MX2012011000A - Proceso y sistema para producir gas de sintesis a partir de biomasa, mediante carbonizacion. - Google Patents

Abstract

Se provee un proceso y un sistema para la producción de gas de síntesis a partir de biomasa, mediante carbonización. El sistema comprende una parte de tratamiento previo de la materia prima de biomasa; un horno de carbonización (4), un horno de gasificación (20) y un sistema de conexión por tubería y de suministro de gas. La parte superior del horno de carbonización (4) está conectada con un separador ciclónico (5) y el extremo de salida del separador ciclónico (5) está conectado con un lecho de combustión (7) y una tolva de carbón (12), respectivamente. El extremo de salida del lecho de combustión (7) está conectado a un cambiador de calor (9) para calentar el gas de pirolisis circulante. Una salida del gas de pirólisis calentado está conectada con el horno de carbonización (4) y una salida del gas de combustión caliente de desperdicio, que intercambió calor, está conectada con un sistema de secado (2). La tubería procedente de una salida de carbón del horno de carbonización (4) a la tolva de carbón (12) está provista de un trasportador de gusano (11) enfriado por agua, que enfría el carbón de la salida del horno de carbonización (4) a 60-280 °C, y luego lo trasporta a la tolva de carbón (12). La tubería que va de la salida de la tolva de carbón (12) al horno de gasificación (20) está provista de un molino (13), un tanque para suspensión espesa de carbón (16) y una bomba (17) de alta presión para la suspensión espesa de carbón. Un tubo de suministro de gas del lecho de combustión (7) está conectado con una tubería de aire (6), de manera que se suministre aire como gas soportador de la combustión.

Description

PROCESO Y SISTEMA PARA PRODUCIR GAS DE SÍNTESIS A PARTIR DE BIOMASA, MEDIANTE CARBONIZACIÓN Campo de la Invención La invención se refiere a la producción de gas de síntesis y, más en particular, a un método y un sistema para producir gas de síntesis a partir de biomasa, por medio de carbonización. El método pertenece al campo técnico de la producción de gas de síntesis o gas combustible, mediante el uso de biomasa. El gas de síntesis es un gas de mezcla que contiene CO, H2 y una variedad de carbohidratos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. El gas de síntesis producido mediante el método de acuerdo con la invención puede ser usado para sistemas de generación de energía eléctrica con turbinas de gas, celdas de combustible, aceite de síntesis, sistemas metalúrgicos y otros sistemas.

Antecedentes de la Invención El agotamiento de las reservas de combustibles fósiles tradicionales (hulla, petróleo y gas natural) y los problemas de contaminación ambiental provocados por el uso de combustibles fósiles, amenazan directamente la sobrevivencia humana y el desarrollo, lo que da importancia al desarrollo de energía renovable y ambientalmente amistosa, que se ha vuelto un consenso de los gobiernos de todos los países. La biomasa, un material orgánico generado por las plantas a través de la fotosíntesis, tiene amplias fuentes y grandes cantidades disponibles. Se puede transformar a gas limpio o a combustible líquido para la generación de energía eléctrica y la producción de materias primas industriales y de productos químicos. Como energía, es limpia y renovable, con cero emisión de dióxido de carbono y con el potencial de reemplazar plenamente los combustibles fósiles, como un nuevo recurso energético que se ha vuelto una prioridad para todos los países.

Hay muchos métodos para transformar la biomasa a gas limpio o combustible líquido limpio; entre los cuales la tecnología de gasificación de la biomasa se puede adaptar a una variedad de especies y tiene buena posibilidad de expansión. La gasificación de la biomasa es un proceso termoquímico, es decir, la biomasa reacciona con un agente de gasificación (tal como aire, oxígeno, vapor, dióxido de carbono, etc.) bajo altas temperaturas, para producir un gas mixto que consiste de carbohidratos que contienen carbono, hidrógeno y oxigeno. El gas mixto se denomina gas de síntesis. Los componentes del gas de síntesis son decididos por las especies de la biomasa usada, el tipo de agente de gasificación, las condiciones de reacción y la estructura del gasificador usado. Los objetivos de la gasificación, por otra parte, son reducir al mínimo el consumo de materiales y del agente de gasificación, así como el contenido de alquitrán en el gas de síntesis; y, por otra parte, elevar al máximo la eficiencia de la gasificación y la eficiencia de la conversión del carbono, así como el contenido de ingrediente activo (CO y H2) en el gas de síntesis. Los objetivos son decididos por el tipo de gasificador usado, el tipo de agente de gasificación, el tamaño de partícula de la biomasa, la presión y la temperatura de gasificación, y la humedad y las cenizas de la biomasa, etc.

