Dispositivo y procedimiento para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono en un horno de pisos.
Dispositivo para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono (10)en un horno de pisos (1) con
a.
una zona de secado (2), que presenta un dispositivo de alimentación (11) para la alimentación de unacorriente de material que contiene carbono (10), una salida (14) para la evacuación de una corriente degas de secado (13) que contiene vapor de agua y una entrada (15) para reconducir al menos una partede la corriente de gas de secado,
b. una zona de torrefacción (3) para la desgasificación de la corriente de material secada 10 en la zona desecado (2), que presenta una salida (27) para la evacuación de una corriente de material torrefacta (10'),al menos una entrada (19, 20) para un gas de escape y una salida (18) para una corriente de gas detorrefacción (17),
c. un intercambiador de calor (4) para el calentamiento de la corriente de gas de secado (13), estandoconectada la salida (14) de la zona de secado mediante el intercambiador de calor con la entrada (15) dela zona de secado,
d. un grupo de combustión (5), estando conectada la salida (18) de la zona de torrefacción (3) medianteel grupo de combustión (5) y el intercambiador de calor (4) con la entrada (19, 20) de la zona detorrefacción (3),
e. quemándose una corriente de gas de torrefacción (17) evacuada mediante la salida (18) de la zona detorrefacción (3) en el grupo de combustión (5) y usándose el gas de escape que se produce durante esteproceso en el intercambiador de calor (4) para el calentamiento de la corriente de gas de secado (13) yalimentándose a la zona de torrefacción (3),
f. presentando la zona de secado (2) y la zona de torrefacción (3) dos circuitos de gas separados uno deotro.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/062131.
Solicitante: ThyssenKrupp Polysius AG.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: Graf-Galen-Strasse 17 59269 Beckum ALEMANIA.
Inventor/es: ERPELDING,RICHARD, LAMPE,KARL, DENKER,JÜRGEN, BEYER,CHRISTOPH.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C10B49/02 QUIMICA; METALURGIA. › C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA. › C10B DESTILACION DESTRUCTIVA DE MATERIAS CARBONOSAS PARA LA PRODUCCION DE GAS, COQUE, ALQUITRAN O MATERIAS SIMILARES (cracking de aceites C10G; gasificación subterránea de materias minerales E21B 43/295). › C10B 49/00 Destilación destructiva de materias carbonosas sólidas por calentamiento directo con agentes que son portadores de calor, incluyendo la combustión parcial de la materia sólida que va a ser tratada. › con gases o vapores calientes, p. ej. gases calientes obtenidos por combustión parcial de la carga.
- C10B53/02 C10B […] › C10B 53/00 Destilación destructiva, especialmente adaptada para materias primas sólidas particulares o en forma especial (carbonización de turba por vía húmeda C10F). › de materias que contienen celulosa (producción del ácido piroleñoso C10C 5/00).
- C10B7/02 C10B […] › C10B 7/00 Hornos de coque con medios de transporte mecánico para la alimentación de la materia prima. › con dispositivos de arrastre rotativos.
- C10L5/40 C10 […] › C10L COMBUSTIBLES NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES; GAS NATURAL; GAS NATURAL DE SINTESIS OBTENIDO POR PROCEDIMIENTOS NO PREVISTOS EN LAS SUBCLASES C10G O C10K; GAS DE PETROLEO LICUADO; USO DE ADITIVOS PARA COMBUSTIBLES O FUEGOS; GENERADORES DE FUEGO. › C10L 5/00 Combustibles sólidos (producidos por solidificación de combustibles fluidos C10L 7/00; briquetas C10F 7/06). › basadas esencialmente en materiales de origen no mineral.
- C10L9/08 C10L […] › C10L 9/00 Tratamiento de combustibles sólidos para mejorar su combustión. › por tratamientos térmicos, p. ej. calcinación.
- F26B17/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F26 SECADO. › F26B SECADO DE MATERIALES SOLIDOS O DE OBJETOS POR ELIMINACION DEL LIQUIDO QUE CONTIENEN (dispositivos de secado para cosechadoras-trilladoras A01D 41/133; rejillas para el secado de frutas o vegetales A01F 25/12; secado de productos alimenticios A23; secado de cabellos A45D 20/00; artículos para el secado del cuerpo A47K 10/00; secado de artículos domésticos A47L; secado de gases o vapores B01D; procedimientos físicos o químicos para la eliminación del agua o cualquier otra forma de separar los líquidos de los sólidos B01D 43/00; aparatos centrifugadores B04; secado de cerámica C04B 33/30; secado de hilos o tejidos textiles en combinación con cualquier otra forma de tratamiento D06C; soportes de secado para lavandería sin calefacción ni circulación de aire efectiva, secadores centrífugos domésticos o similares, escurrido o prensado en caliente de la colada D06F; hornos F27). › Máquinas o aparatos con movimiento progresivo para el secado de un material a granel, en estado plástico o en forma fluidificada, p. ej. gránulos, fibras cortadas (F26B 13/00 tiene prioridad).
