes adjuntas. Por lo tanto, la invención se refiere a un sistema de reactor que comprende unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado, tales como un reactor de combustión y un reactor de pirolización o gasificación.
[0006] Descripción de la técnica relacionada
[0007] El mantenimiento del equilibrio entre la electricidad consumida y la electricidad alimentada a la red ha, por ejemplo, debido al aumento de la energía solar y eólica menos controlable conducido a demandas de flexibilidad estrictas para centrales de energía basadas en combustión, tales como calderas de lecho fluidizado. Asimismo pueden proporcionarse las demandas de flexibilidad estrictas correspondientes para reactores de lecho fluidizado utilizados para otros fines, tales como proporcionar agua caliente o calor a un proceso industrial. La carga, o salida de calor, de un reactor de combustión de lecho fluidizado, tal como el flujo de vapor desde una caldera de lecho fluidizado, puede controlarse generalmente variando la velocidad de alimentación de combustible y gas de combustión que contiene oxígeno, habitualmente aire, al reactor. Sin embargo, la capacidad de calor de un reactor de combustión de lecho fluidizado es generalmente relativamente grande, lo que ralentiza los cambios de la velocidad de quema y la salida de calor. Por lo tanto, existen muchas situaciones en las que la velocidad de cambio de carga o el intervalo de control de carga de un reactor de combustión de lecho fluidizado que es obtenible variando únicamente la velocidad de alimentación de combustible y aire de combustión no es suficiente, y se necesitan procedimientos de control más versátiles y sistemas de reactor de lecho fluidizado correspondientes.
[0008] En un procedimiento de control de reactor de lecho fluidizado circulante más avanzado conocido, por ejemplo, a partir de la patente US n.º 4.813.381, la cantidad de partículas de lecho en el horno se cambia para ajustar la absorción de calor en el mismo. Los documentos de patente US n.º 4.674.560 y US n.º 5.363.812 divulgan unos procedimientos de control para un reactor de lecho fluidizado circulante que se basan en aumentar o disminuir la cantidad de material de lecho que se recoge respecto a un almacenamiento de material de lecho, por lo que pueden variar la densidad de lecho y la tasa de recuperación de calor en las partes superiores del horno.
[0009] Los documentos de patente US n.º 3.853.498, US n.º 4.311.670, US n.º 4.344.373 y WO 2008/071.842 divulgan unos procedimientos de control de un reactor de pirolización de lecho fluidizado que se combina con un reactor de combustión de lecho fluidizado, en los que la energía térmica requerida para el funcionamiento de un pirolizador se obtiene haciendo circular en el mismo una cantidad controlada de sólidos calientes desde el reactor de combustión.
[0010] La publicación JP 2003176489 A divulga un gasificador de lecho fluidizado circulante que comprende una cámara de gasificación y un separador de sólidos conectado a la cámara de gasificación para separar partículas del gas combustible. El separador está provisto de un canal de retorno para partículas separadas conectadas a la parte inferior de la cámara de gasificación. El canal de retorno está provisto de una cámara de combustión de carbonización en la que se combustiona material combustible. Las partículas se devuelven desde la cámara de combustión a la cámara de gasificación que actúa como una fuente de calor para el craqueo térmico de la materia prima en la cámara de gasificación. El gas de combustión procedente de la cámara de combustión se utiliza para la recuperación de calor, mientras que el gas combustible se utiliza, por ejemplo, para la recuperación de energía, la generación de energía, la síntesis química y similares en procesos posteriores.
[0011] La publicación WO 2017/142515 A1 divulga un sistema de generación de gas de producto de dos etapas en el que el primer reactor genera un primer gas de producto a partir de material carbonoso. Existe un separador que separa la carbonización del primer gas de producto. La carbonización separada se alimenta al segundo reactor. El segundo reactor produce el segundo gas de producto. Un reactivo utilizado en el primer reactor se calienta en el segundo reactor. El segundo reactor está provisto asimismo de un separador que separa sólidos del segundo gas de producto. La publicación divulga además que los sólidos del segundo reactor pueden transferirse al primer reactor. Los primer y segundo gases de producto se combinan en un conducto de gas de producto combinado.
[0012] Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de reactor de lecho fluidizado versátil y un procedimiento ventajoso de funcionamiento del sistema de reactor de lecho fluidizado.
[0013] Sumario de la invención
[0015] Los problemas mencionados anteriormente de la técnica anterior se resuelven o por lo menos se minimizan mediante las soluciones definidas en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las reivindicaciones dependientes definen unas formas de realización ventajosas de la presente invención.