El horno de gasificación usado en el proceso de gasificación se puede dividir en tres clases: de lecho fijo, de lecho fluidizado y de lecho de flujo arrastrado. El lecho fijo tiene una estructura de gasificación simple, conveniencia de operación, modo de operación flexible, una tasa alta de conversión de carbono, un rango amplio de carga de operación, que puede ser de entre 20 por ciento y 110 por ciento, y el combustible sólido permanece en el lecho durante un periodo de tiempo largo. Sin embargo, la temperatura no es uniforme y tiene menos eficiencia de cambio de calor, bajo valor de calentamiento del gas de síntesis en la salida, y el gas de síntesis contiene una cantidad grande de alquitrán. El lecho fluidizado es conveniente para la adición de material y la liberación de la ceniza, y la temperatura es uniforme y es fácil de ajustar. Sin embargo, es sensible a las características de las materias primas. Si la adhesión, la estabilidad térmica, el contenido de humedad o el punto de fusión de la ceniza de las materias primas cambian, la operación se vuelve anormal. Adicionalmente, a fin de garantizar la fluidificación normal del horno de gasificación, es necesario mantener una temperatura menor y el gas de síntesis tiene una cantidad grande de alquitrán. Puesto que se produce una cantidad grande de alquitrán en el lecho fijo y en el lecho fluidizado, se debe instalar una unidad de craqueo de alquitrán y un equipo de purificación, lo que da por resultado un proceso complicado. El lecho de flujo arrastrado tiene una temperatura de operación alta y uniforme, buenas características de amplificación y es particularmente adecuado para industrialización a gran escala. Se craquea por completo el alquitrán. Sin embargo, el lecho de flujo arrastrado tiene un requerimiento estricto de tamaño de partícula para las materias primas. Con base en la tecnología de molienda actual, no hay manera de moler la biomasa que tiene mucha celulosa, a un tamaño adecuado para el lecho de flujo arrastrado. De modo que no se puede usar el lecho de flujo arrastrado para la gasificación de la biomasa. En la actualidad, el craqueo del alquitrán y el tratamiento previo de la biomasa, antes de la gasificación, son problemas fuertes para el desarrollo de la gasificación de la biomasa.

La solicitud de patente china No. 200510043836.0 describe un método y un dispositivo para gasificar biomasa con bajo contenido de alquitrán. El método incluye la pirólisis y la gasificación, independientemente, y se transforma la biomasa a gas de síntesis que tiene un contenido bajo de alquitrán. En el método, el gas de pirólisis y el carbón experimentan una combustión incompleta en el gasificador, y se craquea el alquitrán a alta temperatura. Si bien el contenido de alquitrán es disminuido en gran parte, se consume mucho carbón, lo que da por resultado un contenido bajo de CO producido en la reacción de reducción subsiguiente, y un elevado contenido de C02 en el gas de síntesis. En segundo lugar, debido a una temperatura baja en la reacción de combustión, la temperatura de la reducción subsiguiente se hace menor y la temperatura promedio en la zona de reducción es menor que 700 °C y, por lo tanto, el rendimiento de gas de síntesis efectivo (CO y H2) disminuye significativamente (alrededor de 30 por ciento) . En tercer lugar, la ceniza y el residuo de carbón sin reaccionar, de la reacción de reducción, es descargado directamente, lo que da una tasa baja de conversión de carbón. Finalmente, el gasificador usado en el método tiene la forma de un lecho fijo, puesto que la reacción de reducción absorbe calor, la diferencia de temperatura entre la parte superior y la inferior (la parte superior está aproximadamente a 1000 °C y la parte inferior está a alrededor de 500 °C) del lecho es enorme, lo que es una desventaja inherente del lecho fijo.

La patente estadounidense No. 6,863,878 B2 describe un método y un dispositivo para producir gas de síntesis con materiales que contienen carbono. El método incluye la carbonización (o pirólisis) y la gasificación, independientemente. En el método, se controla la temperatura de carbonización a menos de 450 °F (232 °C) a fin de reducir el contenido de alquitrán que resultó de la pirólisis. Sin embargo, durante la etapa de carbonización, no se muelen los productos sólidos antes de transportarlos a los serpentines de reacción del gasificador, lo que afectará la velocidad y el grado de la reacción de gasificación. En segundo lugar, puesto que la reacción de gasificación se efectúa en el serpentín de reacción, es necesaria una cantidad grande de gas de transporte; pero el gas de transporte desprenderá mucho calor durante el transporte y, de esa manera, la eficiencia de la gasificación es baja, la temperatura no es uniforme y el sistema de recuperación de calor desperdiciado, posterior, es masivo. En tercer lugar, no es económico que el gas de síntesis recién producido sea usado para proveer calor para la gasificación y la carbonización. En cuarto lugar, los productos de la combustión (principalmente C02 y H20) son descargados directamente y no son utilizados plenamente, lo que da por resultado baja eficiencia de la gasificación. Finalmente, la ceniza y el residuo de carbón sin reaccionar en el gas de síntesis también son descargados directamente, lo que da por resultado una tasa baja de conversión del carbón.

La solicitud de patente china No. 2008/10236639.4 describe un método para producir gas de síntesis a partir de biomasa mediante gasificación a alta temperatura. El método también adopta la combinación de carbonización y gasificación a alta temperatura. Sin embargo, el método tiene los siguientes problemas: primero, el calor del horno de carbonización es suministrado por la combustión directa de gas combustible externo y oxígeno; el gas combustible externo de alta calidad, introducido, incrementa en gran medida el consumo de energía del sistema; en segundo lugar, el sistema de alimentación de polvo del gas de pirólisis, adoptado, es complicado; cuando se mezcla el gas de pirólisis a alta temperatura con el polvo de carbón a baja temperatura y se alimenta al horno de gasificación, la mezcla puede condensarse fácilmente para formar alquitrán, lo que provoca el bloqueo y tiene influencia en la operación normal; finalmente, el carbón a alta presión producido en el horno de carbonización es alimentado a la máquina moledora a presión normal, después de haber sido descomprimido y enfriado, de manera que se convierta a polvo y luego se pone a presión el polvo de carbón y se lo alimenta al horno de gasificación por medio del gas de pirólisis. Todo el proceso es complicado y consume mucha energía, de manera que la factibilidad del proyecto es mala.

De los métodos mencionados arriba, la gasificación convencional, ya sea de biomasa o de materiales sólidos que contengan carbono, no se puede producir gas de síntesis con gran eficiencia y bajo costo. Si bien la tecnología de pirólisis y gasificación independientes puede adaptarse a una variedad de biomasa y reducir el contenido de alquitrán en el gas de síntesis, los inconvenientes, tales como la temperatura no uniforme, la gran inversión en equipo para la recuperación del calor desperdiciado, el consumo elevado de material, la baja eficiencia de gasificación y la tasa baja de conversión de carbón, limitan la aplicación de la gasificación de la biomasa en la industria. En particular, no hay un método eficiente para gasificar la biomasa aplicada a un lecho de flujo arrastrado.

Breve Descripción de la Invención En vista de los problemas descritos arriba, es un objetivo de la invención proveer un método y un sistema para producir gas de síntesis a partir de biomasa, mediante carbonización, que tiene gran eficiencia y bajo costo.

El esquema técnico de la invención está descrito a continuación: un método para producir gas de síntesis a partir de biomasa, por medio de carbonización; comprendiendo el método los pasos siguientes: 1) tratar previamente una materia prima de biomasa; 2) llevar a cabo la carbonización a baja temperatura para obtener productos de un gas de pirólisis y un carbón; enfriar el carbón en una salida de un horno de carbonización, a una temperatura de 60 a 280 °C, y trasportar el carbón enfriado a un depósito de almacenamiento de carbón; 3) separar el gas de pirólisis de un polvo de carbón, después de permitir que una salida de gas de la parte superior del horno de carbonización, pase a través de un separador de gas-sólidos; 4) suministrar parte del gas de pirólisis separado, a un lecho de combustión, para su combustión; calentar la otra parte del gas de pirólisis separado, con un gas de combustión caliente, generado durante la combustión del lecho de combustión; y luego suministrar un gas de pirólisis caliente al horno de carbonización, como una fuente de calor para el horno de carbonización; suministrar un gas de combustión caliente, de desperdicio, después del cambio de calor, a una parte de tratamiento previo de la materia prima de biomasa, para secar; trasportar el polvo de carbón separado a un depósito de almacenamiento de carbón; 5) moler el polvo de carbón para preparar una suspensión espesa; y 6) introducir la suspensión espesa de carbón a un horno de gasificación para su gasificación a través de una bomba de alta presión para la suspensión espesa de carbón.

En el método para producir gas de síntesis, la carbonización a baja temperatura es una pirólisis lenta, llevada a cabo bajo condiciones de presión atmosférica y un aislamiento de oxígeno en el horno de carbonización, y a través del ajuste de una proporción del gas de pirólisis y el aire, se controla una temperatura del horno de carbonización a 200-400 °C, y se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 5-20 °C/minuto, y se controla un tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno, a 20-90 minutos.

En el proceso de moler el polvo de carbón para preparar la suspensión espesa, se adopta un molino atmosférico y luego se añade agua y un aditivo para moler, a fin de preparar la suspensión espesa de carbón.

En el método para producir gas de síntesis, el contenido de polvo de carbón en la suspensión espesa de carbón es de 50-70 por ciento en peso y, de preferencia, de 60 a 65 por ciento en peso.

En el método para producir gas de síntesis, la temperatura del horno de carbonización se controla de preferencia a 250 °C ± 10 °C; se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización, de preferencia, a 15 °C/minuto, y se controla el tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno, de preferencia, a 50 minutos.

Un sistema de gasificación para producir gas de síntesis a partir de biomasa, mediante pirólisis, comprende: una parte de tratamiento previo para la materia prima de biomasa; un horno de carbonización; una tubería de conexión para el horno de carbonización, y un sistema neumático de transportación. La parte superior del horno de carbonización está conectada con un separador ciclónico; el extremo de salida del separador ciclónico está conectado con el lecho de combustión y con el depósito de almacenamiento de carbón; el extremo de salida del lecho de combustión está conectado con un cambiador de calor para calentar el gas de pirólisis de reciclaje, y la salida del gas de pirólisis calentado está conectada con el horno de carbonización; y una salida de gas de combustión caliente, de desperdicio, de intercambio de calor, está conectada con un sistema de secado.

En el sistema de gasificación, está dispuesto un trasportador de gusano, enfriado por agua, en una tubería de una salida de carbón del horno de carbonización, al depósito de almacenamiento de carbón; y se usa el trasportador de gusano enfriado por agua para enfriar el carbón en la salida de carbón del horno de carbonización, a 60-280 °C y trasportar luego el carbón enfriado al depósito de almacenamiento de carbón.

En el sistema de gasificación, están dispuestos un molino, un tanque de suspensión espesa de carbón y una bomba de alta presión para la suspensión espesa de carbono, en una tubería, en secuencia desde la salida del depósito de almacenamiento de carbón, hasta el horno de gasificación.

En el sistema de gasificación, una tubería de alimentación de gas de entrada para el lecho de combustión, está conectada con una tubería de aire, y se usa el aire como gas soportador de la combustión.

A continuación se resumen las ventajas de la invención: Primero: al adoptar la tecnología de pirólisis lenta, a baja temperatura, por una parte, la estructura de fibra de madera de la biomasa se destruye bien; se muele fácilmente la biomasa; se reduce el consumo de energía y se incrementa la densidad de energía en volumen de la biomasa; por otra parte, en comparación con el método de gasificación de la solicitud de patente china No. 200810236639.4, a menor temperatura, en particular a una temperatura de 250 °C ± 10 °C, se puede obtener mayor rendimiento sólido y mayor rendimiento energético (el rendimiento en masa de carbón es de 60 a 80 por ciento y el rendimiento energético del carbón es de 70 a 90 por ciento) ; se reduce el consumo de energía, y se mejora favorablemente el régimen de conversión de carbón de todo el sistema.

Segundo: la invención adopta la tecnología de calentar el gas de pirólisis de reciclaje como una fuente de calor del horno de carbonización, usando el calor generado por la combustión del gas de pirólisis autoproducido . La tecnología de calentar el horno de carbonización de la invención tiene los siguientes tres aspectos: 1) se provee el calor necesario por la técnica de pirólisis, mediante la parte interna del sistema, de manera que se efectúe el equilibrio térmico del sistema y no se introduzca fundamentalmente, energía externa; 2) el calor para calentar el gas de pirólisis de reciclaje es provisto por la combustión directa del gas de pirólisis y aire. Es decir, se usa la energía química del gas de pirólisis y, por otra parte, se usa aire en lugar de oxígeno puro, lo que reduce en gran medida el costo de todo el sistema e incrementa la flexibilidad de uso del horno de carbonización; 3) el gas de pirólisis de reciclaje, calentado, es trasportado directamente al horno de carbonización para ponerlo en contacto con la materia prima, lo que no sólo aumenta la eficiencia de calentamiento del horno de carbonización, sino que también mantiene una operación normal para un rendimiento máximo del carbón bajo condiciones de presión atmosférica y aislamiento de oxígeno, y una pirólisis lenta.

Tercero: la invención usa el humo de calor de desperdicio, generado por la combustión del gas de pirólisis, para secar la materia prima, con lo que se mejora la eficiencia energética de todo el sistema.

Cuarto: al adoptar la tecnología de preparar la suspensión mediante molienda atmosférica, se introduce el carbón en la salida del horno de carbonización, al molino atmosférico y luego se mezcla con una cierta cantidad de agua y aditivos, para prepararlo como una suspensión espesa de carbón. El proceso es simple y eficiente. En comparación con el método de gasificación de la solicitud de patente china No. 200810236639.4 para alimentar una entrada, el método de la invención reduce en gran medida el consumo de energía de la materia prima de entrada, e incrementa la estabilidad, la seguridad y la factibilidad del sistema.

Quinto: la invención adopta la tecnología de presurización y trasportación con bomba para la suspensión espesa de carbón. En comparación con el método de gasificación de la solicitud de patente No. 200810236639.4, el método evita el problema técnico relacionado con la transportación neumática del polvo y el bloqueo por alquitrán, cuando se alimenta polvo de carbón seco, y también aumenta la estabilidad, la seguridad y la factibilidad del sistema .

En pocas palabras, la invención está dirigida a obtener simplicidad, eficiencia, conservación de energía, economía y elevada factibilidad del proyecto. Por otra parte, la invención mejora la eficiencia de la gasificación, disminuye la cantidad de gas de síntesis efectivo y mejora la tasa de conversión de energía del sistema.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático de un método y un sistema para producir gas de síntesis a partir de biomasa, mediante carbonización, de acuerdo con una modalidad de la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Los ejemplos preferidos, el proceso y la estructura de disposición del sistema, de acuerdo con la invención, están descritos en el dibujo anexo.

