Tratamiento térmico de biomasa.

Un proceso de pirólisis de biomasa que incluye las etapas:

transportar, mediante un primer medio de transporte

(12, 70), carga de biomasa alimentada y medio de transferencia de calor a partir de un puerto de entrada de la carga de biomasa alimentada (22, 64) y un puerto de entrada del medio de transferencia de calor a través de una zona de pirólisis de un aparato de pirólisis de biomasa (10, 50) para producir al menos productos de pirólisis de la biomasa sólidos y gaseosos; y transportar, mediante un segundo medio de transporte (18, 80), al menos una porción de los productos sólidos desde una salida (90) de la zona de pirólisis de vuelta al puerto de entrada del medio de transferencia de calor. caracterizado porque:

el aparato de pirólisis de biomasa es un horno de tornillo/broca;

el primer medio de transporte es un tornillo/broca.

el segundo medio de transporte es un tornillo/broca, el segundo medio de transporte (18) transporta al menos una porción de los productos sólidos a través del horno de tornillo/broca y está dispuesto en contacto térmico con el primer medio de transporte (12) en la zona de pirólisis dentro del horno de tornillo/broca; y

el primero y el segundo medios de transporte (12, 70, 18, 80) se localizan unos con respecto de otros de un modo tal que uno de ellos rodea al menos una parte del otro o se localizan adyacentes uno con otro.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2009/001225.

Solicitante: ASTON UNIVERSITY.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: ASTON TRIANGLE BIRMINGHAM B4 7ET REINO UNIDO.

Inventor/es: HORNUNG, ANDREAS, APFELBACHER,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS... > DESTILACION DESTRUCTIVA DE MATERIAS CARBONOSAS PARA... > Destilación destructiva, especialmente adaptada... > C10B53/02 (de materias que contienen celulosa (producción del ácido piroleñoso C10C 5/00))

PDF original: ES-2461895_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Tratamiento térmico de biomasa

Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere al tratamiento térmico de biomasa. Tiene una aplicación particular, aunque no exclusiva, en los reformadores de la pirólisis de la biomasa para la producción de combustibles sólidos y gaseosos renovables a partir de biomasa.

Técnica anterior

La pirólisis de la biomasa es la descomposición térmica de la biomasa (p. ej., material vegetal tal como madera y corteza de madera) sustancialmente en ausencia de oxígeno. Normalmente, la biomasa es una mezcla de hemicelulosa, celulosa, lignina y cantidades pequeñas de otras sustancias orgánicas. Estos componentes normalmente pirolizan o se degradan a velocidades diferentes y mediante diferentes mecanismos y vías.

Un ejemplo tradicional de pirólisis de biomasa es la producción de carbón, en la que el producto principal de la pirólisis son residuos carbonosos. Técnicas de pirólisis de la biomasa alternativas proporcionan un producto que, después de enfriar, incluye una sustancial proporción de líquido. Este líquido normalmente es un líquido marrón oscuro que tiene un valor de calentamiento que es aproximadamente la mitad del valor de calentamiento del petróleo convencional. Normalmente, el líquido se denomina biocombustible. En algunas circunstancias, es el

biocombustibles que es el producto más valioso de la reacción de pirólisis, ya que el biocombustible puede almacenarse fácilmente para su uso posterior, por ejemplo para la generación de calor y/o electricidad. No obstante, en otras circunstancias, los productos gaseosos pueden ser más útiles, por ejemplo en localizaciones rurales para aplicaciones combinadas de calor y potencia (CHP) en las que el has se puede usar para producir electricidad.

La velocidad y el grado de la descomposición de los componentes de la biomasa dependen de los parámetros del proceso del reactor de pirólisis. A su vez, estos parámetros del proceso también pueden tener un efecto sobre el posterior comportamiento del producto, por ejemplo mediante reacciones secundarias tales como agrietamiento (de productos de masa molecular superior) o reacciones de condensación (de productos de masa molecular inferior) .

Con el fin de producir una proporción alta de fase gaseosa mediante un procedimiento de pirólisis, es habitual llevar a cabo un procedimiento de pirólisis de tipo gasificación. En este procedimiento de gasificación, es normal calentar la biomasa sólida a 300-600 °C para conseguir la pirólisis de la biomasa cuyos subproductos son CHAR sólido, compuestos orgánicos condensables (incluido alquitrán) , agua y gases. Después en el procedimiento, las reacciones se estimulan anteriormente por encima de aproximadamente 700 °C (normalmente a aproximadamente 800°C) para disminuir la concentración del líquido (vapor) para producir productos de fase gaseosa adicionales y también para gasificar alfo del CHAR mediante interacciones gas-sólido y gas-gas. Existen varios tipos de reactor gasificador diferentes caracterizados. Véase, por ejemplo, A. V. Bridgwater ("Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass" Chemical Engineering Journal Volumen 91, Números 2-3, 15 March 2003, páginas 87-102) , cuya divulgación recapitula brevemente las características de los siguientes tipos de reactor gasificador: de lecho fijo 45 de corriente descendente, de lecho fijo de corriente ascendente, de lecho fluido burbujeante, de lecho fluido circulante, de flujo arrastrado, de lecho fluido doble, horno de tornillo/broca, horno rotatorio, ciclónico y vórtex

En cada uno de los tipos de reactores gasificadores indicados anteriormente es necesario proporcionar un medio d transferencia de calor con el fin de conseguir un calentamiento rápido y eficaz de la biomasa alimentada y los productos de la pirólisis para estimular la gasificación. Normalmente, como medio de transferencia de calor se usan partículas tales como arena.

El documento WO 02/50484 divulga un aparato para el tratamiento térmico de material. Principalmente está destinado para reciclar el material residual electrónico, pero también se puede usar para el tratamiento térmico de la 55 biomasa. El documento WO 02/50484 divulga un horno de tornillo en el que se proporcionan partículas conductoras térmicas en la carga alimentada. Estas partículas son esferas de metal, cerámica o SiC. Principalmente tienen la función de limpieza de la superficie interior del horno de tornillo. En la salida del horno, las partículas conductoras térmicas se pueden reutilizar reconduciéndolas a la entrada del horno a lo largo de un eje hueco del horno.

El documento US 4153514 describe un procedimiento para la pirólisis de sólidos residuales triturados en el que los residuos se mezclan con residuos carbonosos calientes que se reciclan desde un vaso reactor de pirólisis.

Sumario de la invención 65 Los presentes inventores se han dado cuenta que se pueden obtener ventajas concretas usando una elevada proporción de residuos carbonosos en el proceso de pirólisis.

De acuerdo con lo anterior, han ideado un el proceso de pirólisis de biomasa en el que la carga de biomasa alimentada se mezcla con un vehículo de calor, comprendiendo el vehículo de calor, al menos en parte, residuos carbonosos, siendo la proporción en peso entre la biomasa y los residuos carbonosos de 1:1 a 1:20.

Los presentes inventores consideran que el uso de proporciones elevadas entre los residuos carbonosos y la biomasa estimula la formación de gas de síntesis (syngas, una mezcla de CO y H2) y la formación de sustancias orgánicas inferiores. En general, se considera que el uso de proporciones elevadas de residuos carbonosos reduce la proporción en fase de vapor (líquido) de los productos de pirólisis. Sorprendentemente, esto es ventajoso en algunas circunstancias, tales como en aplicaciones combinadas de calor y potencia (CHP) .

Preferentemente, el proceso es uno continuo (o casi continuo) y la proporción en peso entre la biomasa y los residuos carbonosos es la proporción en equilibrio de estos componentes durante el proceso.

El límite superior de la proporción en peso entre la biomasa y los residuos carbonosos pueden ser, más 15 preferentemente, 1:1, 5 o inferior o, todavía más preferentemente, de 1:2 o inferior.

El límite inferior de la proporción en peso entre la biomasa y los residuos carbonosos puede ser, más preferentemente, 1:1, 5 o más, o, todavía más preferentemente, de 1:10 o más o 1:5 o más.

Preferentemente, el proceso usa un reactor de pirólisis en el que los componentes de la carga de alimentación sólida se transportan a lo largo del reactor. El reactor de pirólisis es un horno de tornillo/broca.

Como alternativa, el proceso puede usar un reactor de pirólisis en el que un lecho de biomasa y el vehículo de calor se mezclan pero no se transportan durante la reacción de pirólisis.

Preferentemente, el proceso funciona a una temperatura de 600 ºC o menor. Esta es significativamente menor que las temperaturas de gasificación típicas (normalmente de aproximadamente 800 ºC) e, incluso, los productos en fase de gas del proceso son, preferentemente, comparables a los productos en fase de gas de la gasificación.

Con el fin de proporcionar una proporción elevada de residuos carbonosos respecto a la biomasa en el proceso, se prefiere reciclar al menos parte de los residuos carbonosos que se producen en el propio proceso de pirólisis. Un beneficio de esto es que los residuos carbonosos pueden permanecer calientes desde su formación mediante el proceso de la biomasa y, por tanto, pueden realizar una contribución significativa a la transferencia de calor a la nueva biomasa para... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso de pirólisis de biomasa que incluye las etapas:

transportar, mediante un primer medio de transporte (12, 70) , carga de biomasa alimentada y medio de transferencia de calor a partir de un puerto de entrada de la carga de biomasa alimentada (22, 64) y un puerto de entrada del medio de transferencia de calor a través de una zona de pirólisis de un aparato de pirólisis de biomasa (10, 50) para producir al menos productos de pirólisis de la biomasa sólidos y gaseosos; y transportar, mediante un segundo medio de transporte (18, 80) , al menos una porción de los productos sólidos desde una salida (90) de la zona de pirólisis de vuelta al puerto de entrada del medio de transferencia de calor.

caracterizado porque:

el aparato de pirólisis de biomasa es un horno de tornillo/broca; el primer medio de transporte es un tornillo/broca.

el segundo medio de transporte es un tornillo/broca, el segundo medio de transporte (18) transporta al menos una porción de los productos sólidos a través del horno de tornillo/broca y está dispuesto en contacto térmico con el primer medio de transporte (12) en la zona de pirólisis dentro del horno de tornillo/broca; y el primero y el segundo medios de transporte (12, 70, 18, 80) se localizan unos con respecto de otros de un modo tal que uno de ellos rodea al menos una parte del otro o se localizan adyacentes uno con otro.

2. Un proceso de pirólisis de biomasa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo medio de transporte (18, 80) está dispuesto anularmente alrededor del primer medio de transporte (12, 70) .

3. Un proceso de pirólisis de biomasa de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el medio de transferencia 25 de calor incluye bolas transportadoras de calor sólidas.

4. Un proceso de pirólisis de biomasa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos productos sólidos de la pirólisis incluyen residuos carbonosos y en el que el medio de transferencia de calor comprende al menos en parte residuos carbonosos.

5. Un proceso de pirólisis de biomasa de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la proporción en peso entre la biomasa y los residuos es de 1:1 a 1:20.

6. Un proceso de gasificación de la biomasa que incluye un proceso de pirólisis de biomasa de acuerdo con una

cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los productos de vapor y/o gaseosos del proceso de pirólisis de biomasa se proporcionan en una entrada de un proceso de gasificación de la biomasa.

7. Un proceso de gasificación de la biomasa de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el proceso de pirólisis se lleva a cabo a una presión por encima de la presión atmosférica de al menos 5 kPa.

8. Un aparato de pirólisis de biomasa (10, 50) que tiene:

un puerto de entrada de la carga alimentada de biomasa (22, 64) ; un puerto de entrada del medio de transferencia de calor;

un primer medio de transporte (12, 70) para transportar la carga alimentada de biomasa y el medio de transferencia de calor a través de una zona de pirólisis del aparato (10, 50) ; una salida (90) para productos sólidos de la pirólisis de biomasa; y un segundo medio de transporte (18, 80) , para transportar al menos una porción de los productos sólidos de la pirólisis de biomasa de vuelta al puerto de entrada del medio de transferencia de calor, de modo que el medio de transferencia de calor incluye dichos productos sólidos de la pirólisis de biomasa, caracterizado porque:

el aparato de pirólisis de biomasa es un horno de tornillo/broca; el primer medio de transporte es un tornillo/broca.

el segundo medio de transporte es un tornillo/broca, el segundo medio de transporte (18) se extiende a través del horno de tornillo/broca y está dispuesto en contacto térmico con el primer medio de transporte (12) en la zona de pirólisis dentro del horno de tornillo/broca; y el primero y el segundo medios de transporte (12, 70, 18, 80) se localizan con respecto uno de otros de modo que uno de ellos rodea al menos una parte del otro o de modo que estén adyacentes uno de otro.

9. Un aparato de pirólisis de biomasa de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el segundo medio de transporte (18, 80) está dispuesto anularmente alrededor del primer medio de transporte (12, 70) .

10. Un aparato de pirólisis de biomasa de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, que además tiene una entrada de

aire y/o agua (28) para introducir aire y/o agua en el segundo medio de transporte (18, 80) para la reacción con los residuos carbonosos transportados por el segundo medio de transporte (18, 80) .

11. Un aparato de pirólisis de biomasa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el medio de transferencia de calor incluye bolas transportadoras de calor sólidas.

12. Un aparato de gasificación de la biomasa que incluye un aparato de pirólisis de biomasa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que los productos de vapor y/o gaseosos de la pirólisis de biomasa se proporcionan en una entrada del aparato de gasificación de la biomasa.