[0017] Según un aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento de control de un sistema de reactor que comprende unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado, un canal de gas de combustión en conexión de flujo de gas con el primer reactor de lecho fluidizado y un canal de gas de producto en conexión de flujo de gas con el segundo reactor de lecho fluidizado, comprendiendo el procedimiento las etapas de alimentar con combustible sólido y gas que contiene oxígeno al primer reactor de lecho fluidizado para formar en el mismo un lecho fluidizado de partículas y combustionar una primera parte del combustible sólido en el lecho fluidizado de partículas con el gas que contiene oxígeno para generar unas partículas de lecho calientes y una primera corriente de gas de combustión caliente, transportar la primera corriente de gas de combustión caliente al canal de gas de combustión, transferir las partículas de lecho calientes que incluyen una segunda parte del combustible sólido a una velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada desde el primer reactor de lecho fluidizado al segundo reactor de lecho fluidizado, alimentar con gas fluidizante al segundo reactor de lecho fluidizado para formar en el mismo un segundo lecho fluidizado de partículas, y transferir las partículas de lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor de lecho fluidizado; en el que el procedimiento comprende unos primer y segundo modos de funcionamiento, en cuyo primer modo de funcionamiento el gas fluidizante es un gas que contiene oxígeno y el procedimiento comprende las etapas de combustionar una parte de la segunda parte del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar una segunda corriente de gas de combustión caliente, y transportar la segunda corriente de gas de combustión caliente al canal de gas de combustión, y en el segundo modo de funcionamiento el gas fluidizante comprende vapor, CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno y el procedimiento comprende las etapas de pirolizar o gasificar una parte de la segunda parte del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar un gas de producto, y transportar el gas de producto al canal de gas de producto.
[0019] Como se ha definido anteriormente, el sistema de reactor, que comprende unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado, se utiliza en uno de entre dos modos de funcionamiento diferentes. El combustible sólido y el gas que contiene oxígeno, habitualmente aire, están en funcionamiento siempre, es decir, tanto en el primer como en el segundo modo de funcionamiento, alimentados al primer reactor de lecho fluidizado. Por lo tanto, el combustible sólido siempre está en funcionamiento quemado en el primer reactor de lecho fluidizado, que por tanto puede denominarse reactor de combustión, o un primer reactor de combustión. Por lo menos una parte del gas que contiene oxígeno se alimenta al primer reactor de lecho fluidizado a través de una rejilla inferior para fluidizar las partículas sólidas, que comprenden partículas de combustible y partículas de lecho inerte, tales como partículas de arena o ceniza, en el reactor. Así, una parte del combustible sólido, denominada primera parte del combustible sólido, combustiona en el primer reactor de lecho fluidizado.
[0021] Mediante la combustión del combustible sólido en el primer reactor de lecho fluidizado se generan partículas de lecho calientes y una corriente de gas de combustión, denominada primera corriente de gas de combustión caliente. Una parte de las partículas de lecho calientes, incluyendo partículas de combustible sólido no combustionadas, se transfiere entonces a una velocidad controlada, denominada velocidad de transferencia de partículas calientes, desde el primer reactor de lecho fluidizado hasta el segundo reactor de lecho fluidizado. La temperatura de las partículas de lecho calientes transferidas al segundo reactor de lecho fluidizado corresponde generalmente a la de las partículas de lecho en el primer reactor de lecho fluidizado, siendo habitualmente por lo menos 700 ºC.
[0023] El gas fluidizante, cuya composición depende del modo de funcionamiento, se alimenta generalmente al segundo reactor de lecho fluidizado alimentado a través de una rejilla inferior para formar en el mismo un segundo lecho fluidizado de partículas. Una corriente de partículas sólidas, que comprende principalmente ceniza, se descarga generalmente desde el sistema de reactor en una o más partes adecuadas del sistema, por ejemplo, desde el fondo del reactor de combustión. Se completa un bucle de transferencia de partículas dentro del sistema de reactor transfiriendo partículas de lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado de regreso al primer reactor de lecho fluidizado. La transferencia de partículas entre los primer y segundo reactores de lecho fluidizado puede realizarse, dependiendo del sistema de reactor en cuestión, mediante cualquiera de varios procedimientos generalmente conocidos, tales como gravitacional, mecánica o neumáticamente.
[0025] [0013]Cada uno de los primer y segundo reactores de lecho fluidizado es ventajosamente un reactor de lecho fluidizado circulante. Así, la transferencia de partículas puede realizarse ventajosamente dirigiendo una parte de las partículas sólidas separadas en un separador de partículas desde el gas de escape de un reactor al otro reactor. Según una forma de realización preferida de la presente invención, el segundo reactor de lecho fluidizado es un reactor de lecho fluidizado circulante y las partículas se transfieren desde su separador de partículas al primer reactor de lecho fluidizado, mientras que las partículas transferidas a la dirección opuesta, al segundo reactor de lecho fluidizado, se toman desde la parte inferior del primer reactor de lecho fluidizado. El motivo de esto es que habitualmente las partículas sólidas tomadas desde la parte inferior de un reactor de combustión comprenden más
partículas de combustible no combustionadas que partículas sólidas separadas del gas de escape. Dichas partículas de combustible no combustionadas se utilizan, en ambos modos de funcionamiento, en el segundo reactor de lecho fluidizado.
[0026] Según la presente invención, el gas fluidizante alimentado en el primer modo de funcionamiento al segundo reactor de lecho fluidizado es gas que contiene oxígeno, ventajosamente el mismo gas que contiene oxígeno, habitualmente aire, como se alimenta al primer reactor de lecho fluidizado. El combustible sólido, que comprende, o que consiste en, combustible sólido no combustionado transferido desde el primer reactor de lecho fluidizado, se combustiona así en el segundo lecho fluidizado de partículas. El segundo reactor de lecho fluidizado se mantiene así, por motivos que deben explicarse, en el primer modo de funcionamiento a una temperatura relativamente alta. Especialmente cuando la cantidad de combustible sólido no combustionado transferida desde el primer reactor de lecho fluidizado al segundo reactor de lecho fluidizado es pequeña, por ejemplo, debido a la alta reactividad del combustible, puede ser útil alimentar asimismo combustible sólido auxiliar directamente al segundo reactor de lecho fluidizado. Generalmente, el segundo reactor de lecho fluidizado puede en el primer modo de funcionamiento mantenerse a la temperatura relativamente alta deseada, ya sea controlando la velocidad de transferencia de partículas hasta un nivel adecuado o controlando la velocidad de alimentación del combustible auxiliar.
[0027] El segundo reactor de lecho fluidizado funciona en el primer modo de funcionamiento como un segundo reactor de combustión que actúa en paralelo al primer reactor de combustión. Más específicamente, la combustión de combustible sólido en el segundo reactor de lecho fluidizado genera gas de combustión, denominado segunda corriente de gas de combustión caliente, que ventajosamente asimismo se transporta al canal de gas de combustión, y se combina en el mismo con la primera corriente de gas de combustión caliente. Las partículas de lecho, que por tanto permanecen calientes en el segundo reactor de lecho fluidizado, se hacen circular de regreso al primer reactor de lecho fluidizado.
[0028] El canal de gas de combustión comprende ventajosamente unos medios convencionales de recuperación de calor, tales como precalentadores de aire, economizadores, evaporadores y sobrecalentadores. Los gases de combustión se enfrían entonces ventajosamente, y la energía se recupera casi completamente, en un circuito convencional de agua/vapor. Las paredes que encierran el horno del segundo reactor de lecho fluidizado están cubiertas preferentemente con una capa relativamente gruesa de producto refractario, por lo que el reactor puede mantenerse a una temperatura deseada sin ninguna pérdida de calor significativa. Por lo tanto, la salida de calor o la velocidad de producción de vapor del sistema de reactor según la presente invención se encuentra en el primer modo de funcionamiento por lo menos casi igual que si todo el combustible combustionara en un único reactor.
[0029] Cuando el sistema de reactor es conmutado del primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento, el gas fluidizante alimentado al segundo reactor de lecho fluidizado se cambia del gas que contiene oxígeno original a un gas que comprende vapor, CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno, lo que provoca que el combustible sólido pirolilice o gasifique en el segundo reactor de lecho fluidizado. Por lo tanto, en el segundo modo de funcionamiento, el segundo reactor de lecho fluidizado utiliza unas partículas de lecho calientes transportadas desde el primer reactor de lecho fluidizado y funciona como un pirolizador o como un gasificador indirecto.
[0030] Como se explica anteriormente, el combustible sólido pirolizado o gasificado en el segundo modo de funcionamiento en el segundo reactor de lecho fluidizado comprende la segunda parte de combustible sólido alimentado originalmente al primer reactor de lecho fluidizado. Además, es posible, incluso en el segundo modo de funcionamiento, alimentar combustible sólido auxiliar directamente al segundo reactor de lecho fluidizado. La pirólisis o gasificación de combustible sólido en el segundo reactor de lecho fluidizado genera gas de producto que se transporta al canal de gas de producto. El gas de producto se dirige a continuación a cualquier utilización convencional, por ejemplo, a través de una etapa de enfriamiento en un tratamiento de proceso de síntesis.
[0031] La conmutación del sistema de reactor desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento se realiza ventajosamente con el fin de reducir eficazmente el primer reactor de lecho fluidizado, es decir, para disminuir rápidamente y/o a una extensión grande la carga o salida de calor del reactor de combustión. La disminución de la salida de calor se basa parcialmente en que ya no transporta gas de combustión desde el segundo reactor de lecho fluidizado hasta el canal de gas de combustión. Además, debido a que el proceso que tiene lugar en el segundo reactor de lecho fluidizado se cambia de un proceso de combustión exotérmico a un proceso de pirólisis o gasificación endotérmico, la temperatura en el segundo reactor de lecho fluidizado inevitablemente disminuye. Por lo tanto, la temperatura de las partículas sólidas devueltas desde el segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor fluidizado es inferior en el segundo modo de funcionamiento que en el primer modo de funcionamiento, por lo que la salida de calor desde el reactor de combustión tiende a disminuir. Según una forma de realización preferida de la presente invención, la temperatura de las partículas de lecho transferidas desde el segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor de lecho fluidizado es en el segundo modo de funcionamiento por lo menos 20 ºC menor que en el primer modo de funcionamiento.
[0032] [0020]La velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada y la velocidad de alimentación de gas fluidizante al segundo reactor de lecho fluidizado están ventajosamente en el primer modo de funcionamiento controlado para mantener el segundo reactor de lecho fluidizado en una temperatura relativamente alta
predeterminada, preferentemente en una temperatura de por lo menos, por ejemplo, 600 ºC, o todavía más preferentemente en una temperatura de por lo menos 400 ºC. El mantenimiento del segundo reactor de lecho fluidizado en el primer modo de funcionamiento a una temperatura tan alta es útil para poder iniciar muy rápidamente el segundo modo de funcionamiento, es decir, gasificar o pirolizar combustible sólido.
[0033] Tanto los reactores de gasificador como de pirolizador son típicamente de un diseño revestido refractario, con una velocidad de calentamiento limitada (50-70 ºC/h) de los productos refractarios, por lo que su tiempo de puesta en marcha a partir de la temperatura ambiente es típicamente de 15-20 horas. Cuando funciona como una unidad autónoma, esta fase de calentamiento lento generalmente no es un problema. Sin embargo, si el gasificador o pirolizador está conectado a una caldera de lecho fluidizado que va a utilizarse para ayudar en los cambios de carga de la caldera, la velocidad de calentamiento lenta no es permisible. Según la presente invención, el segundo modo de funcionamiento del segundo reactor de lecho fluidizado puede iniciarse mucho más rápido de lo que habría sido posible comenzando a transferir combustible sólido desde el reactor de combustión al segundo reactor mantenido, por ejemplo, a temperatura ambiente. Por lo tanto, la presente invención hace posible lograr una velocidad de descenso muy rápida de la salida de calor del proceso de combustión en el sistema de reactor, por ejemplo, para compensar las variaciones de energía en la red debido a la energía solar y eólica cambiante.
[0034] Como un aspecto adicional, la presente invención proporciona un procedimiento de rápido incremento del sistema de combustión conmutando el sistema de reactor desde el segundo modo de funcionamiento al primer funcionamiento, proceso que ventajosamente puede aumentarse adicionalmente quemando el gas de producto comprimido en el primer reactor de lecho fluidizado o en una cámara de sobrecalentador separada del primer reactor de lecho fluidizado.
[0035] Otro aspecto o ventaja principal de la presente invención es que hace posible reducir la carga mínima del reactor de lecho fluidizado, más particularmente, del primer reactor de lecho fluidizado. El motivo de esto es que transferir unas partículas sólidas calientes desde el primer reactor de lecho fluidizado al segundo reactor de lecho fluidizado, y devolver las partículas a una temperatura inferior de vuelta al primer reactor de lecho fluidizado, debido a la utilización de calor de los sólidos en el proceso de pirolización o gasificación en el segundo reactor de lecho fluidizado, conduce a una salida de calor reducida desde el primer reactor de lecho fluidizado.
[0036] La velocidad de transferencia de partículas calientes desde el primer reactor de lecho fluidizado hasta el segundo reactor de lecho fluidizado está preferentemente en el segundo modo de funcionamiento controlado para mantener el segundo reactor de lecho fluidizado por lo menos a una temperatura de pirólisis o gasificación predefinida, siendo dicha temperatura de preferentemente por lo menos 500 ºC, o todavía más preferentemente por lo menos 400 ºC. Con el fin de aumentar la velocidad de cambio de carga del reactor de combustión, la velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada, es decir, la velocidad de transferencia de partículas desde el primer reactor de lecho fluidizado hasta el segundo reactor de lecho fluidizado, ventajosamente en el segundo modo de funcionamiento es por lo menos un 30% mayor que en el primer modo de funcionamiento.
[0037] La velocidad de cambio de carga del reactor de combustión asimismo puede aumentar ventajosamente haciendo que la velocidad de transferencia de las partículas de lecho calientes tanto desde el primer reactor de lecho fluidizado hasta el segundo reactor de lecho fluidizado como la de las partículas de lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado hasta el primer reactor de lecho fluidizado se controle de manera que el inventario de lecho, es decir, la cantidad de partículas de lecho, en el primer reactor de lecho fluidizado se encuentre en el segundo modo de funcionamiento menor que en el primer modo de funcionamiento. Por lo tanto, la forma de realización descrita anteriormente de la presente invención corresponde a la descrita en los documentos de patente US n.º 4.674.560 y US n.º 5.363.812 en la que la carga de un reactor de combustión se varía recogiendo una cantidad controlada de material de lecho desde el reactor de combustión hasta un recipiente separado. Sin embargo, el procedimiento según la presente invención difiere del descrito en los documentos de patente US n.º 4.674.560 y US n.º 5.363.812 en que el recipiente de recogida de material no es únicamente un almacenamiento, sino un reactor de pirólisis o gasificación generador de gas de producto, lo que da lugar a la generación de gas de producto útil y al enfriamiento eficaz del material recogido.