Como se muestra en la figura 1, un sistema de gasificación de esta invención comprende un portillo 1 de suministro de materia prima de biomasa; un sistema de secado 2, un depósito 3 de almacenamiento de biomasa, un horno 4 de carbonización, un separador ciclónico 5, una tubería de aire 6 para un lecho de combustión; un lecho de combustión 7, una compresora 8, un cambiador de calor 9 para calentar gas de pirólisis de reciclaje, una tubería 10 de gas de combustión de calor de desperdicio, para el sistema de secado; un trasportador 11 de gusano, enfriado por agua; un depósito 12 de almacenamiento de carbón; un molino 13, una tubería de agua 14 para la preparación de la suspensión espesa para el molino; una tubería de aditivo 15 para el molino, un tanque 16 de suspensión espesa de carbón; una bomba 17 de alta presión para la suspensión espesa de carbón; una tubería de oxígeno 18 para una boquilla de quemador de un horno de gasificación; la boquilla 19 de quemador del horno de gasificación, el horno de gasificación 20, una pared 21 enfriada por agua, del horno de gasificación; una tubería 22 de gas de síntesis; una tubería 23 de residuo de cenizas; una tubería 24 de agua desalada y desoxigenada, una tubería 25 de vapor saturado, una tubería NI de combustible externo, y una tubería N2 de vaciado.

En el sistema de gasificación, la parte superior del horno de carbonización 4 está conectada con el separador ciclónico 5, y un extremo de salida del separador ciclónico 5 está conectado con el lecho de combustión 7 y con el depósito 12 de almacenamiento de carbón, respectivamente. Un extremo de salida del lecho de combustión 7 está conectado al cambiador de calor 9 para calentar el gas de pirólisis de reciclaje. Una salida del gas de pirólisis calentado está conectada con el horno de carbonización 4, y una salida del gas de combustión de calor de desperdicio, de cambio de calor, está conectada con el sistema secador 2.

El trasportador 11 de gusano, enfriado por agua, está dispuesto en una tubería que va desde la salida de carbón del horno de carbonización 4, hasta el depósito 12 de almacenamiento de carbón, y se usa para enfriar el carbón en la salida de carbón del horno de carbonización, a 60-280 °C, y trasportar luego el carbón enfriado al depósito 12 de almacenamiento de carbón.

El molino 13, el tanque 16 de suspensión espesa de carbón y la bomba 17 de alta presión para suspensión espesa de carbón, están dispuestos secuencialmente, en una tubería desde la salida del depósito 12 de almacenamiento de carbón, hasta el horno de gasificación 20.

Una tubería de suministro de gas de entrada para el lecho de combustión 7 está conectada con la tubería de aire 6 y se usa el aire como gas soportador de la combustión.

El método para producir gas de síntesis a partir de la biomasa, mediante carbonización, comprende los siguientes pasos : 1) tratar previamente las materias primas de biomasa; 2) llevar a cabo la carbonización a baja temperatura para obtener productos del gas de pirólisis y carbón; enfriar el carbón en la salida de un horno de carbonización, a 60-280 °C, y trasportar el carbón enfriado a un depósito de almacenamiento de carbón; 3) separar el gas de pirólisis del polvo de carbón, después de permitir que el gas sacado de la parte superior del horno de carbonización, pase a través de un separador de gas-sólidos; 4) suministrar parte del gas de pirólisis separado, a un lecho de combustión, para su combustión; calentar la otra parte del gas de pirólisis con el gas de combustión caliente, generado durante la combustión del lecho de combustión; y luego suministrar el gas de pirólisis caliente al horno de carbonización, como una fuente de calor para el horno de carbonización; suministrar el gas de combustión caliente, de desperdicio, después del cambio de calor, a la parte de tratamiento previo de las materias primas de biomasa, para secarlas; trasportar el polvo de carbón separado al depósito de almacenamiento de carbón; 5) moler el polvo de carbón para preparar una suspensión espesa; y 6) introducir la suspensión espesa de carbón al horno de gasificación para su gasificación, a través de una bomba de alta presión para la suspensión espesa de carbón.

La carbonización a baja temperatura es una pirólisis lenta, llevada a cabo bajo las condiciones de presión atmosférica y aislamiento de oxigeno en el horno de carbonización; y por medio del ajuste de la proporción del gas de pirólisis y aire, se controla la temperatura del horno de carbonización a 200-400 °C, se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 5-20 °C/minuto, y se controla el tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno a 20-90 minutos. La temperatura del horno de carbonización de preferencia se controla a 250 °C ± 10 C; se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización, de preferencia, a 15 °C/minuto, y se controla el tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno, de preferencia a 50 minutos .

En el proceso de moler el polvo de carbón para preparar una suspensión espesa, se adopta un molino atmosférico y luego se añade agua y aditivos para moler a fin de preparar la suspensión de carbón. El contenido de polvo de carbón en la suspensión espesa de carbón es de 50 a 70 por ciento en peso y, de preferencia, de 60 a 65 por ciento en peso .

Proceso de trabajo: Proceso de arranque del sistema: 1) se abre una válvula de control VI en una tubería procedente del depósito 3 de almacenamiento de biomasa, al horno de carbonización 4, y una válvula de control V4 en la tubería de vaciado N2, y se mantienen cerradas la válvula de control V2 en el lecho de combustión 7 y la válvula de control V3 en la tubería procedente del separador ciclónico 5, a la compresora 8; 2) se abre una válvula de control V6 en la tubería NI de combustible externo, la válvula de control V5 en la tubería de aire 6 para el lecho de combustión, así como la válvula de control V8 en la tubería procedente del lecho de combustión 7 al horno de carbonización 4, y la válvula de control V9 en la tubería procedente del lecho de combustión 7 al sistema de secado 2, y se mantiene cerrada la válvula de control V7 en la tubería que viene del lecho de combustión 7 al cambiador de calor 9, para calentar el gas de pirólisis de reciclaje; a fin de permitir que el gas de combustión generado durante la combustión de los combustibles y el aire en el lecho de combustión 7 sea introducido al sistema de secado 2 y al horno de carbonización 4, para proveer energía; y 3) después de operar durante 30 a 40 minutos, de acuerdo con el proceso del paso 1 al paso 2, se abren las válvulas de control V2, V3 y V7 y se cierran simultáneamente las válvulas de control V4, V6, V8 V9, de manera que el sistema comience a trabajar normalmente en ese momento. 2. Proceso de operación normal del sistema: Se alimenta la materia prima de biomasa al sistema de secado 2, a través del portillo 1 de suministro de material prima de biomasa. Se seca y deshidrata la materia prima de biomasa mediante humo caliente en el sistema y luego se trasporta a la tolva 3 de almacenamiento de biomasa, para su almacenamiento, y se trasporta la materia prima de biomasa al horno de carbonización.

El producto del horno de carbonización 4 comprende gas de pirólisis y carbón, que contiene CO, H2, C02, H20, CH4 y alquitrán. El gas de pirólisis en bruto se separa mediante el separador ciclónico 5 y luego se trasportan las partículas de carbón presentes en el gas de pirólisis en bruto, a la tolva 12 de almacenamiento de carbón, y se alimenta el gas de pirólisis, después de la separación de los gruesos, al lecho de combustión 7 y a la compresora 8.

En el lecho de combustión 7, el gas de pirólisis para la combustión sufre una reacción de combustión con el aire procedente de la tubería 6. El humo caliente generado por la combustión calienta el gas de pirólisis de reciclaje, ajustando la proporción del gas de pirólisis generado por la combustión al aire, se controla la temperatura del horno de carbonización 4 a 400-600 °C, y se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización 4 a 5-20 °C/minuto .

Después de ser introducido a la compresora 8 para incrementar la presión, se calienta el gas de pirólisis de reciclaje a una cierta temperatura, a través del cambiador de calor 9, para calentar el gas de pirólisis de reciclaje y luego el gas de pirólisis de reciclaje calentado entra en el horno de carbonización 4 para proveer la energía requerida para el horno de carbonización; el gas de combustión caliente, después del cambio de calor, entra en el sistema de secado 2, para secar las materias primas de biomasa.

El carbón generado por medio del horno de carbonización 4 es trasportado al depósito de almacenamiento de carbón 12, para almacenarlo después de ser enfriado a través del trasportador 11 de gusano, enfriado por agua. El carbón entre en el molino 13 para ser molido con agua procedente de la tubería de agua 14, para la preparación de la suspensión espesa para el molino y un aditivo procedente de la tubería 15 para aditivo, al molino, para obtener la suspensión espesa de carbón. La suspensión espesa de carbón preparada es introducida al tanque 16 para suspensión espesa de carbón, y luego se introduce a la boquilla 19 de quemador del horno de gasificación, después que se incrementa la presión de la suspensión espesa de carbón a la presión de trabajo del horno de gasificación 20, por medio de la bomba 17 de alta presión para la suspensión espesa de carbón. También se entrega a la boquilla 19 de quemador el oxígeno procedente de la tubería de oxígeno 18, en el horno de gasificación, para llevar a cabo la reacción de gasificación a alta temperatura en el horno de gasificación 20, y se controla la temperatura del gas de síntesis en la salida del horno de gasificación a 1200-1600 °C ajustando la cantidad de oxígeno y la cantidad de cambio de calor de la pared 21 enfriada por agua (del horno de gasificación) en la que se introduce agua desalada y desoxigenada. Los productos de gasificación son principalmente CO y H2, una cantidad pequeña de C02 y H20 y una cantidad vestigial de CH4; el agua desalada y desoxigenada genera vapor saturado a presión sub-alta, después de la absorción de calor a través de la pared 21 enfriada por agua del horno de gasificación; el vapor saturado a presión subalta entra en un sistema posterior a través de una tubería 25 de vapor saturado, y los residuos de ceniza generados durante la gasificación son descargados a través de la tubería 23 de residuo de cenizas.

EJEMPLO 1 Se toma madera como materia prima de biomasa. La composición elemental y los datos característicos de la madera seca están dados en la Tabla 1.

TABLA 1 : Composición elemental y datos característicos de la madera seca Las principales condiciones de operación son las siguientes : 1) El contenido de agua de los materiales, a la salida del sistema de secado 2 es de 15 por ciento. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica; y la temperatura del horno de carbonización 4 se controla a 200 °C. 3) El régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización 4 es controlado a 20 °C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 90 minutos. 5) Se enfria el carbón a alta temperatura, a 60 °C por medio del transportador 11 de gusano enfriado por agua; y 6) La presión del horno de gasificación 20 se controla a 4.0 MPa (A) ; y la temperatura del horno de gasificación 20 se controla a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones fijadas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema, con los dibujos anexos, los datos principales y los principales parámetros funcionales del sistema son los siguientes: 1) El rendimiento en masa de carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 75 por ciento. 2) En la salida del gas de síntesis, a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO H2 es de 78 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxígeno del gas de síntesis disponible es de 0.33 mol/mol.

