P ROCESO DE GASIFICACIÓN POR PLASMA

Como hemos descrito antes; la gasificación es un proceso de disociación, es decir, una forma de transformar cualquier producto (RSU, biomasa, etc.) en energía. La gasificación produce un gas de síntesis y material vitrificado. Este gas de síntesis (singas) está formado fundamentalmente por CO y H2. Además, el gas de sintesis posee

un interesante PCI que puede ser aprovechado como: - Gas combustible

- Purificarse y usarse en pilas de combustible - Puede ser transformado en productos químicos

- Convertirse en combustible líquido mediante un proceso Fischer-Tropsch.

Breve introducción del proceso

Los residuos tanto líquidos como sólidos se introducen en el gasificador de plasma o reactor. La antorcha donde se alcanzan temperaturas de 22.000°C, está formada por dos electrodos de antorcha no transferida. Los residuos sólo pueden salir en forma vitrificada o en forma de gas. Cuando el gas abandona el reactor a unos 1000°C, este es enfriado a través de intercambiadores de calor de alta temperatura. El calor sensible se reduce en varias etapas y es empleado para generar vapor a alta presión y producir electricidad con una turbina de vapor; o para aprovechamiento térmico. Posteriormente, es preciso eliminar ciertas partículas no deseables que pueden empeorar la eficiencia o estropear la instalación. Existen dos fases simultáneas conocidas como Quench y Scrubber, que se encargan de la neutralización de los gases ácidos y no da lugar a que se formen dioxinas y furanos gracias a su rápido enfriamiento. Finalmente, este gas se puede almacenar y emplear para diversos fines. Posteriormente, se describirá el proceso necesario para obtener un gas rico en hidrógeno.

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Características principales

La gasificación por plasma se caracteriza por ser una reacción endotérmica y no auto-mantenida. Se considera un proceso fácil de controlar; además no existe limitación en el tipo de residuo empleado, y por tanto, no es necesario clasificarlo. Este sistema es capaz de reducir los residuos volumétricamente hasta 300 veces el volumen inicial.

Es importante destacar que las plantas son muy flexibles, ya que pueden ser diseñadas para tratar desde 200 kg/día a 400 Tm/día. Los gases generados contienen muy poca cantidad de elementos nocivos, que además son mucho más fáciles de neutralizar, que las dioxinas y furanos propios de la incineración. Este sistema sobrepasa requerimientos ambientales y de seguridad sobradamente.

Existen diferentes tecnologías basadas en la gasificación por plasma como: Europlasma, Plasco, Alter NRG/Westinghouse Plasma Corporation y InEnTec. Todos estos fabricantes suelen poseer un procedimiento parecido. Un sistema convertidor de plasma se puede dividir en 5 etapas generales: alimentación, disociación, enfriamiento en una caldera de recuperación de calor, separación de partículas, y neutralización y limpieza final.

ETAPA 1.ALIMENTACIÓN

Esta primera etapa consta de 3 partes fundamentales:

1.- Reducción de tamaño: se realiza una pequeña trituración para obtener un tamaño homogéneo y facilitar la entrada de partículas a la vasija de plasma.

Figura 4.4. Esquema básico de una planta de gasificación Fuente: Materiales Renovados

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2.- Separación y compactación: aunque esta tecnología pueda procesar volúmenes de distinta composición, la composición del gas puede realizarse con mayor control sobre su composición final mediante un residuo uniforme. Por otro lado, con la compactación se logra una mayor densidad de los residuos de entrada y por tanto un mayor ritmo de entrada.

3.- Alimentación: la alimentación se realiza a través de una línea transportadora o tornillos sin fin, cuyo ritmo está determinado por la unidad de control del gasificador.

ETAPA 2.GASIFICACIÓN POR PLASMA

Se lleva a cabo en el núcleo principal del proceso, es decir, en la vasija de plasma. En esta etapa se distinguen varias fases que hacen destacar esta tecnología frente a otras de revalorización energética.

1.- Disociación: Esta fase ocurre en la vasija de plasma, donde gracias a un campo ionizado la materia se disocia en CO, H2 y componente vitrificado. En

esta etapa se reduce el volumen de los productos introducidos en una proporción de 300:1. La atmósfera dónde se disocian los productos es una atmósfera reductora que da lugar a los procesos de: craqueado térmico, oxidación parcial y reformado.