[0038] Según otro aspecto, la presente invención proporciona un sistema de reactor de lecho fluidizado que comprende unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado, unos medios para alimentar con combustible sólido y gas que contiene oxígeno al primer reactor de lecho fluidizado, un canal de gas de combustión en conexión de flujo de gas con el primer reactor de lecho fluidizado, unos medios para transferir partículas de lecho desde el primer reactor de lecho fluidizado al segundo reactor de lecho fluidizado, unos medios para alimentar con gas fluidizante al segundo reactor de lecho fluidizado, y unos medios para transferir unas partículas de lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor de lecho fluidizado, en el que los medios para alimentar con gas fluidizante están en una conexión de flujo de gas fluidizante controlable con los medios para alimentar con gas que contiene oxígeno de combustión y con unos medios para suministrar vapor, CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno; el segundo reactor de lecho fluidizado está en una conexión de flujo de gas de escape controlable con el canal de gas de combustión y con un canal de gas de producto.
[0039] [0027]La breve descripción, así como los objetivos, características y ventajas adicionales de la presente invención,
se pondrán más claramente de manifiesto haciendo referencia a la descripción detallada siguiente de las formas de realización actualmente preferidas, pero no obstante ilustrativas, según la presente invención, cuando se consideran junto con los dibujos adjuntos.
[0040] Breve descripción de los dibujos
[0041]
[0042] La figura 1 ilustra esquemáticamente una disposición según una primera forma de realización preferida de la presente invención.
[0043] La figura 2 ilustra esquemáticamente una disposición según una segunda forma de realización preferida de la presente invención.
[0044] La figura 3 ilustra esquemáticamente una disposición según una tercera forma de realización preferida de la presente invención.
[0045] Descripción detallada de la invención
[0046] El diagrama de la figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de reactor de lecho fluidizado 10 según una forma de realización preferida de la presente invención. El sistema de reactor comprende un primer reactor de lecho fluidizado 12 y un segundo reactor de lecho fluidizado 14. En la forma de realización representada en la figura 1, tanto el primer como el segundo reactor de lecho fluidizado son reactores de lecho fluidizado circulantes, pero alternativamente uno o ambos reactores podrían ser otro tipo de reactor de lecho fluidizado, tal como un reactor de lecho burbujeante.
[0047] El primer reactor de lecho fluidizado 12 es un generador de vapor, es decir, caldera, y comprende un horno 16 con una rejilla inferior 18 conectada por un canal de aire 20 a un suministro de aire 22, es decir, a un ventilador de alimentación de aire, unos medios para alimentar combustible sólido 24, un separador de partículas 26 conectado a la parte superior del horno, un conducto de retorno 28 para el retorno de las partículas separadas en el separador de partículas 26 a la parte inferior del horno, y un canal de gas de combustión 30 para transportar el gas de combustión limpio desde el separador de partículas 26 hasta un paso posterior. El conducto de retorno 28 comprende ventajosamente asimismo un bloqueo de gas convencional (no representado en la figura 1).
[0048] Las paredes 32 que encierran el horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 son de construcción de pared de tubo evaporativa convencional y el paso posterior comprende unos dispositivos de recuperación de calor convencionales, tales como un precalentador de aire, economizadores y sobrecalentadores, y dispositivos de limpieza de gases de combustión, tales como un colector de cenizas volantes y un desulfurizador de gas de combustión húmedo o seco. Debido a que tales dispositivos son bien conocidos por los expertos en la materia y no son específicamente relevantes para la presente invención, no se representan en la figura 1 o describen en la presente memoria con mayor detalle. El horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 comprende ventajosamente asimismo unos medios convencionales para descargar ceniza inferior (no representados en la figura 1) desde la parte inferior del horno.
[0049] A la parte inferior del horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 se conecta un canal de transferencia de partículas 34 provisto de un controlador de flujo de partículas que forma un bloqueo de gas 36, tal como un lecho fluidizado, un controlador de flujo mecánico o neumático, para transportar las partículas de lecho calientes a una velocidad controlada desde el horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 hasta un horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14. El horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado comprende una rejilla inferior 40, que está conectada a través de un canal de gas fluidizante 42 y una válvula 44 al canal de aire 20 del primer reactor de lecho fluidizado 12, y asimismo a través de una válvula 46 a un suministro de vapor (no representado en la figura 1). El horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 asimismo está provisto de unos medios para alimentar combustible sólido 48, y un separador de partículas 50 conectado a la parte superior del horno del segundo reactor de lecho fluidizado 14. Las paredes que encierran el horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 están cubiertas preferentemente con una capa relativamente gruesa de producto refractario.
