Sistema de control de la presión y temperatura de un reactor o conjunto de reactores químicos.

La presente invención se refiere a un sistema de control de temperatura y presión de, al menos, un reactor químico, caracterizado por emplear el propio agua de proceso como refrigerante así como por comprender, al menos, los siguientes dispositivos:(a) un depósito con al menos un dispositivo de regulación de presión;(b) un conducto de unión entre dicho depósito y el reactor;(c) un dispositivo de inyección de condensados al reactor,a un reactor que incorpora dicho sistema y a su uso en un proceso químico, y especialmente en un proceso de carbonización hidrotermal que se realiza en un reactor de flujo invertido

Sistema de control de la presión y temperatura de un reactor o conjunto de reactores químicos.

Campo técnico

La presente invención se enmarca en el desarrollo de sistemas de control de las condiciones de presión y temperatura de un reactor o de un conjunto de reactores químicos.

Estado de la técnica anterior a la invención

En los últimos años, debido a la necesidad creciente de satisfacer la demanda energética de los países industrializados, numerosos estudios se han dirigido al fomento de nuevas fuentes de energía, de naturaleza renovable, con objeto de disminuir los efectos ambientales adversos asociados al continuo desarrollo industrial.

De entre estas fuentes, una de las más estudiadas ha sido, sin duda, la biomasa. En general, se entiende por biomasa la fracción orgánica biodegradable presente en productos de orígenes diversos como, por ejemplo, residuos municipales o derivados de industrias agrícolas o forestales. Entre las principales alternativas que existen para su aprovechamiento energético cabe destacar su utilización como materia de partida para la elaboración de combustibles para el transporte, así como su uso como fuente de calor y electricidad.

Si bien han sido muchas las tecnologías desarrolladas en este campo en los últimos años, recientemente el equipo del Profesor Markus Antonietti del Instituto Max Planck ha presentado un nuevo método de aprovechamiento de la biomasa, de gran eficacia, que se basa en la carbonización hidrotermal de la misma (Elton Jacquot, J., "Back in Black: Using hydrothermal Carbonization to clean Emissions", 2007, Science & Technology). El proceso HTC consiste, básicamente, en someter a una solución acuosa de biomasa, en presencia de un catalizador, a temperaturas de unos 180 a 210ºC y presiones de 10 a 19 bar obteniéndose, al cabo de unas 4 a 24 h, un producto de estructura similar al carbón. Una vez activado, es un proceso espontáneo y exotérmico, que libera, aprovechando la alta estabilidad termodinámica del agua, hasta un tercio de la energía almacenada, en forma de carbohidratos, en la biomasa.

Su principal ventaja, frente a otros métodos anteriormente descritos en la bibliografía, es su gran sencillez. Al contrario que en otros procesos de carbonización, en los cuales es necesario llevar a cabo una etapa de alto consumo energético para el acondicionamiento y secado previo de la biomasa (WO 2003/002690), la carbonización hidrotermal permite la utilización como materia prima de biomasa húmeda, lo cual supone un importante ahorro en los costes de operación.

Ya en el año 1943, en ES 0160612, se describía un proceso de carbonización de la biomasa en presencia de agua, en el cual la biomasa, en este caso residuos vegetales, era colocada en unas retortas previamente humedecidas a las que se inyectaba vapor recalentado hasta alcanzar temperaturas de 180 a 220ºC y presiones de 2 a 10 atm.

Años más tarde, en US 4579562, se presentaba una nueva alternativa para llevar a cabo el proceso de carbonización. En este caso, la reacción se llevaba a cabo en continuo, en un reactor de flujo en contracorriente, en el cual el sólido entraba en contacto con un líquido a temperaturas de 204ºC a 343ºC y presiones suficientemente elevadas como para impedir la ebullición del agua.

A diferencia del sistema anterior, en JP 2002/059118, la biomasa es introducida en un autoclave donde es sometida a un tratamiento a presión y altas temperaturas, en presencia de agua. Una vez transcurrido el tiempo requerido para su transformación, el reactor se deja enfriar y es abierto para extraer el producto final de la reacción.

Una característica común a todos los métodos anteriormente descritos es la importancia de trabajar bajo unas condiciones estables y adecuadas de operación.

El objetivo de la presente invención es un nuevo sistema de control de las condiciones de presión y temperatura de un reactor o de un conjunto de reactores químicos que contienen en su interior una solución acuosa a una temperatura cercana a su temperatura de evaporación a la presión del proceso. Asimismo, este sistema de control se basa, principalmente, en la utilización del propio agua de proceso para la refrigeración y estabilización de la temperatura a lo largo del reactor o conjunto de reactores.

Una realización preferente de esta invención se encuentra dirigida a un sistema de control de presión y temperatura de un proceso de carbonización hidrotermal, en adelante proceso HTC (del inglés, Hydrothermal Carbonization).

El nuevo sistema de control de la presión y temperatura de un reactor o de un conjunto de reactores químicos basado, fundamentalmente, en la utilización del propio agua de proceso como refrigerante. Mediante este sistema, de gran sencillez, es posible controlar la temperatura y presión del reactor o reactores sin necesidad de utilizar dispositivos móviles o superficies de intercambio de calor en su interior, los cuales presentan a menudo el inconveniente de acumular depósitos indeseados en su superficie al cabo de un cierto tiempo de operación. La eliminación de dichos dispositivos móviles supondrá por tanto un ahorro importante en cuanto al coste y el tiempo requeridos para su limpieza y mantenimiento.

A su vez, otra de las desventajas que implica el disponer de superficies de intercambio de calor en el interior del reactor o reactores es la introducción de gradientes de temperatura entre el refrigerante y el medio de reacción y la mayor dificultad que ello supone respecto al control de la temperatura del proceso. Gracias al sistema de control de temperatura y presión de la presente invención, es posible utilizar el agua del propio proceso para disminuir la temperatura del reactor o reactores, consiguiéndose así una temperatura uniforme de la solución acuosa de su interior. Además, al aprovecharse el calor latente de evaporación del agua, se logra obtener una gran capacidad de refrigeración del sistema, al mismo tiempo que se consigue una buena estabilidad de las condiciones requeridas de presión y temperatura.

Por otra parte, una ventaja adicional de la presente invención es la posibilidad que presenta de recuperar parte de la entalpía del vapor generado durante la reacción, preferentemente mediante el uso de una turbina de vapor y/o mediante su condensación en un intercambiador de calor, pudiéndose aprovechar así el calor liberado en dicho equipo para su uso en otros procesos o aplicaciones térmicas.

Asimismo, una parte adicional del vapor generado podrá utilizarse para precalentar la materia prima alimentada al proceso, tanto mediante su inyección directa a dicha materia prima, como de manera indirecta a través de un intercambiador de calor.

Si bien el sistema de control presentado puede ser aplicado a diversos tipos de reactores y procesos, se encuentra preferentemente dirigido al proceso HTC, tanto si el mismo se lleva a cabo en reactores de tipo continuo, como si se desarrolla en reactores de tipo discontinuo.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de control de la temperatura y presión de un reactor o de un conjunto de reactores químicos, caracterizado por emplear el propio agua de proceso como refrigerante así como por comprender, al menos, los siguientes dispositivos:

1. Sistema de control de temperatura y presión de, al menos, un reactor químico, caracterizado por emplear el propio agua de proceso como refrigerante así como por comprender, al menos, los siguientes dispositivos: