Tratamiento térmico.

Un proceso para la pirólisis de lignina que comprende las etapas de:

(a) introducción de lignina en una cámara de reacción; y

(b) realización de la pirólisis sobre la lignina en la cámara de reacción,

caracterizado por que la lignina se suspende en un componente líquido para formar una pasta.

Tratamiento térmico Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a un tratamiento térmico, tal como el tratamiento térmico de lignina, y a un aparato para el tratamiento térmico, por ejemplo, de la lignina. En particular, se refiere a la pirólisis de lignina.

Técnica relacionada

La lignina es un componente de las paredes celulares de las plantas. Proporciona refuerzo de apoyo a los árboles, y contribuye a permitir que las plantas conduzcan el agua de forma eficaz.

La lignina está disponible como subproducto de procesos industriales que incluyen la fabricación de pulpa y de papel. En estos procesos, la lignina se puede extraer a partir de material vegetal tal como madera, y de esta forma se puede producir como subproducto.

El procesamiento de la lignina es de interés particular debido a que puede dar lugar a la producción de productos útiles y valiosos, tales como compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos incluyen aquellos que tienen el resto Ph-O-, en el que el grupo fenilo puede estar sustituido adicionalmente. Ejemplos incluyen fenol, catecol, guayacol, siringol y vainillina. Otros productos de procesamiento de la lignina incluyen productos hidrocarbonados aromáticos, por ejemplo, benceno, tolueno y naftaleno.

Los compuestos fenólicos producidos a partir del procesamiento de la lignina pueden ser útiles tal y como están, o como materiales de partida en la síntesis química de otros productos.

El procesamiento de la lignina en compuestos fenólicos se ha acometido desde el comienzo de la industria moderna del papel y la pulpa debido a su naturaleza aromática (1). En los últimos años, con el incremento en la producción de etanol celulósico y el uso de procesos de fabricación de pulpa por "organosolv", el procesamiento de la lignina se ha vuelto más urgente y desafiante. Esto es debido a que la lignina producida en estos dos procesos no se puede quemar para conseguir energía de procesamiento y para reciclar los agentes de fabricación de la pulpa. En el proceso de fabricación de pulpa de Kraft, en contraste, el subproducto lignina se puede reciclar y usar en el proceso (2, 3).

La lignina se puede procesar por pirólisis con el fin de producir, entre otros productos, compuestos fenólicos. La pirólisis es la descomposición térmica de una sustancia (por ejemplo, biomasa, o lignina) en ausencia sustancial del oxígeno (21).

La velocidad y grado de descomposición de la sustancia sometida a pirólisis depende de los parámetros de procesamiento de la pirólisis, por ejemplo, la velocidad de calentamiento de la sustancia, el modo de calentamiento de la sustancia, y el tiempo de residencia de los productos. A su vez, estos parámetros de procesamiento también pueden tener un efecto sobre el posterior comportamiento del producto, por ejemplo, mediante reacciones secundarias tales como reacciones de craqueo (de los productos del peso molecular más elevado) o de condensación (de los productos de peso molecular más bajo).

La pirólisis se puede realizar usando velocidades de calentamiento rápidas y tiempos de residencia cortos en vapor caliente. Dichos procesos de pirólisis "rápidos" han sido revisados por Bridgwatery col., (1, 22), que se centra en la pirólisis de biomasa. Por ejemplo, la pirólisis rápida pueden emplear temperaturas de reacción de 5 2C aproximadamente y tiempos de residencia en vapor caliente inferiores a 1 segundo aproximadamente.

En general, la pirólisis es un proceso relativamente simple, que se puede realizar a presión atmosférica. No obstante, la pirólisis de lignina (por ejemplo, lignina derivada de material vegetal como madera) no ha sido sencilla. Esto se debe al menos en parte al bajo intervalo de puntos de fusión de la lignina (8-2 2C), y al hecho de que la lignina, y en particular la lignina fundida, es muy adhesiva. En consecuencia, tiende a fundirse antes de entrar en una cámara de reacción de pirólisis, que normalmente está por encima de 5 2C aproximadamente, lo que da lugar al bloqueo del sistema de alimentación. Además, la lignina tiende a provocar carbonización y otros sólidos presentes en la cámara de reacción tienden a aglomerarse. Esto puede dar lugar a la formación de depósitos sólidos, por ejemplo, en el sistema de alimentación y en las paredes de la cámara de reacción. Esto puede bloquear el reactor y hacer que deje de funcionar correctamente.

En el caso de un reactor de pirólisis de lecho fluidizado, la pirólisis de la lignina fundida tiende a producir un aglomerado carbonizado con las partículas sólidas (por ejemplo, arena) del lecho fluidizado, que forma trozos grandes, que da lugar a la desfluidización del lecho.

Estos problemas han limitado significativamente el éxito de la pirólisis de lignina presentada. Algunos artículos informan del éxito de experimentos a pequeña escala con un tamaño de muestra del orden de miligramos (4, 5 y 6).

