ES2337442T3

ES2337442T3 - Procedimiento y dispositivo para la pirolisis y la gasificacion de productos organicos o de mezclas de productos organicos.

Info

Publication number: ES2337442T3
Application number: ES00954424T
Authority: ES
Inventors: Wolfgang Krumm; Gunter Funk; Stefan Hamel
Original assignee: Herhof Verwaltungs GmbH
Current assignee: Herhof Verwaltungs GmbH
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2010-04-26
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: RU2272064C2; KR20020052148A; NO332082B1; IL147311A0; PT1192234E; AU6688400A; BR0017599B1; AU773356B2; PL352381A1; US7214252B1; HRP20010931B1; TR200103808T2; UA76091C2; AU773356C; NO20016290L; HUP0201894A3; SK18542001A3; ZA200110392B; HRP20010931A2; DE19930071A1

Abstract

Procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, según el cual se disponen los productos orgánicos en un reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3), teniendo lugar un secado y una pirólisis, convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y por un residuo sólido que contiene carbono; el residuo sólido, que contiene carbono, o el residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono, de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis (1); el vapor de agua, producido por el secado, y los gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera, que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia calorífica; el secado y la pirólisis se llevan a cabo con, al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1); el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como lecho fluidificado estacionario; los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un intercambiador de calor (2) indirecto; los gases de escape del hogar (37) o los gases de escape del hogar y el material del lecho fluidificado correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción (21); el material del lecho fluidificado (3) está constituido únicamente por las cenizas de los productos orgánicos o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos o por las cenizas de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado.

Description

Procedimiento y dispositivo para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos.

La invención se refiere a un procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos y a un dispositivo para la realización de un procedimiento de este tipo.

Se conoce una serie de procedimientos para llevar a cabo el tratamiento y el aprovechamiento de productos orgánicos y de mezclas de productos orgánicos por ejemplo por medio de una gasificación y de una pirólisis. Los procedimientos se diferencian de conformidad con el gas empleado para la oxidación o bien para la reducción, así como por el tipo del contacto entre los productos sólidos y el gas. Con respecto a la conducción de los productos sólidos y del gas se distingue, entre otras cosas, entre los gasificadores de lecho fluidificado en circulación, los gasificadores de flujo arrastrado, los gasificadores tubulares giratorios y los gasificadores de lecho en circulación con una conducción del gas a contracorriente, en corrientes paralelas o en corriente transversal. La mayor parte de los procedimientos de gasificación conocidos no es adecuada para instalaciones pequeñas, descentralizadas, debido al elevado coste de la instalación. Las instalaciones pequeñas, descentralizadas, son recomendables, de manera especial, cuando se utilizan biomasas como materias primas.

El comportamiento del funcionamiento de los procedimientos de gasificación según el principio del lecho fluidificado en circulación depende, en gran medida, del balance entre el tamaño de los granos del lecho fluidificado, que está constituido por la materia prima, que debe ser gasificada, y por el material inerte, que se encuentra igualmente en circulación. De aquí se desprenden requisitos correspondientes relativos con el tamaño de los trozos del material de partida. Se plantean exigencias aún mayores con respecto a la preparación del combustible en el caso de la gasificación de flujo arrastrado, que únicamente permite el empleo de granos del combustible finamente molidos.

Otros inconvenientes esenciales de los procedimientos conocidos para la gasificación consisten en que las sucesivas etapas del proceso, que están constituidas por el secado, la desgasificación, la gasificación y la combustión de las materias primas, transcurran en zonas situadas directamente de manera adyacente, que pasan de una a otra. De este modo, las zonas individuales no están definidas dentro de un reactor y la desgasificación, la gasificación y la combustión pueden desarrollarse localmente de manera incompleta. En otros procedimientos conocidos se ha intentado resolver estos inconvenientes por medio de la separación de las etapas individuales del proceso, que se desarrollan en el combustible, que consisten en la desgasificación, la gasificación y la combustión.