- F26B23/02 F26B […] › F26B 23/00 Dispositivos de calentamiento (utilizando aire o gases calentados F26B 21/00). › utilizando un calentamiento por combustión (F26B 23/10 tiene prioridad).
- F27B9/18 F […] › F27 HORNOS; APARATOS DE DESTILACIÓN. › F27B HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION, EN GENERAL; APARATOS DE SINTERIZACION A CIELO ABIERTO O APARATOS SIMILARES (aparatos de combustión F23; calefacción eléctrica H05B). › F27B 9/00 Hornos en los cuales la carga se desplaza mecánicamente, p. ej. de tipo túnel (F27B 7/14 tiene prioridad ); Hornos similares en los cuales la carga se desplaza por gravedad. › bajo la acción de rastrillos o de empujadores.
PDF original: ES-2391886_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo y procedimiento para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono en un horno de pisos
La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono en un horno de pisos.
Por torrefacción se entiende el tratamiento térmico de biomasa bajo cubierta hermética a temperaturas relativamente bajas de 250º a 300ºC mediante descomposición pirolítica.
Por el documento US 4, 347, 156 se conoce un procedimiento para la reactivación de carbón activado en un horno de pisos, delante del cual está dispuesta una zona de secado. Del horno de pisos se deriva un corriente de gas y se alimenta a un postquemador para la combustión. El gas de escape que se genera durante este proceso se alimenta al secador, que puede hacerse funcionar como intercambiador de calor directo o indirecto.
El documento WO 2005/056723 A1 da a conocer otro dispositivo para la torrefacción. También allí, los gases extraídos de la etapa de torrefacción se reconducen al secador o se recirculan como gases calientes a la zona de torrefacción.
Además, se conoce por el documento EP 2 017 325 A2 un dispositivo para la descomposición de biomasa y para la generación de un gas de combustión, secándose la biomasa en una zona de secado y desgasificándose en una zona de torrefacción. Finalmente, se tritura el material así tratado y se alimenta a una etapa de pirólisis. Una parte de la corriente de gas de secado que contiene vapor de agua se evacua del secador y se calienta en un intercambiador de calor y se alimenta al menos en parte nuevamente al secador.
Por el documento EP 2 189 512 A1 se conocen un dispositivo, así como un procedimiento para el secado y la torrefacción de biomasa en un horno de pisos, comprendiendo la zona de secado una salida para la evacuación de una corriente de gas de secado que contiene vapor de agua y la zona de torrefacción una salida para una corriente de gas de torrefacción. Además, el calentamiento se realiza en el horno de pisos mediante gases calientes y los gases evacuados pueden alimentarse para su uso en un quemador.
El documento US 2010/0083530 A1 describe un procedimiento y una instalación para la torrefacción de material de celulosa en una atmósfera inerte. El material a tratar se alimenta a una cámara de proceso formada por varios pisos y se evacúa tras el tratamiento como material torrefacto. Un gas de escape que contiene vapor es evacuado de la cámara de proceso y se alimenta en parte pasando por un condensador a un quemador, cuyo gas de escape caliente se usa para el calentamiento de la parte restante del gas de escape que contiene vapor, antes de reconducirse la parte restante calentada del gas de escape que contiene vapor a la cámara de proceso.
La invención tiene el objetivo de configurar de forma más eficiente el dispositivo y el procedimiento para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono.
Según la invención, este objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones 1 y 7.
El dispositivo según la invención para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono en un horno de pisos está formado sustancialmente por una zona de secado, que presenta un dispositivo de alimentación para la alimentación de una corriente de material que contiene carbono, una salida para la evacuación de una corriente de gas de secado que contiene vapor de agua y una entrada para reconducir al menos una parte de la corriente de gas de secado., una zona de torrefacción para la desgasificación de la corriente de material secada en la zona de secado, que presenta una salida para la evacuación de una corriente de material torrefacta, al menos una entrada para gas de escape y una salida para una corriente de gas de torrefacción, un intercambiador de calor para el calentamiento de la corriente de gas de secado, estando conectada la salida de la zona de secado mediante el intercambiador de calor con la entrada de la zona de secado, un grupo de combustión, estando conectada la salida de la zona de torrefacción mediante el grupo de combustión y el intercambiador de calor con la entrada de la zona de torrefacción, quemándose una corriente de gas de torrefacción evacuada mediante la salida de la zona de torrefacción en el grupo de combustión y usándose el gas de escape que se forma durante este proceso en el intercambiador de calor para el calentamiento de la corriente de gas de secado y alimentándose a la zona de torrefacción, quemándose y calentándose la corriente de gas de torrefacción evacuada de la zona de torrefacción en el grupo de combustión y enfriándose el gas de escape que se produce durante este proceso en el intercambiador de calor a la temperatura de torrefacción y alimentándose a la zona de torrefacción , presentando la zona de secado y la zona de torrefacción dos circuitos de gas separados uno del otro.