[0050] [0033]La parte inferior del separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 está conectada mediante un segundo canal de transferencia de partículas 52 al horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 para devolver las partículas separadas en el separador de partículas del segundo reactor de lecho fluidizado al primer reactor de lecho fluidizado. El separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 asimismo puede estar provisto de un conducto de retorno (no representado en la figura 1), de manera similar al conducto de retorno 28 del separador de partículas 26 del primer reactor de lecho fluidizado 12, para devolver una parte de las partículas separadas a la parte inferior del horno 38 del segundo horno de lecho fluidizado 14. El canal de transferencia de partículas 52 y/o el conducto de retorno (no representado en la figura 1) del separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 están provistos ventajosamente de unos medios para controlar (no representados en la figura 1) las partes de partículas que se devuelven al horno 38 del segundo
reactor de lecho fluidizado 14 y las partículas que se transfieren al horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12, respectivamente. El segundo canal de transferencia de partículas 52, y/o el conducto de retorno (no representado en la figura 1) del separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14, pueden estar provistos por tanto de un controlador de flujo de partículas (no representado en la figura 1), tal como un lecho fluidizado, un controlador de flujo mecánico o neumático, para transportar las partículas separadas a una velocidad controlada hacia el/los horno/s. El segundo canal de transferencia de partículas 52, así como el canal de retorno (no representado en la figura 1) del separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14, comprende ventajosamente asimismo un bloqueo de gas (no representado en la figura 1), preferentemente como parte del controlador de flujo de partículas descrito anteriormente, para evitar el flujo de gas desde el/los horno/s hasta el separador de partículas 50.
[0052] La parte superior del separador de partículas 50 está conectada a un canal de gas de escape 54 que está conectado a través de una válvula 56 a un canal de gas de producto 58 y a través de otra válvula 60 al canal de gas de combustión 30. El canal de gas de producto comprende generalmente unas superficies de enfriamiento de gas de producto, tales como superficies de transferencia de calor 62 como se representa en la figura 1, en el canal de gas de escape 54, y conduce a unos medios convencionales para utilizar el gas de producto, tales como dispositivos para el tratamiento del proceso de síntesis (no representados en la figura 1).
[0054] El sistema de reactor de lecho fluidizado se hace funcionar ventajosamente en uno de los primer y segundo modos de funcionamiento, en el que el horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 está siempre en funcionamiento haciéndose funcionar como una caldera de lecho fluidizado circulante que está en una circulación de sólidos de flujo relativamente pequeño con el horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14, estando dicha circulación de flujo de sólidos controlada mediante el controlador de flujo de partículas 36 en el canal de transferencia de partículas 34.
[0056] En el primer modo de funcionamiento, la válvula 44 entre el canal de aire 20 y el canal de gas fluidizante 42 está abierta y tanto el primer como el segundo reactor de lecho fluidizado, 12, 14, son fluidizados con aire. Así, ambos reactores de lecho fluidizado funcionan como un reactor de combustión. La válvula 46 está cerrada de manera que no se suministre vapor desde el suministro de vapor al canal de gas fluidizante 42. En el primer modo de funcionamiento asimismo está abierta la válvula 60 entre el canal de gas de escape 54 y el canal de gas de combustión 30, por lo que el gas de combustión procedente de los procesos de combustión en ambos reactores de lecho fluidizado 12, 14 se transporta al canal de gas de combustión 30. Respectivamente, la válvula 56 al canal de gas de producto 58 está cerrada. Por lo menos una parte de las partículas separadas en el separador de partículas 50 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 se devuelve a través del segundo canal de transferencia de partículas 52 al horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12.
[0058] El propósito del primer modo de funcionamiento es generar vapor con una buena eficacia y mantener el horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 a una temperatura que permita su rápida conmutación a un modo de pirolización o gasificación. La temperatura deseada se alcanza controlando la velocidad de transferencia de sólidos calientes desde el horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado mediante el controlador de flujo de partículas 36 y/o alimentado con combustible auxiliar el horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14 mediante el alimentador de combustible sólido 48. Cuando se necesita una reducción rápida del proceso de combustión en el sistema de reactor 10, se aumenta la velocidad de transferencia de sólidos calientes desde el primer reactor de lecho fluidizado 12 al segundo reactor de lecho fluidizado 14 y el segundo reactor de lecho fluidizado se desplaza a un gasificador o modo de pirolización cerrando la válvula 44 y abriendo la válvula 46 para fluidizar el lecho fluidizado en el horno 38 con vapor. En el modo de gasificación o pirolización del segundo reactor de fluidización 38, la válvula 60 al canal de gas de combustión 30 se cierra y la válvula 56 al canal de gas de producto 58 se abre para transportar el gas de producto generado a otra utilización. El combustible auxiliar está generalmente en el modo de gasificación o pirolización alimentado a través del alimentador de combustible 48 al horno 38 del segundo reactor de lecho fluidizado 14.
[0060] Se describe anteriormente una forma de realización en la que el gas fluidizante del primer reactor de lecho fluidizado es aire, pero en otras formas de realización de la presente invención el gas fluidizante puede ser alternativamente otro gas que contiene oxígeno, tal como una mezcla de oxígeno y gas rico en CO<2>. En la forma de realización descrita anteriormente, el primer reactor de lecho fluidizado es una caldera, pero en otras formas de realización de la presente invención el primer reactor de lecho fluidizado puede ser alternativamente otro reactor de lecho fluidizado, tal como un incinerador que genera vapor o agua caliente para otra utilización. Se ha descrito anteriormente una forma de realización en la que el segundo reactor de lecho fluidizado está en el segundo modo de funcionamiento fluidizado con vapor, pero en otras formas de realización de la presente invención el segundo reactor de lecho fluidizado puede en el segundo modo de funcionamiento fluidizarse con otro gas de inducción de gasificación o pirolización, tal como CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno, o con una mezcla de dichos gases.
