Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE HIDROCARBUROS LIQUIDOS.

Patente de Invención. Resumen:

Procedimiento de obtención de hidrocarburos líquidos a partir de biomasa, deshechos hospitalarios

, residuos sólidos urbanos o cualquier otro tipo de residuo que comprende al menos una etapa físico mecánica en la cual se produce la ruptura de la materia prima hasta llegar a la ruptura de los enlaces moleculares, y una etapa química, de neutralización de las reacciones no deseadas con zeolitas y elementos alcalinos o alcalino-térreos.

Solicitante: SERVER BACELO,PEDRO A.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: ILLES BALEARS.

Inventor/es: SERVER BACELO,PEDRO A.

Fecha de Solicitud: 2 de Febrero de 2007.

Fecha de Publicación de la Concesión: 10 de Marzo de 2010.

Fecha de Concesión: 25 de Febrero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes: C10G1/00 (Producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de esquistos, arena petrolífera o materiales sólidos carbonosos no fundidos o materiales similares, p. ej. madera, carbón (recuperación mecánica de aceites a partir de esquistos, arena petrolífera o similares B 03 B)), C10G3/00 (Producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materiales orgánicos que contienen oxígeno, p. ej. aceites grasos, ácidos grasos (producción a partir de materias carbonosas sólidas no fundidas que contienen oxígeno 1/00; preparación de hidrocarburos individuales o sus mezclas de composición definida o especificada C 07 C)), C10G15/08 (.por medios eléctricos o por vibraciones electromagnéticas o mecánicas [3]).

Clasificación PCT: C10G1/00 (Producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de esquistos, arena petrolífera o materiales sólidos carbonosos no fundidos o materiales similares, p. ej. madera, carbón (recuperación mecánica de aceites a partir de esquistos, arena petrolífera o similares B 03 B)), C10G3/00 (Producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de materiales orgánicos que contienen oxígeno, p. ej. aceites grasos, ácidos grasos (producción a partir de materias carbonosas sólidas no fundidas que contienen oxígeno 1/00; preparación de hidrocarburos individuales o sus mezclas de composición definida o especificada C 07 C)), C10G15/08 (.por medios eléctricos o por vibraciones electromagnéticas o mecánicas [3]).

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Descripción:

Procedimiento de obtención de hidrocarburos líquidos.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de obtención de hidrocarburos líquidos a partir de biomasa, deshechos hospitalarios, residuos sólidos urbanos o cualquier otro tipo de residuo.

Esta invención surge para solucionar el grave problema de la falta de combustibles y para satisfacer la gran demanda existente a la vez que supone una alternativa eficaz de los combustibles derivados del petróleo.

Antecedentes de la invención

Son sobradamente conocidos las formas de obtención de combustibles a partir de petróleo. Estos procesos se caracterizan por llevarse a cabo en refinería con un primer paso de destilación o separación física y posteriores etapas de procesos químicos.

El primer paso de la refinación del petróleo crudo tiene lugar en unas torres destilación primaria. En su interior, estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididas en numerosos compartimentos. El crudo llega a estas torres después de pasar por un horno, donde se convierte en vapor.

Esos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden entre las bandejas. A medida que suben, pierden calor y se enfrían. Cuando cada componente vaporizado encuentra su propia temperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, a la cual están conectados ciertos ductos por los que se recogen las distintas corrientes que se separaron en esta etapa.

Al fondo de la torre cae el crudo reducido, es decir, aquel que no alcanzó a evaporarse en esta primera etapa.

La Unidad de Craqueo Catalítico o Cracking recibe gasóleos y crudos reducidos para producir fundamentalmente gasolina y gas propano. La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno.

Por otro lado está lo que se denomina proceso de craqueo térmico que se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación. En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina producida a partir de un barril de crudo.

En el estado de la técnica es también conocido otros dos procesos básicos tradicionales que aumentan adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo: la aniquilación y el craqueo catalítico.

La fabricación de estos productos ha dado origen a la enorme industria petroquímica, que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes y materias primas para fabricar medicinas, nylon, plásticos, pinturas, poliéster es, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes.

Los procesos anteriores tienen el inconveniente de utilizar el petróleo como materia prima, ya que es un bien escaso, caro y contaminante.

Como alternativa al uso de petróleo surgieron los biocombustibles caracterizados por ser neutrales en emisiones de carbono. La quema de biocombustibles simplemente devuelve a la atmósfera el dióxido de carbono que las plantas absorbieron cuando estaban creciendo en el campo.

La dificultad es que sencillamente no hay suficiente tierra arable en la cual cultivar todos los cultivos de biocombustible necesarios para satisfacer el voraz apetito de los países industrializados.

Como antecedentes concretos que preceden a esta invención se encuentra la Patente con número de publicación ES2174500 relativa a un Procedimiento de producción de hidrocarburos líquidos.

Esta invención se refiere a un procedimiento para producir hidrocarburos normalmente líquidos a partir de un material de alimentación hidrocarbonáceo que comprende cinco etapas, siendo un procedimiento integrado y que parte de gas natural o gas asociado en localizaciones remotas así como en plataformas de altamar.

La patente de invención con número de publicación WO0138456 es relativa a un método para producir combustibles renovables a partir de materia prima renovable o biomasa. Se basa en la oxidación parcial de dicha materia prima a elevada temperatura.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de hidrocarburos líquidos. La materia prima de la que se parte es biomasa, residuos sólidos urbanos, materiales recogidos para el reciclado, residuos de vehículos, hospitalarios, residuos de petroquímicas, textiles, residuos cárnicos, grasas de animales, cueros y excrementos, además de otros.

En un primer aspecto de la invención el procedimiento comprende al menos las siguientes etapas:

Una etapa físico mecánica en la cual se produce la ruptura de la materia prima hasta llegar a la ruptura de los enlaces moleculares, y

Una etapa química, de neutralización de las reacciones no deseadas con zeolitas y elementos alcalinos o alcalinotérreos.

En la etapa físico mecánica la ruptura de la materia prima se realiza mediante tierras o arcillas, que contengan aluminio y sílice, cloruros de aluminio y preferentemente mediante zeolitas sintéticas. Deben de estar en polvo. Estos materiales nos permiten controlar la temperatura durante el proceso, pues la principal función es causar rozamiento con las moléculas de la materia prima mediante fricción. Este proceso exotérmico hace aumentar la temperatura de los materiales.

La ruptura se realiza mediante trituración, cizallamiento, rozamiento o fricción de la materia prima.

En la etapa química las zeolitas son preferentemente zeolitas con base de sodio o calcio y los elementos alcalinos o alcalinotérreos son preferentemente sodio, calcio, potasio o magnesio.

Cuando en la presente invención se menciona en la etapa química el término "reacciones no deseadas" se refiere a que en la primera etapa físico mecánica la materia prima que, químicamente se define como cadenas hidrocarbonadas que por sus diferentes orígenes pueden tener átomos o moléculas inorgánicas asociadas, éstas se rompen a nivel de enlaces moleculares, desprendiéndose halógenos, cloruros, floruros. Otros elementos que se puedan desprender al romperse los enlaces moleculares como mercurio, cromo, metales pesados que se presentaran en forma fónica. También se pueden desprender átomos de oxígeno, estos se unirán a un carbono para formar CO2.

Estos compuestos se trataran con los elementos alcalinos y alcalinotérreos o con otras sustancias fónicas. También se producirá la ruptura de las cadenas de carbono.

En un segundo aspecto de la invención la materia prima puede requerir una etapa previa de acondicionamiento.

Si la misma contiene agua en suspensión se procederá mediante intercambiadores de calor a elevar su temperatura perdiendo toda el agua.

La materia prima viscosa que sea portadora de humedad será tratada como se ha descrito anteriormente. Mientras que la materia prima de alta viscosidad sin agua también deberá ser tratada a una temperatura inferior para disminuir así su viscosidad y aumentar su fluidez con lo cual se logra una mejora en la introducción de la misma en el sistema principal.

A la materia prima sólida sin humedad se le aplicará un proceso previo de trituración hasta reducirla a un tamaño de al menos de 3 mm.

A la materia prima sólida con humedad se realizará un tratamiento previo de trituración hasta al menos 3 mm de sección unido a un procedimiento de secado. Este proceso de secado estándar en el mercado dejará una humedad en la materia prima de entre 10% y 15%. A continuación se incorpora al proceso en forma normal. También se deberá realizar tratamiento previo de aquellas materias que contengan agua en forma cristalina.

Una vez finalizada la preparación de la materia prima en el acondicionamiento, se pasa al proceso principal de la invención.

Respecto a las instalaciones que requiere este proceso, sus componentes son fáciles de fabricar, sólo es necesario una caldera de acero inoxidable, turbinas, motores y demás elementos. El tamaño y producción de las mismas puede ser muy variado, desde unos litros a miles de litros por hora. La forma física de las instalaciones puede ser muy variada.

Una vez descrita la invención, cabe resaltar las ventajas de que este procedimiento de obtención de hidrocarburos líquidos presenta, sobre todo respecto al procedimiento de destilación de petróleo.

En primer lugar presenta la ventaja de poder hacer uso de los recursos naturales, utilizando materia prima como la biomasa y residuos. Esto conlleva un menor grado de contaminación que si partiéramos de petróleo ya que el proceso no incrementa la producción de dióxido de carbono, y en el caso de uso de biomasa, se producen kilogramos de dióxido de carbono negativos.

Adicionalmente, los rendimientos obtenidos son altos, las materias primas usadas se encuentran en gran cantidad de países y los reactivos químicos son abundantes en la naturaleza.

Las instalaciones se pueden construir en todos los países, ya que solo se necesita una caldera de acero inoxidable y turbinas.

La utilización del proceso descrito en la invención ayuda a la eliminación de vertederos. Éstos constituyen los principales focos de contaminación de aguas subterráneas y de vertido de metano a la atmósfera.

Realización preferente de la invención

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos.

Como ejemplo preferente se detalla el proceso de obtención de hidrocarburos líquidos a partir de biomasa como materia prima.

Para comenzar el proceso de nuestra invención se acondiciona la materia prima, en este caso biomasa, que contiene agua en suspensión.

Al tratarse de materia prima sólida, se realiza un tratamiento previo de trituración hasta los 3 mm de sección. A continuación, se procede al proceso de secado mediante aplicación de una temperatura de 240ºC en un intercambiador de calor.

Este proceso de secado estándar en el mercado deja una humedad en la materia prima de entre 10% y 15.

A continuación se incorpora al proceso en forma normal.

Una vez finalizada la preparación de la materia prima en el acondicionamiento, se pasa al proceso principal de la invención.

Inicialmente se llena una cámara principal y un circuito de turbinas con aceite formado por hidrocarburos saturados líquidos, que son el agente conductor de la materia prima y los reactivos. A continuación se ponen las turbinas en funcionamiento hasta alcanzar una temperatura de 370ºC. La turbina es de doble cámara y es auto aspirantes. De esta manera, las condiciones son las adecuadas para recibir la materia prima, biomasa con los reactivos, en este caso preferente es zeolita en polvo fino.

La zeolita permite controlar la temperatura durante el proceso, ya que la principal función es causar rozamiento con las moléculas de la materia prima mediante fricción en el interior de la turbina. Al ser exotérmico, hace aumentar la temperatura de los materiales.

El flujo que fluye hacia la turbina está compuesto por aceite y materia prima, que al entrar en ésta, sufre un fuerte cizallamiento que provoca una disminución de sus dimensiones, hasta alcanzar dimensiones de 20 micras, similares a la de un coloide, y al existir un rozamiento entre las moléculas de la biomasa con la zeolita, sumado a la acción mecánica de la turbina se genera calor, aumentando la temperatura del flujo, llegando ésta, durante el proceso, a fluctuar entre los 270 y los 400ºC.

Siempre se procura que la temperatura del proceso no sea superior a los 400ºC pues se podría dañar mecánicamente la turbina, químicamente tampoco puede ser superior a los 400ºC para evitar que de lugar a un proceso de carbonización y formación de alquitranes.

A la salida de la turbina los hidrocarburos ligeros salen en forma de vapor y los más pesados en forma líquida (aceite).

Las salidas son cuatro, tres de estas situadas a la salida del condensador, una del hidrocarburo, otra para el agua y la tercera para los gases. La cuarta se encuentra en el fondo de la cámara principal para los residuos sólidos.

Los hidrocarburos que han salido en forma de vapor son absorbidos por la presión negativa a la torre de destilación, mientras que los que están en forma líquida se precipitan en la cámara principal.

En la torre de destilación, los vapores de los hidrocarburos fluyen por dentro de los aceites condensados en sus diferentes secciones, y los que tienen la densidad que hemos dispuesto según la torre de destilación, salen de la misma por la parte superior. Las moléculas más pesadas vuelven a la cámara principal para sufrir nuevamente el proceso.

Las moléculas de vapor de agua y aceite superan el proceso de la torre de destilación saliendo en forma de vapor por la parte superior, después pasan por un intercambiador de calor cuyo flujo viene alimentado por la bomba de vacío que se encuentra en la salida del mismo, en su interior los vapores se condensan y pasan por un separador en el que se decanta el agua de los hidrocarburos. Estos hidrocarburos representan el final del proceso.

Existe un purgador de gases para la salida de CO2 que proviene de los oxígenos moleculares de la materia prima, generalmente la cantidad que se emite es baja, en el caso de materia prima en forma de glicerinas y alcoholes sí se producirán en abundancia.

Los residuos sólidos que quedan al finalizar el proceso se precipitan en el fondo de la cámara principal que tiene forma de tolva y son extraídos a través de un tubo y una válvula de paso que se abre cuando estos llegan a un determinado nivel en la tolva.

Estos restos sólidos están impregnados de hidrocarburos líquidos por los que son pasados por un intercambiador de calor o resistencia eléctrica para evaporar estos hidrocarburos y se devuelven a la parte superior de la cámara principal. Estos sólidos son generalmente, restos inorgánicos que llevaba la materia prima, los productos de las reacciones químicas y restos de reactivos.