En la publicación DE 197 20 331 A1 se proponen un procedimiento y un dispositivo para la gasificación o para la combustión de biomasas secas o húmedas, en forma de grano fino o en forma de trozos, así como de basuras, según la cual se desgasifican materias primas biológicas en un horno de desgasificación por medio de las paredes calientes de un horno de combustión y por medio de la afluencia de gases calientes procedentes del horno de combustión en dicho horno de desgasificación, con lo cual se forman coque y gases de pirolisis, llegando el coque sobre el lecho incandescente del reactor de gasificación una vez que ha pasado el desmenuzador, mientras que los gases de pirólisis son quemados en la cámara de combustión del reactor de gasificación por medio del aporte de una cantidad limitada de aire y los gases residuales que se forman fluyen a continuación a través del lecho incandescente del reactor de gasificación, en el que tiene lugar una oxidación del carbono para dar CO con reducción simultánea de los gases de escape (CO_{2}) y vapor de agua (H_{2}O) para formar un gas combustible pobre (CO, H_{2}). Dado que la pirólisis se lleva a cabo por medio del calentamiento debido al contacto con gases residuales calientes de combustión y debido a que, además, se lleva a cabo una combustión parcial de los gases de pirólisis, únicamente puede obtenerse un gas de producto de una baja potencia calorífica con el procedimiento, que ha sido propuesto en la publicación DE 197 20 331 A1. Cuando se utilizan combustibles con un elevado contenido en componentes volátiles y con bajos rendimientos en coque de pirólisis existe el peligro de una formación insuficiente del lecho incandescente del reactor de gasificación, que está constituido por coque de pirólisis, con lo cual se desarrolla de una manera insuficiente la oxidación del carbono para dar CO con reducción simultánea de los gases de escape y de vapor de agua para formar un gas combustible pobre, a costa de la potencia calorífica del gas de producto.

Por otra parte, se conoce por la publicación US 4,568,362 un procedimiento para la gasificación de productos orgánicos y de mezclas de productos orgánicos, en el cual los productos orgánicos son conducidos hasta un reactor de pirólisis, en el que los productos orgánicos entran en contacto con un medio caloportador, con lo cual tiene lugar una pirólisis rápida, que convierte a los productos orgánicos en productos de pirólisis, que están constituidos por gases de pirólisis con productos condensables y por un residuo sólido, que contiene carbono, y la energía térmica necesaria para la pirólisis se genera por medio de la combustión de residuos sólidos, que contienen carbono, en un reactor de combustión y los gases de pirólisis, que contienen alquitrán, se someten en una segunda zona de reacción del reactor de pirólisis a reacciones de craqueo y a reacciones con vapor de agua de tal manera que se obtiene un gas de producto con una elevada potencia calorífica. En este procedimiento se verifica tanto la pirólisis así como, también, la combustión del residuo sólido, que contiene carbono, en un lecho fluidificado. En la parte superior del lecho fluidificado para la pirólisis se ha previsto una zona de reacción para los gases de pirólisis, que contienen alquitrán. El funcionamiento de los lechos fluidificados es muy complicado y apenas posibilita un control de las reacciones de los gases de pirólisis en la zona de reacción.

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La publicación WO 99/31197 divulga un procedimiento y un dispositivo para la gasificación de productos orgánicos, en el que los productos orgánicos se ponen en contacto en un reactor de pirólisis con material caloportador caliente, recirculado a partir de un hogar y son pirolizados. Estos residuos sólidos de la pirólisis se conducen hasta el hogar junto con el material caloportador. Los gases de pirólisis, que contienen alquitrán, se convierten en una segunda zona de reacción para dar un gas de producto con una elevada potencia calorífica. La conversión para dar el gas de producto se lleva a cabo, en este caso, en un intercambiador de calor indirecto, en caso dado con aporte de un agente de reacción, aprovechándose la capacidad calorífica de los gases de escape del hogar para la reacción química. La combustión se lleva a cabo en un hogar de parrilla. Un procedimiento, en el cual se llevan a cabo la pirólisis y la combustión del residuo sólido, que contiene carbono, en un lecho fluidificado, ha sido calificado como muy costoso y ha sido rechazado.

Se conocen por la publicación US-A-4 244 779 un procedimiento y un dispositivo para la descomposición térmica de materiales orgánicos, poniéndose en contacto el material orgánico con un producto sólido caliente en recirculación procedente de un lecho fluidificado para la combustión y en este caso se piroliza. Los productos sólidos de pirólisis se transfieren hasta el lecho fluidificado para la combustión y son quemados, los gases de pirólisis son retirados y son sometidos a una purificación para gases.

La invención tiene como tarea proporcionar un procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, que puede ser realizado sencillamente, y un dispositivo para la generación de un gas con una elevada potencia calorífica. Estas tareas se resuelven por medio de las características de las reivindicaciones 1 y 15. Se desprenden formas de realización y desarrollos ventajosos de la invención cuando se aprovechan las características que han sido citadas en las reivindicaciones dependientes.

En el caso de un procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos se resuelve esta tarea, de conformidad con la invención, porque la pirólisis se lleva a cabo en un reactor de lecho en desplazamiento o en un reactor tubular giratorio, se aporta a los gases de pirólisis en caso dado un agente de reacción, por ejemplo vapor de agua y/u oxígeno y son conducidos hasta una zona de reacción, en la que los gases de pirólisis reaccionan con el agente de reacción. El residuo sólido, que contiene carbono y, en caso dado, una parte de los gases de pirólisis se envían solos, o junto con el material del lecho fluidificado hasta un reactor de combustión en lecho fluidificado y se queman en el mismo. De este modo se calienta el material del lecho fluidificado. Los gases de escape de combustión y el material del lecho fluidificado se ponen en contacto en la zona de reacción de tal manera que pueda ser empleada su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis con el agente de reacción. El material del lecho fluidificado, que es retirado del reactor de combustión en lecho fluidificado, que está constituido por cenizas, por coque no quemado y, en caso dado, por material del lecho fluidificado refractario que ha sido aportado adicionalmente, se recicla hasta el reactor de pirólisis como medio caloportador. La transmisión del calor hasta la materia prima para llevar a cabo la realización de la pirólisis se lleva a cabo, en este caso, por medio de un contacto con el material del lecho
fluidificado y, en caso dado, además a través de las paredes calientes del reactor de combustión en lecho fluidificado.

El material caliente del lecho fluidificado, que es aportado al reactor de pirólisis a partir del lecho fluidificado para la combustión provoca, por contacto, un secado rápido y una pirólisis rápida de la materia prima. Como reactor es adecuado un horno de cuba, en el cual se desplaza la mezcla constituida por la materia prima y por el material del lecho fluidificado, desde la parte superior hacia la parte inferior, a través del horno de cuba. Con objeto de garantizar el transporte de la materia sólida a través del horno de cuba, pueden estar previstos, de conformidad con el estado de la técnica, apliques, transportadores de tornillo sin fines o dispositivos de agitación. El reactor de pirólisis puede estar realizado, por ejemplo, también como reactor tubular giratorio, con lo cual se consigue un buen removido de la materia prima y del material caliente del lecho fluidificado y, al mismo tiempo, se garantiza el transporte del producto sólido. El vapor de agua, que se desprende de la materia prima durante el secado y los gases de pirólisis abandonan el reactor de pirólisis y llegan hasta otra zona de reacción. La mezcla constituida por el residuo de pirólisis remanente, sólido, que contiene carbono y por el material del lecho fluidificado se transporta conjuntamente hasta el lecho fluidificado para la combustión, pudiéndose recurrir a los elementos componentes convencionales tales como, por ejemplo, transportadores de tornillo sin fines o esclusas de rueda compartimentada con alimentación con tubo inclinado. En el dispositivo, de conformidad con la invención, es preferente un tornillo sin fin.