En el procedimiento según la invención para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono en un horno de pisos, la biomasa se seca en una zona de secado mediante una corriente de gas
de secado y se somete a continuación a una torrefacción en una zona de torrefacción. Durante este proceso, se evacua una parte de la corriente de gas de secado que contiene vapor de agua de la zona de secado y se calienta en un intercambiador de calor y se reconduce al menos en parte nuevamente a la zona de secado. Además, se evacua una parte de la corriente de gas de torrefacción que se genera en la zona de torrefacción de la zona de torrefacción y se conduce a un grupo de combustión para la combustión, usándose el gas de escape que se produce durante este proceso para el calentamiento de la corriente de gas de secado en el intercambiador de calor e introduciéndose en la zona de torrefacción. Durante este proceso se calienta la corriente de gas de torrefacción evacuada de la zona de torrefacción y quemada en el grupo de combustión y se enfría el gas de escape que se produce durante este proceso en el intercambiador de calor a la temperatura de torrefacción necesaria y se alimentan a la zona de torrefacción. Además, la zona de secado y la zona de torrefacción se hacen funcionar con dos circuitos de gas separados uno de otro.
A diferencia de lo que se hace en los procedimientos conocidos por la práctica, no se introduce el gas de torrefacción, sino el gas de escape que se produce en la combustión del gas de torrefacción en un grupo de combustión en la zona de torrefacción. El gas de escape tiene, por lo tanto, una composición completamente distinta, sin componentes volátiles o condensables, por lo que se favorece la transferencia de material en la torrefacción. Gracias a la combustión de las sustancias volátiles que se producen durante la torrefacción, el gas de escape es enriquecido con vapor de CO2 y H2O antes de ser introducido en la zona de torrefacción. El vapor de CO2 y H2O son componentes de gas de radiación activa y favorecen la transferencia de calor en la zona de torrefacción y aumentan la eficiencia de la torrefacción.
Gracias a la separación de los dos circuitos de gas, puede aprovecharse la ventaja energética que resulta de la postcombustión de la corriente de gas de torrefacción y del uso del calor que se genera durante este proceso para el calentamiento de la corriente de gas de secado. Además, el secado es especialmente eficiente cuando la corriente de gas de secado no se mezcla con los gases de escape de la zona de torrefacción y de la postcombustión. Otro aumento puede conseguirse sobre todo cuando se recalienta la corriente de gas de secado que contiene vapor de agua en el intercambiador de calor. Además, puede estar previsto que la corriente de gas de secado se filtre en el circuito de gas.
Además, sólo se necesita un intercambiador de calor para las dos corrientes de gas introducidas en la zona de secado o la zona de torrefacción y las dos corrientes de gas que pasan por el intercambiador de calor se usan posteriormente en el horno de pisos. De este modo resulta un secado y una torrefacción especialmente eficientes de una corriente de material que contiene carbono.
En las reivindicaciones subordinadas se indican otras configuraciones de la invención.
Según una configuración preferible de la invención, la zona de secado y/o la zona de torrefacción están formadas... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Dispositivo para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono (10)
en un horno de pisos (1) con 5
a. una zona de secado (2) , que presenta un dispositivo de alimentación (11) para la alimentación de una corriente de material que contiene carbono (10) , una salida (14) para la evacuación de una corriente de gas de secado (13) que contiene vapor de agua y una entrada (15) para reconducir al menos una parte de la corriente de gas de secado,
b. una zona de torrefacción (3) para la desgasificación de la corriente de material secada en la zona de secado (2) , que presenta una salida (27) para la evacuación de una corriente de material torrefacta (10’) , al menos una entrada (19, 20) para un gas de escape y una salida (18) para una corriente de gas de torrefacción (17) ,
c. un intercambiador de calor (4) para el calentamiento de la corriente de gas de secado (13) , estando
conectada la salida (14) de la zona de secado mediante el intercambiador de calor con la entrada (15) de la zona de secado,
d. un grupo de combustión (5) , estando conectada la salida (18) de la zona de torrefacción (3) mediante el grupo de combustión (5) y el intercambiador de calor (4) con la entrada (19, 20) de la zona de torrefacción (3) ,
e. quemándose una corriente de gas de torrefacción (17) evacuada mediante la salida (18) de la zona de torrefacción (3) en el grupo de combustión (5) y usándose el gas de escape que se produce durante este proceso en el intercambiador de calor (4) para el calentamiento de la corriente de gas de secado (13) y alimentándose a la zona de torrefacción (3) ,
f. presentando la zona de secado (2) y la zona de torrefacción (3) dos circuitos de gas separados uno de 25 otro.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el intercambiador de calor presenta una primera entrada (4a) y una primera salida (4b) conectada con ésta, así como una segunda entrada (4c) y una segunda salida (4d) conectada con ésta, estando conectada la primera entrada (4a) con la salida (14) de la zona de secado (2) y la primera salida (4b) con la entrada (15) de la zona de secado (2) y estando conectada, además, la segunda entrada (4c) mediante el grupo de combustión (5) con la salida (18) de la zona de torrefacción (3) y la segunda salida (4b) con la entrada (19, 20) de la zona de torrefacción (3) .
3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la zona de secado (2) y/o la zona de 35 torrefacción (3) presentan varias soleras (6, 7, 8, 9) dispuestas unas encima de las otras.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que entre la zona de secado y de torrefacción (2, 3) está previsto un dispositivo de transferencia mecánico para la transferencia de la corriente de material que contiene carbono secada.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado por que el dispositivo de transferencia (12) entre la zona de secado y de torrefacción (2, 3) está realizado de forma estanca a gas, para impedir una mezcla de los dos circuitos de gas.
45 6. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el horno de pisos presenta dispositivos de transporte para el transporte de la corriente de material (10) , que están accionados mediante un árbol de accionamiento, estando dividido el árbol de accionamiento entre la zona de secado y de torrefacción (2, 3) y estando provisto respectivamente de un accionamiento propio para poder variar los tiempos de permanencia de la corriente de material que contiene carbono (10) en las dos zonas de forma independiente mediante la velocidad de giro correspondiente.
7. Procedimiento para el secado y la torrefacción de al menos una corriente de material que contiene carbono
(10) en un horno de pisos (1) ,
55 a. secándose la biomasa en una zona de secado (2) mediante una corriente de gas de secado (13) y sometiéndose a continuación a una torrefacción en una zona de torrefacción (3) ,
b. evacuándose una parte de la corriente de gas de secado que contiene vapor de agua de la zona de secado y calentándose en un intercambiador de calor (4) y reconduciéndose a continuación al menos en parte a la zona de secado (2) ,
c. evacuándose una parte de la corriente de gas de torrefacción (17) que se produce en la zona de torrefacción (3) de la zona de torrefacción (3) y alimentándose a un grupo de combustión (5) para la combustión, usándose el gas de escape que se produce durante este proceso para el calentamiento de la corriente de gas de secado en el intercambiador de calor (4) e introduciéndose en la zona de torrefacción (3) y
d. haciéndose funcionar la zona de secado (2) y la zona de torrefacción (3) con dos circuitos de gas separados uno del otro.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la zona de secado (2) se hace funcionar en 5 corriente continua.
9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la zona de torrefacción (3) se hace funcionar en contracorriente.
10. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la corriente de gas de secado (13) que contiene vapor de agua se recalienta en el intercambiador de calor (4) y la cantidad de vapor reconducida al circuito del secador es tan grande que se ajusta una atmósfera inerte con un contenido de oxígeno < 10 %.
11. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la cantidad de gas de escape introducida
en la zona de torrefacción (3) es tan grande que en la zona de torrefacción (3) se ajusta una atmósfera inerte con un contenido de oxígeno < 10%.
12. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la temperatura del gas de escape
introducido en la zona de torrefacción es superior a 300ºC y la temperatura de la corriente de gas de 20 secado reconducida se ajusta en el intervalo de 150ºC a 300ºC.
13. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la corriente de gas de torrefacción (17) evacuada de la zona de torrefacción (3) se introduce antes de la alimentación al grupo de combustión en un condensador (28) , en el que se precipitan al menos en parte los componentes condensables quemándose
los componentes no condensables en el grupo de combustión (5) .
14. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que en la zona de secado y/o de torrefacción (2, 3) se miden la temperatura y/o el flujo de gas y/o la cantidad de gas u/o la presión y se usan para la regulación del tiempo de permanencia del material en las dos zonas.
15. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el tiempo de permanencia en la zona de secado y de torrefacción (2, 3) se ajusta mediante una variación del número de soleras, mediante la reducción de superficies de soleras, mediante un cambio del diseño y del número de los dispositivos de transporte o mediante una variación de la velocidad de giro de los dispositivos de transporte.
REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN
Esta lista de referencias citadas por el solicitante es para conveniencia del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha tenido mucho cuidado en la compilación de las referencias, no pueden exluirse errores u omisiones y la EPO declina responsabilidades por este asunto.
Documentos de patentes citadas en la descripción
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