Los hidrocarburos obtenidos en el proceso pueden salir algo turbios. Por esto dispondremos de una torre de destilación independiente del proceso principal, en la cual se realiza una segunda destilación, donde los residuos de este proceso son devueltos a la cámara principal. El agua que se recoge en el condensador se hace pasar por un sistema de filtros para decantar los hidrocarburos que han sido arrastrados por la misma, estos también son devueltos a la cámara principal. Acto seguido, este agua es destilada.

Al final del proceso principal, se puede recuperar parte de las zeolitas que hayan precipitado o que sean arrastradas por los inorgánicos.

Si se parte de la materia prima lignina se genera gran cantidad de carbón cocke, por lo que se procederá a la recuperación del mismo decantándolo del resto de los residuos.

En el caso de que la materia prima fuera cáscara y paja de arroz, se recuperaría la sílice que contiene. En el caso de que por ejemplo la materia prima sea los fangos de papelera recuperaríamos la sílice, la alumina y el carbón.

Para tener el proceso controlado se dispone de varios elementos para poder medir el funcionamiento. Un medidor de pH, que indica si hace falta más cantidad de alguno de los reactivos, ya que dependiendo del desplazamiento en la escala de pH, se conoce la proporción a añadir. Este se encuentra a la salida de la turbina.

Medidores del volumen, que dividiéndolos según sectores del proceso son aquellos que se encargan de medir la materia prima suministrada, los que miden la entrada de reactivos y se encargan de la salida del gasoil u otros.

Sondas de nivel, útiles para medir el nivel de los compartimentos. Una se sitúa en la parte superior de la cámara principal que mide el nivel de aceites y otra en la tolva del compartimiento inferior que mide el nivel de sólidos. Además, una sonda de medición de la viscosidad a la entrada de la turbina.

Por último, se sitúan unos medidores de temperatura que se encuentran a la entrada y salida de la turbina, otro en la parte inferior de la cámara principal; en la salida de la torre de destilación; en la salida del condensador; y otras dos que medirán la temperatura de entrada y salida el fluido refrigerante del condensador.

Hay materias primas como la lignina de la madera que contiene significativamente más átomos de carbono que moléculas de hidrógeno, por lo que genera una gran cantidad de carbón de cocke. Porque se procederá a la recuperación de este decantándolo del resto de los residuos sólidos.

En el caso de que la materia prima fuera cáscara y paja de arroz, se recuperaría la sílice que contiene. En el caso de los fangos de papelera recuperaríamos la sílice, la alumina y el carbón. El petróleo con mucho azufre, no útil para las destilerías convencionales, obtendría una gran cantidad de azufre. Y así otros muchos.

Para realizar estas separaciones, existen multitud de tecnologías, se utilizarán las más convenientes a cada caso.

No alteran la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para proceder a su reproducción por un experto.




Reivindicaciones:

1. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas.

Una etapa físico mecánica en la cual se produce la ruptura de la materia prima hasta llegar a la ruptura de los enlaces moleculares, y

Una etapa química, de neutralización de las reacciones no deseadas con zeolitas y elementos alcalinos o alcalinotérreos.

2. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos a partir de la rotura de moléculas de carbono e hidrógeno, según reivindicación 1, caracterizado porque la materia prima puede ser biomasa, desechos hospitalarios, residuos sólidos urbanos, residuos sólidos urbanos, residuos hospitalarios, residuos de vehículos, petroquímicos, textiles y cárnicos.

3. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1, caracterizado porque en la fase físico/mecánica la ruptura de la materia prima se realiza mediante tierras o arcillas, que contengan aluminio y sílice, cloruros de aluminio y/o zeolitas sintéticas.

4. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la ruptura de la materia prima se realiza mediante trituración, cizallamiento, rozamiento o fricción.

5. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1, caracterizado porque en la fase química las zeolitas son zeolitas con base de sodio o calcio y los elementos alcalinos o alcalinotérreos son sodio, calcio,potasio o magnesio.

6. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1, caracterizado porque el proceso requiere un previo acondicionamiento de la materia prima que comprende la eliminación de agua en suspensión mediante intercambiadores de calor.

7. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1ª, caracterizado porque a la materia prima sólida se le aplica un proceso previo de trituración hasta reducirla a un tamaño de al menos 3 mm.

8. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos, según reivindicación 1, caracterizado porque los hidrocarburos finales que presentan turbidez se someten a un tratamiento adicional en una torre de destilación independiente del proceso anterior.

9. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos según reivindicación 1, caracterizado porque en la fase físico/mecánica la temperatura fluctúa entre 270 y 400ºC.

10. Proceso para la obtención de hidrocarburos líquidos según reivindicación 1ª caracterizado porque las etapas físico/mecánica y química se llevan a cabo en una turbina autoaspirante con aceite formado por hidrocarburos saturados líquidos que es el agente conductor de la materia prima y de los reactivos.


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