Puesto que la pirólisis se lleva a cabo, de manera preferente, en un horno de cuba, puede eliminarse el aporte de un medio de fluidificación, que es necesario para un lecho fluidificado de pirólisis. De este modo, se presenta la posibilidad de llevar a cabo la pirólisis desistiéndose completamente del aporte de gases o, en contra de lo que ocurre en el caso de un lecho fluidificado de pirólisis, al que tiene que aportarse una cantidad mínima de gas para llevar a cabo la fluidificación, pueden aportarse cantidades arbitrariamente pequeñas de, por ejemplo, el gas de producto o de un agente de reacción tal como vapor de agua, oxígeno o aire. De esta manera, se da la posibilidad de de aportar al reactor de pirólisis gas o un agente de reacción como adaptación de la ingeniería del procedimiento a la materia prima correspondiente. En el procedimiento, de conformidad con la invención, se lleva a cabo la pirólisis en el reactor de pirólisis de manera preferente con exclusión de aire y de gases. Otra ventaja de la realización de la pirólisis en una etapa independiente del procedimiento consiste en que el efecto desmenuzador, que se produce durante la pirólisis, como consecuencia del hinchamiento y de la desgasificación posibilita el empleo de un material en forma de trozos de mayor tamaño que el del material que se emplea usualmente en los reactores de lecho fluidificado. De manera alternativa, existe la posibilidad de conectar por delante del equipamiento de carga para el residuo de la pirólisis sólido, que contiene carbono, y para el material del lecho fluidificado en el lecho fluidificado para la combustión, un dispositivo desmenuzador, tal como por ejemplo una trituradora de rodillos, con lo cual pueden reducirse todavía más las exigencias relativas al tamaño de las partículas de la materia prima. La energía, que debe ser aportada para el desmenuzado del coque de pirólisis es esencialmente menor en este caso que la que es necesaria para el desmenuzado de, por ejemplo, biomasa tal como la madera.

El residuo sólido de la pirólisis, que contiene carbono, se quema con aire en el lecho fluidificado, con lo que, de este modo, se transforma a su vez en material del lecho fluidificado en estado de ceniza y calienta todavía más o vuelve a calentar al material del lecho fluidificado, ya existente, por medio de la liberación de energía. El lecho fluidificado para la combustión puede proyectarse y puede hacerse trabajar de acuerdo con el estado de conocimientos de la ingeniería para los lechos fluidificados. En lo que se refiere a las emisiones del lecho fluidificado para la combustión puede ser ventajoso un aporte de aire escalonado. El reactor de combustión se configura como lecho fluidificado estacionario, es decir que la cantidad de gases del medio de fluidificación tiene que ser, por un lado, suficiente para sobrepasar la velocidad mínima de fluidificación del producto sólido y, por otro lado, no puede sobrepasar la velocidad de arrastre. A partir de una altura del lecho fluidificado de aproximadamente 2,5 m hasta 3 m se requieren apliques para impedir la formación de un lecho fluidificado repelente y la pulsación de la presión que se produce por este motivo. El material del lecho fluidificado, que es calentado por medio del proceso de la combustión, se recicla finalmente de nuevo hasta el reactor de pirólisis. El material del lecho fluidificado está constituido por las cenizas que quedan remanentes a partir de la combustión del residuo de pirólisis sólido, que contiene carbono. Si tiene lugar una combustión incompleta del coque de pirólisis en el lecho fluidificado para la combustión, el material del lecho fluidificado, que es conducido en circuito cerrado como medio caloportador, está constituido por las cenizas de la materia prima y por el residuo de pirólisis que contiene carbono, que no se ha quemado. Puesto que los residuos sólidos de pirólisis de los productos orgánicos y de las mezclas de los productos orgánicos se convierten rápidamente, por regla general, en el lecho fluidificado para la combustión y, en parte, únicamente pueden tener una pequeña proporción de material no gasificado o no quemado, es necesario, en caso dado, aportar material adicional para la formación de un lecho fluidificado. No es necesario aportar material adicional cuando la materia prima conlleve grandes cantidades de material no gasificado o no quemado, que sea adecuado para el establecimiento de un lecho fluidificado. Como materiales a ser aportados, que sirven para la formación de un lecho fluidificado, son adecuados todos los materiales refractarios, tales como por ejemplo la arena con un diámetro de grano menor que 1,5 mm. La retirada del material caliente del lecho fluidificado y el transporte hasta el reactor de pirólisis se lleva a cabo, de manera preferente, por medio de uno o de varios rebosaderos, que están previstos en la pared del reactor o que penetran en el lecho fluidificado a través de la pared del reactor. El método tiene la ventaja de que puede ajustarse de manera sencilla el nivel del lecho fluidificado en el lecho fluidificado para la combustión además de que se puede llevar a cabo la transmisión del material caliente del lecho fluidificado hasta el reactor de pirólisis. La descarga del material del lecho fluidificado puede llevarse a cabo también por medio de otros grupos transportadores conocidos, tal como por ejemplo un transportador de tornillo sin fin, desde luego el coste tecnológico es mayor en este caso.