Hay algunos informes de pirólisis a escala de laboratorio. En la década de 198, Kaminsky y col. (7), estudiaron la pirólisis rápida de lignina de etanol y lignina de Kraft usando un reactor de lecho fluido. El uso de alimentadores de tornillo no tuvo éxito debido al bloqueo del extremo del tornillo. En última instancia comprimieron la lignina en gránulos con la adición de ácido esteárico al 3 % y polivinilpirrolidona al 2 % e introdujeron los gránulos de forma discontinua desde la parte superior del reactor mediante dos válvulas de bloqueo de aire en serie. No obstante, la alimentación máxima únicamente fue de 3-4 g debido a la desfluidización provocada por la aglomeración de arena carbonizada.

La pirólisis a escala de laboratorio del reactor de lecho fluido de lignina se ha realizado en la Universidad de Aston (RU) (8) y en el CEH (Holanda) (9). El trabajo en Aston permitió solamente unos pocos gramos de alimentación. El CEH sometió a ensayo dos tipos de métodos de alimentación a un reactor de lecho fluido. Uno fue discontinuo, en el que se introdujeron 5 g de lignina Alcell en el reactor. El reactor se desfluidizó inmediatamente. EL CEH también diseñó un nuevo tipo de alimentador de tornillo con un sistema de refrigeración en el centro del tornillo. Se consiguió un funcionamiento continuo durante dos horas a 4 2C. Esta es una temperatura bastante baja para la pirólisis de lignina. No han informado de los resultados a temperaturas superiores. Probablemente, el alimentador de tornillo no trabajaba bien a altas temperaturas debido al efecto de reducción del sistema de refrigeración a estas temperaturas superiores.

El documento WO 21/45576 desvela la pirólisis de un producto de lignina esencialmente puro para dar aditivos de combustibles.

El documento WO 95/822 desvela la pirólisis de residuos de un proceso de producción de celulosa que incluye licor negro.

Sumario de la invención

Los presentes inventores han ideado la presente invención con el fin de abordar uno o más de los problemas anteriores.

Los presentes inventores han comprobado que al proporcionar lignina en un reactor de pirólisis en forma de pasta se pueden reducir los problemas descritos anteriormente, asociados al bajo punto de fusión y a la adhesividad de la lignina.

Por consiguiente, en un primer aspecto la presente invención proporciona un proceso para la pirólisis de lignina que comprende las etapas de:

(a) introducción de lignina en una cámara de reacción; y

(b) realización de la pirólisis sobre la pasta en la cámara de reacción,

caracterizado por que la lignina está suspendida en un componente líquido para formar una pasta.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un aparato para la pirólisis de lignina, que comprende una cámara de reacción de pirólisis; y

un montaje de alimentación adaptado para suministrar una pasta que comprende lignina suspendida en un componente líquido en la cámara de reacción.

El aparato puede comprender un suministro de pasta.

La pasta es una mezcla de lignina suspendida en un componente líquido. Los presentes inventores han comprobado que la lignina es capaz de formar una pasta estable, cuando se mezcla con un componente líquido, sin separación de fases después de varios días de reposo.

La lignina puede ser la fase interna de la suspensión, y el líquido puede ser la fase externa de la suspensión.

Se puede preferir que una parte de la lignina esté disuelta en el líquido, y una parte de la lignina esté suspendida en el líquido. Por ejemplo, se pueden disolver fracciones de lignina de peso molecular más bajo, y se pueden suspender fracciones de lignina de peso molecular más elevado. Se cree que al disolver una parte de la lignina... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la pirólisis de lignina que comprende las etapas de:

(a) introducción de lignina en una cámara de reacción; y

(b) realización de la pirólisis sobre la lignina en la cámara de reacción,

caracterizado por que la lignina se suspende en un componente líquido para formar una pasta.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en el que una parte de la lignina se disuelve en el componente líquido y una parte de la lignina se suspende en el componente líquido.

3. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que la relación ponderal de lignina al componente líquido es de 1:5 a 1:1.

4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente líquido es un disolvente polar.

5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente líquido es un alcohol.

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el componente líquido es metanol.

7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el componente líquido es un compuesto no polar.

8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura dentro de la cámara de reacción es de al menos de 3 2C cuando la pasta de lignina se introduce en la cámara.

9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las indicaciones anteriores, que comprende la introducción de la pasta de lignina en la cámara de reacción en una posición hacia o en la base de la cámara de reacción.

1. Aparato para la pirólisis de lignina que comprende una cámara de reacción de pirólisis (2); y

un montaje de alimentación (7) adaptado para suministrar a la cámara de reacción (2) una pasta que comprende lignina suspendida en un componente líquido.

11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un suministro de pasta de lignina.

12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 11, en el que el montaje de alimentación está provisto de un sistema de refrigeración (9).

13. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el montaje de alimentación (7) está dispuesto para suministrar pasta de lignina a la cámara de reacción (2) en una posición hacia o en la base de la cámara de reacción (2).

14. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 que comprende adicionalmente un agitador (11) dispuesto para proporcionar agitación en el interior de la cámara de reacción (2).

15. Un proceso o un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara de reacción (2) es una cámara de reacción de lecho fluidizado, una cámara de reacción de lecho fijo o un recipiente calentado.