2.- Destrucción: debido a las altas temperaturas que se alcanzan, cualquier compuesto tóxico es destruido y reducido a materia inerte.

3.- Fusión: finalmente la materia inorgánica que se introduce en la vasija forma una especie de lava que tras enfriarse forma un vidrio basáltico. Este subproducto puede emplearse en sectores de la construcción, ya que es totalmente no tóxico.

ETAPA 3.ENFRIAMIENTO

En esta etapa se conduce el gas de síntesis, que sale a unos 1000°C de la vasija, hacia una caldera de recuperación de calor. Gracias a este calor se puede:

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1.- Incorporar un ciclo de Rankine o ciclo de gas, que aproveche este excedente de calor para producir energía eléctrica y cubrir parte de la gran demanda eléctrica que requiere el proceso.

2.- En algunos casos, donde los productos de entrada contengan una humedad relativa elevada y puedan mermar el rendimiento del sistema, se reconducirá este calor hacia el sistema de alimentación y así reducir la excesiva humedad.

ETAPA 4 Y 5.FILTRO NEUTRALIZACIÓN Y LIMPIEZA FINAL

En estas etapas posteriores se llevará a cabo una limpieza del gas de síntesis para que pueda ser usado en la aplicación elegida. La limpieza se lleva a cabo con diferentes procesos:

1.- Filtro de mangas: en este paso se eliminan posibles partículas presentes en el gas. Este filtro está formado por una tela con forma de manga que retiene las partículas.

2.- Torre de eliminación: mediante un método llamado Scrubber se elimina el H2S presente en el gas. Para ello se pone en contacto con una disolución de

NaOH, transformando el ácido sulfhídrico en Na2O y agua.

3.- Water-Gas Shift Reactor (WGS): para poder emplear este gas de síntesis en pilas de combustible se requiere de una alta pureza de H2, y por tanto es

necesario eliminar el CO presente. Con la reacción WGS y la presencia de un catalizador de hierro se puede lograr.

CO(g) + H2O(v) → CO2(g) + H2(g) Reacción WGS

4.-Finalmente, el CO2 restante sera captura al hacer pasar el gas por un baño

solvente de animas. Este CO2 capturado puede venderse a empresas destinadas

a la fabricación de bebidas con gas.

Eliminación CO2 Filtro de mangas Torre absorción H2S Proceso Water-Gas Shift Reactor

Figura 4.5. Pasos realizados en la purificación del gas de síntesis. Fuente: Elaboración propia.

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Sistemas y elementos principales

 Vasija: está compuesta por el cuerpo principal y la tapa de acero inoxidable. Las paredes son de material refractario para evitar la pérdida de calor. La vasija opera a presiones negativas para evitar la fuga de gas. Tiene una forma cilíndrica de 2 m de alto y 1,5 m de diámetro.

 Antorchas de plasma: son las causantes de la corriente eléctrica que producen las altas temperaturas en el interior de la vasija, debido a ello deberán estar debidamente refrigeradas. La antorcha se encuentra conectada a un generador de corriente continua. Las antorchas pueden ser transferidas o no transferidas; en las primeras el arco se establece entre un electrodo constitutivo de la antorcha y el medio; en cambio, las segundas se incluye un electro externo de retorno de corriente.

Figura 4.6. Esquema y fotografía de la vasija de plasma. Fuente: Materiales Renovados.

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 Refrigeración de las antorchas: el sistema de refrigeración de la antorcha se lleva a cabo mediante agua ionizada, que circula por un circuito cerrado y bajo presión. Este circuito intercambia el calor recogido con otro circuito secundario.

 Sistema de entrada comburente: para iniciar la antorcha de plasma es necesario un medio comburente, en general se suele emplear oxígeno y aire. Por tanto, será necesario un sistema que introduzca el comburente en la vasija a la presión y cantidad adecuada.

 Sistema de extracción del material vitrificado: para extraer el material vitrificado que se deposita en el fondo de la vasija se emplea un tornillo sinfín, mediante el cual el proceso de conversión energética no debe interrumpirse.

 Sistema de control: en todo momento se realiza una monitorización en continuo del gas de síntesis para asegurar una composición constante del gas de síntesis

Figura 4.7. Tipos de antorchas: no transferida (izquierda) y transferida (derecha). Fuente: Materiales Renovados.

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