La invención está basada en la idea básica de articular el procedimiento en etapas del procedimiento que puedan ser realizadas de manera sencilla. Las etapas individuales del proceso y su interacción pueden proyectarse correspondientemente de una forma óptima teniéndose en consideración las propiedades especiales de la materia prima y de conformidad con la calidad del gas de producto que se pretende conseguir.

Por medio de los dibujos, que han sido descritos a continuación, en los que han sido representadas de manera ejemplificativa formas preferentes de realización de la invención, se muestran otras ventajas de la invención. En el dibujo muestran

la figura 1 los flujos de materia y de energía de la etapa de pirólisis, de la zona de la reacción y del lecho fluidificado para la combustión del procedimiento de conformidad con la invención,

la figura 2 un ejemplo de realización del procedimiento de conformidad con la invención en una representación esquemática y

la figura 3 un ejemplo de realización del dispositivo de conformidad con la invención en una representación esquemática.

Por medio de la figura 1 puede verse que son alimentados, en la etapa de pirólisis 1, la materia prima 10 y el material del lecho fluidificado 35 a modo de caloportador. El flujo térmico, que es transportado con el material del lecho fluidificado 35, se forma a partir de la temperatura del lecho fluidificado para la combustión, a partir de la naturaleza y del flujo de materia del material para el lecho fluidificado 35 y del flujo de la materia prima 10 así como a partir de la temperatura pretendida para la pirólisis. Por otra parte, se aporta un agente de reacción 11, así como un flujo térmico 34 procedente del lecho fluidificado para la combustión 3. De la etapa de pirólisis 1 sale el gas de pirólisis 13, que es enviado hasta la zona de reacción 2, el gas de pirólisis 15, que es enviado hasta el reactor de combustión (hasta el lecho fluidificado para la combustión 3), una mezcla 14, que está constituida por el material del lecho fluidificado y por el residuo sólido de la pirólisis, que contiene carbono, así como un flujo de pérdida de calor 12.

La mezcla 14, que está constituida por el material del lecho fluidificado y por el residuo sólido de la pirólisis, que contiene carbono, se envía hasta el lecho fluidificado para la combustión 3 junto con el gas de pirólisis 15 y aire 31. El material 35 del lecho fluidificado, que es calentado por medio de la combustión, se reconduce hasta el reactor de pirólisis 1. Los gases de escape 37, igualmente calientes, abandonan el lecho fluidificado para la combustión 3. Una parte del calor 36, que está contenido en los gases de escape, es transmitida hasta la zona de reacción 2. Por otra parte abandona el reactor de combustión 3 un flujo de pérdida de calor 33 así como material del lecho fluidificado 32, que tiene que ser retirado con objeto de regular el balance total de materia sólida durante el funcionamiento estacionario.

El gas de pirólisis 13, que es enviado hasta la zona de reacción 2, se transforma junto con el agente de reacción 21, con ayuda del calor aportado 36, en presencia de un catalizador, para proporcionar el gas de producto 23. El gas de producto 23 y un flujo de pérdida de calor 22 abandonan por último la zona de reacción 2.

Ejemplo de realización

En el ejemplo siguiente se describe la realización preferente del procedimiento de conformidad con la invención y del dispositivo de conformidad con la invención. El procedimiento preferente de conformidad con la figura 2 y el dispositivo preferente de conformidad con la figura 3 sirven para la pirólisis y la gasificación de 900 kg de madera por hora. La madera empleada a título de ejemplo está constituida esencialmente por un 52,3% en peso de carbono, por un 5,9% en peso de hidrógeno y por un 41,8% en peso de oxígeno, respectivamente referido a la substancia combustible anhidra y exenta de cenizas y tiene, por otra parte, un contenido en cenizas de un 0,51% en peso, referido a la materia prima en bruto. La potencia calorífica de la madera es H_{u} = 17,2 MJ/kg, referido al estado anhidro, el rendimiento térmico de gasificación es, por consiguiente, de 3,92 MW.