EJEMPLO 2 Se toma la madera del ejemplo 1 como materia prima de la biomasa (tabla 1) .

Se fijan las principales condiciones de operación como sigue: 1) El contenido de agua de los materiales en la salida del sistema de secado 2 es de 10 por ciento en peso. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica; y la temperatura del horno de carbonización 4 se controla a 300 °C. 3) El régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización 4 se controla a 10 °C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 80 minutos. 5) Se enfria el carbón de alta temperatura, a 60 °C a través del trasportador 11 de gusano enfriado por agua; y 6) Se controla la presión del horno de gasificación 20 a 4.0 MPa (A), y la temperatura del horno de gasificación 20 a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones fijadas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema con los dibujos anexos, los principales datos y parámetros funcionales del sistema son como sigue: 1) El rendimiento en masa de carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 80 por ciento; 2) En la salida de gas de síntesis a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO y H2 es de 82 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxigeno del gas de síntesis disponible es de 0.32 mol/mol.

EJEMPLO 3 Se toma la madera del ejemplo 1 como materia prima de biomasa (Tabla 1) .

Las principales condiciones de operación se dan a continuación : 1) El contenido de agua de los materiales a la salida del sistema de secado 2 es de 20 por ciento en peso. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica y la temperatura del horno de carbonización 4 se controla a 400 °C. 3) El régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización 4 se controla a 5 0C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 30 minutos. 5) Se enfría el carbón de alta temperatura, a 60 °C, a través del trasportador de gusano 11 enfriado por agua; y 6) Se controla la presión del horno de gasificación 20 a 4.0 MPa (A) y la temperatura del horno de gasificación 20 se controla a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones establecidas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema con los dibujos anexos, los principales datos y parámetros funcionales del sistema son como sigue: 1) El rendimiento en masa del carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 70 por ciento. 2) En la salida de gas de síntesis a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO y H2 es de 75 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxígeno del gas de síntesis disponible es de 0.34 mol/mol.

EJEMPLO 4 Se toma la madera del ejemplo 1 como materia prima de biomasa (Tabla 1) .

Se establecen las principales condiciones de operación como sigue: 1) El contenido de agua de los materiales en la salida del sistema 2 de secado es de 12 por ciento en peso. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica y se controla la temperatura del horno de carbonización 4 a 250 °C. 3) Se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 15 °C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 40 minutos. 5) Se enfría el carbón de alta temperatura a 60 °C, a través del transportador 11 de gusano enfriado por agua; y 6) se controla la presión del horno de gasificación 20 a 4.0 MPa (A) y se controla la temperatura del horno de gasificación 20 a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones establecidas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema con los dibujos anexos, los principales datos y parámetros funcionales del sistema son como sigue: 1) El rendimiento en masa de carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 82 por ciento. 2) En la salida de gas de síntesis a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO y ¾ es de 84 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxígeno del gas de síntesis disponible es de 0.31 mol/mol.

EJEMPLO 5 Se toma la madera del ejemplo 1 como materia prima de biomasa (tabla 1) .

Se establecen las condiciones de operación principales como sigue: 1) El contenido de agua de los materiales en la salida del sistema 2 de secado es de 16 por ciento en peso. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica y se controla la temperatura del horno de carbonización 4 a 220 °C. 3) Se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 12 °C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 50 minutos. 5) Se enfría el carbón de alta temperatura a 60 °C, a través del transportador 11 de gusano enfriado por agua; y 6) se controla la presión del horno de gasificación 20 a 4.0 MPa (A) y se controla la temperatura del horno de gasificación 20 a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones establecidas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema con los dibujos anexos, los principales datos y parámetros funcionales del sistema son como sigue: 1) El rendimiento en masa de carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 85 por ciento. 2) En la salida de gas de síntesis a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO y H2 es de 86 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxígeno del gas de síntesis disponible es de 0.3 mol/mol.

EJEMPLO 6 Se toma la madera del ejemplo 1 como materia prima de biomasa (Tabla 1) .

Se establecen las principales condiciones de operación como sigue: 1) El contenido de agua de los materiales en la salida del sistema 2 de secado es de 18 por ciento en peso. 2) La presión del horno de carbonización 4 es la presión atmosférica y se controla la temperatura del horno de carbonización 4 a 320 °C. 3) Se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 15 °C/minuto. 4) El tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno se controla a 70 minutos. 5) Se enfría el carbón de alta temperatura a 60 °C, a través del transportador 11 de gusano enfriado por agua; y 6) se controla la presión del horno de gasificación 20 a 4.0 MPa (A) y se controla la temperatura del horno de gasificación 20 a 1400 °C.