[0062] [0039]El diagrama de la figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema de reactor de lecho fluidizado 10’ según otra forma de realización preferida de la presente invención. La forma de realización representada en la figura 2 difiere de la representada en la figura 1 principalmente en que el gas de producto producido en el segundo modo de funcionamiento en el segundo reactor de lecho fluidizado 14 se transporta a través del canal 58 hasta un
almacenamiento de gas de producto 64. El almacenamiento de gas de producto está asociado ventajosamente con unos medios (no representados en la figura 2) para comprimir el gas de producto. El almacenamiento de gas de producto 64 está según la forma de realización representada en la figura 2 conectado a través de un canal 66 a un quemador 68 dispuesto para producir y transportar gas caliente a una cámara de sobrecalentador 70 dispuesta en el canal de gas de combustión 30 del primer reactor de lecho fluidizado 12. Mientras que el sistema de reactor y el procedimiento de control de un sistema de reactor descrito con relación a la figura 1 se dirigen a permitir una reducción especialmente rápida de un proceso de combustión, conmutando desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento, la disposición representada en la figura 2 se dirige a permitir asimismo un aumento rápido del proceso de combustión.
[0063] El aumento rápido del proceso de combustión se realiza ventajosamente conmutando desde el segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento y encendiendo simultáneamente mediante el quemador 68 el gas de producto recogido durante el segundo modo de funcionamiento en el almacenamiento de gas de producto 64 para incrementar rápidamente el sobrecalentamiento de vapor en la cámara de sobrecalentador 70. Alternativamente, el gas de producto recogido en la cámara de gas de producto 64 se puede encender en cualquier momento, durante el primer o el segundo modo de funcionamiento, cuando se desea un rápido incremento de la salida de calor de la caldera.
[0064] El diagrama de la figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema de reactor de lecho fluidizado 10” según todavía otra forma de realización preferida de la presente invención. La forma de realización representada en la figura 3 difiere de la representada en la figura 2 en que el gas de producto recogido en el almacenamiento de gas de producto 64 no se transporta a una cámara de sobrecalentador 70 sino a través de un canal 72 con una válvula 74 al horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12. Así, el gas de producto recogido en el almacenamiento de gas de producto 64 puede utilizarse, cuando se desee, para incrementar rápidamente la temperatura en el horno 16 del primer reactor de lecho fluidizado 12 para incrementar la salida de calor del primer reactor de lecho fluidizado.
[0065] Alternativamente, en las figuras 2 y 3, el canal de gas de producto 58 puede dividirse en dos ramificaciones, una dirigida al almacenamiento de gas de producto 64 y la otra a la mejora de gas de producto, tal como conducir a unos medios convencionales para utilizar el gas de producto, tales como dispositivos para el tratamiento del proceso de síntesis (no representados en las figuras 2 y 3). Asimismo es posible combinar cualquiera de las formas de realización descritas anteriormente en una, según sea técnicamente viable.
[0066] Aunque la invención se ha descrito en la presente memoria a título de ejemplos con relación a lo que en la actualidad se considera que son las formas de realización más preferidas, debe apreciarse que la invención no se limita a las formas de realización divulgadas, sino que pretende comprender varias combinaciones o modificaciones de sus características y varias otras aplicaciones, en la medida en que se incluyan dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de control de un sistema de reactor que comprende unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado (12, 14), un canal de gas de combustión (30) en conexión de flujo de gas con el primer reactor de lecho fluidizado (12) y un canal de gas de producto (58) en conexión de flujo de gas con el segundo reactor de lecho fluidizado, comprendiendo el procedimiento las etapas de
- alimentar con combustible sólido (24) y gas que contiene oxígeno (22, 20) al primer reactor de lecho fluidizado (12) para formar en el mismo un lecho fluidizado de partículas y combustionar una primera parte del combustible sólido en el lecho fluidizado de partículas con el gas que contiene oxígeno para generar unas partículas de lecho calientes y una primera corriente de gas de combustión caliente,
- transportar la primera corriente de gas de combustión caliente al canal de gas de combustión (30), - transferir (34, 36) unas partículas de lecho calientes que incluyen una segunda parte del combustible sólido a una velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada desde el primer reactor de lecho fluidizado (12) al segundo reactor de lecho fluidizado (14),
- alimentar con gas fluidizante (42) al segundo reactor de lecho fluidizado (14) para formar en el mismo un segundo lecho fluidizado de partículas, y
- transferir (52) unas partículas de lecho desde el segundo reactor de lecho fluidizado (14) al primer reactor de lecho fluidizado (12);
en el que el procedimiento comprende unos primer y segundo modos de funcionamiento, en cuyo primer modo de funcionamiento el gas fluidizante es un gas que contiene oxígeno y el procedimiento comprende las etapas de
- combustionar una parte de la segunda parte del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar una segunda corriente de gas de combustión caliente, y
- transportar la segunda corriente de gas de combustión caliente al canal de gas de combustión (30), y en el cual segundo modo de funcionamiento el gas fluidizante comprende vapor, CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno y el procedimiento comprende las etapas de
- pirolizar o gasificar una parte de la segunda parte del combustible sólido en el segundo lecho fluidizado de partículas para generar un gas de producto, y
- transportar el gas de producto al canal de gas de producto (58).
2. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer reactor de lecho fluidizado (12) se disminuye gradualmente conmutando el sistema de reactor desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento.
3. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 2, caracterizado por que la velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada es en el segundo modo de funcionamiento por lo menos un 20% mayor que en el primer modo de funcionamiento.
4. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 1, caracterizado por que en el primer modo de funcionamiento la velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada y la velocidad de alimentar gas fluidizante se controlan para mantener el segundo reactor de lecho fluidizado (14) por lo menos a una temperatura predefinida.
5. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 4, caracterizado por que la temperatura predefinida es de por lo menos 400 ºC.
6. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 1, caracterizado por que la velocidad de transferencia de partículas calientes predeterminada está en el segundo modo de funcionamiento controlado para mantener el segundo reactor de lecho fluidizado (14) por lo menos a una temperatura de pirólisis o gasificación predefinida.
7. Procedimiento de control de un sistema de reactor según la reivindicación 6, caracterizado por que la temperatura de pirólisis o gasificación predefinida es de por lo menos 400 ºC.
8. Procedimiento de control de un sistema de reactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que el segundo modo de funcionamiento comprende una etapa de alimentar con un segundo combustible sólido al segundo reactor de lecho fluidizado (14).
9. Sistema de reactor de lecho fluidizado (10, 10’, 10”) que comprende
- unos primer y segundo reactores de lecho fluidizado (12, 14), en el que el primer reactor de lecho fluidizado (12) comprende un separador de partículas (26) y un canal de gas de combustión (30) para transportar gas de combustión desde el separador de partículas (26) hasta un paso posterior, y el segundo reactor de lecho fluidizado (14) comprende un canal de gas de escape (54),
- unos medios para alimentar con combustible sólido (24) y unos medios para alimentar con gas que contiene oxígeno (22, 20) al primer reactor de lecho fluidizado (12),
- unos medios para transferir unas partículas de lecho (34, 36) desde el primer reactor de lecho fluidizado (12) al segundo reactor de lecho fluidizado (14),
- unos medios para alimentar con gas fluidizante (42) al segundo reactor de lecho fluidizado que está en una conexión de flujo de gas controlable (46) con un suministro de por lo menos uno de entre vapor, CO<2>y gas inerte que no contiene oxígeno, y
- unos medios para transferir unas partículas de lecho (52) desde el segundo reactor de lecho fluidizado (14) al primer reactor de lecho fluidizado (12),
en el que
- los medios para alimentar con gas fluidizante (42) al segundo reactor de lecho fluidizado (14) están en una conexión de flujo de gas controlable (44) con los medios para alimentar con gas que contiene oxígeno (22, 20) al primer reactor de lecho fluidizado (12), y
- el canal de gas de escape (54) del segundo reactor de lecho fluidizado (14) está en una conexión de flujo controlable (56, 60) con el canal de gas de combustión (30) del primer reactor de lecho fluidizado (12) y con un canal de gas de producto (58) del segundo reactor de lecho fluidizado (14).
10. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 9, caracterizado por que los medios para transferir partículas de lecho (34) desde el primer reactor de lecho fluidizado hasta el segundo reactor de lecho fluidizado comprenden un controlador de flujo de partículas (36).
11. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 10, caracterizado por que el controlador de flujo de partículas (36) es un controlador de flujo mecánico o neumático o comprende un lecho fluidizado.
12. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 11, caracterizado por que los medios para alimentar gas fluidizante comprenden un canal con una válvula (44) a un suministro de gas que contiene oxígeno y un canal con una válvula (46) a un suministro de vapor, CO<2>o gas inerte que no contiene oxígeno.
13. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 9, caracterizado por que la conexión de flujo de gas de escape controlable comprende un canal con una válvula (60) al canal de gas de combustión (30) y un canal con una válvula (56) al canal de gas de producto.
14. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 9, caracterizado por que el canal de gas de producto (58) está en conexión de flujo de gas con un almacenamiento de gas de producto (64) que está en conexión de flujo de gas con un quemador (68) dispuesto para producir y transportar gas caliente a una cámara de sobrecalentamiento (70) dispuesta en el canal de gas de combustión (30).
15. Sistema de reactor de lecho fluidizado según la reivindicación 9, caracterizado por que el canal de gas de producto (58) está en conexión de flujo de gas con un almacenamiento de gas de producto (64) que está en conexión de flujo de gas con el primer reactor de lecho fluidizado (12).
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