En la realización preferente del procedimiento, que ha sido descrita en la figura 2, para llevar a cabo la gasificación de madera, se somete madera 10 en una etapa de preparación 4, según la naturaleza de la materia prima, a un desmenuzado y/o a un secado, como paso previo a su envío a la etapa de pirólisis 1. La madera tiene después de la etapa de preparación 4 un contenido en agua del 8,9% en peso.

La pirólisis se lleva a cabo a una temperatura de 580ºC. El material del lecho fluidificado 35, que está dispuesto en el reactor de pirólisis 1, tiene una temperatura de 900ºC, de tal manera, que con objeto de calentar la materia prima hasta la temperatura de pirólisis de 580ºC, se aporta una cantidad 4,1 veces mayor que la del material del lecho fluidificado, es decir 3,7 t/h y tiene que encontrarse en recirculación. En el caso de la pirólisis de la madera queda remanente por último un 20,3% en peso (referido al combustible en bruto) en forma de residuo sólido de la pirólisis, que tiene una potencia calorífica de H_{u} = 30 MJ/kg. Los productos resultantes del secado y de la pirólisis abandonan el reactor de pirólisis 1 en forma de gas 13 y llegan hasta la zona de reacción 2. La mezcla 14, que está constituida por el residuo sólido de la pirólisis y por el material del lecho fluidificado, se envía al lecho fluidificado para la combustión 3 y se quema en el mismo con aire 31. El flujo de entalpía, que es enviado con el residuo sólido de la pirólisis de la madera, hasta el lecho fluidificado para la combustión, es de 1,52 MW. En el ejemplo presente queda remanente un exceso de potencia ligado con el flujo de los gases de humo 37 una vez descontados la pérdida de calor 33, el material del lecho fluidificado 32 retirado, el material del lecho fluidificado 35 y la cantidad de energía 36 que es transferida hasta la zona de reacción 2. Por consiguiente se genera un flujo de vapor vivo con un flujo de agua 70 que es sometido a una preparación 7 teniéndose en consideración el rendimiento del hogar en el intercambiador de calor 8. Cuando se retira el flujo de vapor 21, que es enviado a la zona de reacción 2, del flujo de vapor vivo, que es generado en 8, queda remanente un
flujo de vapor vivo 71 con una potencia de 0,45 MW, que se somete a una descompresión por medio de la turbina 9.

Los gases de pirólisis 13 son conducidos hasta la zona de reacción 2, con aporte del medio de la reacción constituido por el vapor de agua 21, cuya zona de reacción está constituida por un caloportador, que está equipado con un catalizador para mejorar el craqueo del alquitrán. La energía, que es necesaria para la reacción del gas de pirólisis 13 con el vapor de agua 21, es desprendida en el intercambiador de calor 2 a través de la corriente caliente de los gases de humo 36 procedente del lecho fluidificado para la combustión 3, teniendo lugar la reacción entre 850ºC y 900ºC de acuerdo con la conducción del funcionamiento del lecho fluidificado para la combustión 3. Para conseguir un aumento adicional de la temperatura por medio de una combustión parcial del gas de pirólisis, puede mezclarse con el medio de la reacción, que está constituido por vapor de agua 21, también aire u oxígeno. El gas de producto 23 obtenido tiene una potencia calorífica de 9,87 MJ/m^{3} (V_{N}) y está compuesto por los siguientes componentes gaseosos: 48,7% en volumen de H_{2}, 36,1% en volumen de CO, 0,1% en volumen de CH_{4}, 6,1% en volumen de CO_{2}, 9% en volumen de H_{2}O. El gas de producto 23 se somete a continuación en una etapa de preparación 5 a un desempolvado y a un enfriamiento rápido. El rendimiento del gas frío, es decir la energía química de la materia prima referido al contenido energético químico del gas de producto, es del 80,8%.

La figura 3 muestra, a título de ejemplo, de manera esquemática una forma preferente de realización del dispositivo de conformidad con la invención para llevar a cabo la pirólisis y la gasificación. La madera 10 se aporta al reactor de pirólisis 1 a través de un dispositivo de carga hermético a los gases, en el caso que ha sido representado aquí a modo de ejemplo, una esclusa de rueda compartimentada. El secado y la pirólisis de la materia prima tienen lugar por medio del contacto del material caliente del lecho fluidificado 35 que es alimentado a través de un rebosadero a partir del lecho fluidificado para la combustión 3. El gas de pirólisis 13 formado se conduce hasta la zona de reacción 2 con aporte de vapor de agua 21, cuya zona de reacción se ha configurado, en este caso a modo de ejemplo como intercambiador de calor tubular. Después de la conversión del gas de pirólisis con el vapor de agua 21 se enfría el gas de producto 23 en la etapa de preparación 5 y se purifica. Con el fin de evitar el intercambio no deseado de gases entre el reactor de pirólisis 1 y el lecho fluidificado para la combustión 3, se han ajustado entre sí la soplante del conducto para el gas de producto 50 y la soplante del conducto para el gas de humo 60. Dado que el rebosadero desde el lecho fluidificado para la combustión 3 hasta el reactor de pirólisis 1 está configurado de tal manera que éste está permanentemente lleno con material del lecho fluidificado 35, se impide de manera sencilla, en combinación con las soplantes citadas, el intercambio de gases entre ambos reactores. Para el transporte de la mezcla constituida por el residuo sólido de la pirólisis y por el material en circulación del lecho fluidificado 14 en el lecho fluidificado para la combustión 3 se ha previsto un tornillo sin fin. El tornillo sin fin debe estar proyectado por consiguiente de tal manera que la pérdida de presión debida a los pasos del tornillo sin fin rellenos con material, sea mayor que la que se encuentra sobre el lecho fluidificado 3 de tal manera, que el aire 31 que es alimentado al lecho fluidificado para la combustión 3 no fluya en el Bypass a través del reactor de pirólisis 1. Con el calor del flujo de gas de humo 37 se genera un flujo de vapor 71 a través de un intercambiador de calor 8 a partir de un flujo de agua 70, que se somete a una descompresión por ejemplo por medio de una turbina 9. Una parte del flujo de vapor 71 puede ser empleada como vapor de agua 21 para la zona de reacción 2. Los gases de escape 60 se envían hasta una purificación para el gas de humo 6.

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Lista de números de referencia

1: Reactor de pirólisis

10: Materia prima

11: Medio de reacción

12: Pérdida de calor

13: Gas de pirólisis

14: Mezcla constituida por el residuo sólido de pirólisis y el material del lecho fluidificado

15: Gas de pirólisis

2: Zona de la reacción

21: Medio de reacción

22: Pérdida de calor

23: Gas de producto

3: Hogar

31: Aire

32: Material del lecho fluidificado

33: Pérdida de calor

34: Flujo térmico

35: Material del lecho fluidificado

36: Flujo térmico

37: Gases de escape de la combustión

4: Etapa de tratamiento previo

5: Purificación de los gases

50: Gas de producto purificado

6: Purificación del gas de humo

60: Gases de escape

7: Preparación del agua

70: Agua

71: Vapor

8: Intercambiador de calor

9: Turbina

Claims

1. Procedimiento para la pirólisis y la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, según el cual

se disponen los productos orgánicos en un reactor de secado y de pirólisis (1), en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) o en el que se ponen en contacto los productos orgánicos con el material del lecho fluidificado (35) y con la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3),

teniendo lugar un secado y una pirólisis, convirtiéndose los productos orgánicos en vapor de agua procedente del secado, y en productos de pirólisis (13), estando constituidos los productos de pirólisis por gases con substancias condensables y por un residuo sólido que contiene carbono;

el residuo sólido, que contiene carbono, o el residuo sólido, que contiene carbono, y partes del vapor de agua y del gas de pirólisis, con substancias condensables y el material del lecho fluidificado se reciclan hasta el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se quema el residuo, que contiene carbono, de los productos orgánicos, se calienta el material del lecho fluidificado y se recicla de nuevo hasta el reactor de pirólisis (1);

el vapor de agua, producido por el secado, y los gases de pirólisis (13) con substancias condensables se someten a un tratamiento ulterior en otra zona de reacción (2) de tal manera, que se proporciona un gas de producto (23) con una elevada potencia calorífica;

el secado y la pirólisis se llevan a cabo con, al menos, uno o varios reactores de pirólisis (1);

el lecho fluidificado para la combustión (3), en el que se queman los residuos de pirólisis, se hace trabajar como lecho fluidificado estacionario;

los gases de pirólisis (13) se conducen hasta un intercambiador de calor (2) indirecto;

los gases de escape del hogar (37) o los gases de escape del hogar y el material del lecho fluidificado correspondiente al lecho fluidificado para la combustión (3) se ponen en contacto con el intercambiador de calor (2) indirecto de tal manera que se aprovecha su capacidad calorífica para la reacción de los gases de pirólisis (13) con el agente de reacción (21);

el material del lecho fluidificado (3) está constituido únicamente por las cenizas de los productos orgánicos

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos

o por las cenizas de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado

o por las cenizas y por los residuos no quemados, que contienen carbono, de los productos orgánicos y por material adicional del lecho fluidificado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el secado y la pirólisis se llevan a cabo en dos o más reactores de pirólisis (1), que están constituidos por dos o por varios reactores de lecho en desplazamiento o por dos o por varios reactores tubulares giratorios o por reactores tubulares giratorios y por reactores de lecho en desplazamiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque no se alimenta agente de reacción a los gases de pirólisis (13).

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se alimenta a los gases de pirólisis (13) un agente de reacción tal como vapor de agua, oxígeno o aire o una mezcla de los mismos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gases de pirólisis (13) reaccionan con el agente de reacción (21) en el intercambiador de calor (2) indirecto.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pirólisis se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 450ºC y 750ºC.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas de producto (23) se recicla hasta el reactor de pirólisis (1).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de reacción (21), tal como vapor de agua, oxígeno o aire o una mezcla de los mismos, se alimenta en el reactor de pirólisis (1).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie de la pared del reactor del lecho fluidificado para la combustión (3) tiene una forma geométrica cerrada, de cualquier tipo, por el lado del reactor de pirólisis (1) y del lecho fluidificado para la combustión (3).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se lleva a cabo a temperaturas comprendidas entre 800ºC y 1.050ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se lleva a cabo en presencia de un catalizador.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) en un lecho fijo constituido por el material catalizador.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se llevan a cabo las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) en un lecho fluidificado, que está constituido por el material catalizador.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las reacciones del gas de pirólisis (13) con el agente de reacción (21) se llevan a cabo en presencia de un catalizador que se aporta al gas de pirólisis (13) en flujo arrastrado.

15. Dispositivo para la realización de un procedimiento para la pirólisis y para la gasificación de productos orgánicos o de mezclas de productos orgánicos, especialmente para llevar a cabo un procedimiento de conformidad con una o varias de las reivindicaciones 1 a 14, con un reactor de pirólisis (1), un hogar en lecho fluidificado (3) para el residuo de la pirólisis, una zona de reacción (2) para los gases de pirólisis (13) y un circuito del material del lecho fluidificado entre el lecho fluidificado para la combustión (3) y el reactor de pirólisis (1), caracterizado porque se ha dispuesto un reactor de cuba o un reactor tubular giratorio con una esclusa para la materia prima y una alimentación para el material del lecho fluidificado procedente del lecho fluidificado para la combustión (3) junto al lecho fluidificado para la combustión, porque el reactor de cuba (1) presenta en su extremo inferior un dispositivo de transporte en el lecho fluidificado para la combustión, porque el lecho fluidificado para la combustión (3) presenta un rebosadero para transmitir el material del lecho fluidificado hasta el reactor de cuba (1) y porque los gases de escape (37) del lecho fluidificado para la combustión (3) son alimentados a un intercambiador de calor (2), que está conectado con el reactor de cuba (1) para los gases de pirólisis (13).

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos, material del lecho fluidificado y puede alimentarse en el reactor de pirólisis.

17. Dispositivo según la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque puede retirarse del lecho fluidificado para la combustión (3) al menos en un punto o en varios puntos, material del lecho fluidificado por medio de uno o de varios rebosaderos y puede alimentarse en el reactor de pirólisis.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque puede aportarse material refractario para la formación de un lecho fluidificado.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque pueden emplearse para la formación de un lecho fluidificado los componentes no combustibles y los componentes no gasificables de la materia prima.