De acuerdo con las condiciones establecidas, en el proceso de implementación para ilustrar el sistema con los dibujos anexos, los principales datos y parámetros funcionales del sistema son como sigue: 1) El rendimiento en masa de carbón en las materias primas de biomasa introducidas en el horno de carbonización 4 es de 78 por ciento. 2) En la salida de gas de síntesis a través de la tubería 22 de gas de síntesis, el contenido de CO y H2 es de 81 por ciento. 3) La tasa de conversión de carbón del sistema de gasificación es de 99.9 por ciento, y el consumo de oxígeno del gas de síntesis disponible es de 0.32 mol/mol.

Claims (10)

REI INDICACIONES 1.- Un método para producir gas de síntesis a partir de biomasa, mediante carbonización, que comprende los siguientes pasos:

1) tratar previamente una materia prima de biomasa;

2) llevar a cabo la carbonización a baja temperatura para obtener productos de un gas de pirólisis y un carbón; enfriar el carbón en una salida de un horno de carbonización, a una temperatura de 60 a 280 °C, y trasportar el carbón enfriado a un depósito de almacenamiento de carbón;

3) separar el gas de pirólisis de un polvo de carbón, después de permitir que una salida de gas de la parte superior del horno de carbonización, pase a través de un separador de gas-sólidos;

4) suministrar parte del gas de pirólisis separado, a un lecho de combustión, para su combustión; calentar la otra parte del gas de pirólisis separado, con un gas de combustión caliente, generado durante la combustión del lecho de combustión; y luego suministrar un gas de pirólisis caliente al horno de carbonización, como una fuente de calor para el horno de carbonización; suministrar un gas de combustión caliente, de desperdicio, después del cambio de calor, a una parte de tratamiento previo de la materia prima de biomasa, para secar; trasportar el polvo de carbón separado a un depósito de almacenamiento de carbón;

5) moler el polvo de carbón para preparar una suspensión espesa; y

6) introducir la suspensión espesa de carbón a un horno de gasificación para su gasificación a través de una bomba de alta presión para la suspensión espesa de carbón. 2. - El método de la reivindicación 1, en el que la carbonización a baja temperatura es una pirólisis lenta, llevada a cabo bajo condiciones de presión atmosférica y aislamiento de oxigeno en el horno de carbonización, y a través del ajuste de la proporción de gas de pirólisis y aire, se controla la temperatura del horno de carbonización a 200-400 °C; se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 5-20 °C/minuto, y se controla el tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno de carbonización a 20-90 minutos. 3. - El método de la reivindicación 1 o 2, en el que, en el proceso de moler el polvo de carbón para preparar la suspensión espesa, se adopta un molino atmosférico y se añade agua y un aditivo para moler. 4. - El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el contenido de polvo de carbón en la suspensión espesa de carbón es de 50 a 70 por ciento en peso. 5. - El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la temperatura del horno de carbonización se controla a 250 °C ± 10 °C; se controla el régimen de elevación de temperatura del horno de carbonización a 15 "C/minuto, y se controla el tiempo de retención de las materias primas de biomasa en el horno, a 50 minutos. 6. - El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el contenido de polvo de carbón en la suspensión espesa de carbón es de 60 a 65 por ciento en peso. 7. - Un sistema de gasificación para producir gas de síntesis a partir de biomasa, mediante pirólisis, usando el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende : a) la parte de tratamiento previo de la materia prima de biomasa; b) el horno de carbonización; c) el horno de gasificación; d) una tubería que conecta el horno de carbonización con el horno de gasificación; y e) un sistema trasportador neumático; donde: la parte superior del horno de carbonización (4) está conectada con el separador ciclónico (5); un extremo de salida del separador ciclónico (5) está conectado con el lecho de combustión (

7) y con el depósito de almacenamiento de carbón (12); el extremo de salida del lecho de combustión (7) está conectado a un cambiador de calor (9) para calentar el gas de pirólisis de reciclaje; la salida del gas de pirólisis calentado está conectada con el horno de carbonización (4); y la salida de gas de combustión caliente de desperdicio, cambiado de calor, está conectada con un sistema de secado (2) .

8. - El sistema de gasificación de la reivindicación 7, en el que el trasportador de gusano enfriado por agua (11) está dispuesto en una tubería que va de la salida de carbón del horno de carbonización (4) al depósito de almacenamiento de carbón (12), y se usa el trasportador (11) de gusano enfriado por agua para enfriar el carbón en la salida de carbón del horno de carbonización a 60-280 °C, y luego trasportar el carbón enfriado al depósito (12) de almacenamiento de carbón.

9. - El sistema de gasificación de la reivindicación 7 u 8, en el que están dispuestos secuencialmente un tanque (16) de suspensión espesa de carbón y una bomba (17) de alta presión para la suspensión espesa de carbón, en una tubería, desde la salida del depósito (12) de almacenamiento de carbón al horno (20) de gasificación.

10.- El sistema de gasificación de la reivindicación 7 u 8, en el que un tubo de suministro de gas de entrada para el lecho de combustión (7) está conectado con una tubería de aire (6) y se usa el aire como gas soportador de la combustión.