PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE BIOMASA.

Un proceso para el tratamiento de biomasa, que comprende: formar una suspensión de biomasa mezclado biomasa con un fluido de trabajo;

inducir la suspensión de biomas para que fluya a través de una entrada (4) hacia el interior de un conducto (3) de un procesador de fluidos (1), presentando el conducto (3) un diámetro considerablemente constante; introducir vapor en una boquilla (16) que comunica con el conducto (3), presentando la boquilla (16) una entrada de boquilla, un cuerpo de boquilla y una salida de boquilla, presentando el cuerpo de boquilla un área de corte transversal menor que la entrada de boquilla o que la salida de boquilla; y acelerar el vapor a través del cuerpo de boquilla e inyectar el vapor a velocidad elevada en el interior de la suspensión que fluye a través del conducto (3)

Procedimiento de tratamiento de biomasa Campo de la invenci6n La invenci6n se refiere al procesado de biomasa con la finalidad de producir bio-combustibles. La invenci6n se puede usar en varios procesos usados para la producci6n de bio-combustible y resulta particularmente apropiada, aunque no de forma exclusiva, para el pre-tratamiento de biomasa lignocelul6sica y la fermentaci6n de azucares para dar un alcohol.

La conversi6n de biomasa en bio-combustible ha adquirido gran importancia en los ultimos afos ya que tanto consumidores como productores reconocen los aspectos ambientales y de sostenibilidad que envuelven a los actuales combustibles f6siles. El grueso del bio-combustible existente procede de la fermentaci6n de cultivos de azucar y de cultivos que presentan un elevado contenido en almid6n, pero estos cultivos presentan un elevado valor en aplicaciones alimentarias y su rendimiento de azucar por hectarea es bajo en comparaci6n con el rendimiento de azucar potencial a partir de cultivos de celulosa y hemicelulosa. De este modo, la derivaci6n del bio-combustible procedente de fuentes alternativas de biomasa, tales como biomasa lignocelul6sica formada principalmente por lignina, hemicelulosa y celulosa, es de gran importancia para los productores.

La biomasa lignocelul6sica es una biomasa extremadamente abundante. Incluye todos los arboles y hierbas, asi como tambien residuos agricolas tales como granos de destiladora humedos o secos, fibra de maiz, zuro de maiz y bagazo de cafa de azucar. La biomasa lignocelul6sica se puede convertir en etanol mediante hidr6lisis y posterior fermentaci6n. En la hidr6lisis, la parte celul6sica de la biomasa es convertida en azucares, y la fermentaci6n convierte estos azucares en etanol. Para incrementar el rendimiento de la hidr6lisis, se necesita una etapa de pretratamiento para ablandar la biomasa y romper su estructura celular, exponiendo de este modo mas material de celulosa y hemicelulosa.

Normalmente, los procesos de pre-tratamiento de ruptura son de naturaleza quimica o fisica. Los procesos actuales de pre-tratamiento quimico se basan en un catalizador para lograr la ruptura deseada de las celulas de la biomasa. Este catalizador es comunmente un acido o una enzima. El acido presenta la desventaja de ser nocivo para el medio ambiente, mientras que las enzimas son relativamente caras. El proceso de pre-tratamiento fisico mas comun es la explosi6n de vapor, ejemplos del cual se describen en el documento de EE.UU. 4425433 y en el documento de EE.UU. 4461648. En la explosi6n de vapor, la biomasa se calienta usando un vapor de alta presi6n durante unos pocos minutos, antes de que las reacciones se detengan por medio de descompresi6n subita a presi6n atmosferica. Una desventaja de la explosi6n de vapor es que el proceso debe llevarse a cabo en el interior de un recipiente de proceso apropiado, y de este modo es un proceso no continuo. Ademas, los rendimientos de azucar procedentes de la explosi6n de vapor son comparativamente mas bajos mientras que los costes actuales del proceso son elevados.

Una vez que los azucares se han extraido del material de biomasa, se fermentan con el fin de obtener alcohol. Los procesos convencionales usan levadura para fermentar los azucares, pero la levadura es sensible a la temperatura y es preciso enfriar la biomasa hasta aproximadamente 30 oC antes de que la levadura pueda enfriar los azucares. El enfriamiento de la biomasa no solo aumenta la duraci6n del proceso de fermentaci6n, sino que tambien aumenta el consumo de energia ya que es preciso re-calentar la biomasa fermentada aguas abajo para la destilaci6n.

Es un objetivo de la presente invenci6n obviar o mitigar una o mas de las desventajas anteriormente mencionadas presentes en los actuales procesos de producci6n de bio-combustible.

El documento de EE.UU. 4201596 describe un proceso para llevar a cabo la hidr6lisis acida de materiales residuales celul6sicos, con elevado contenido en s6lidos, por medio del control apropiado de agua y temperatura y a traves del uso de la inyecci6n de vapor directa. La mezcla acuosa de material celul6sico se introduce de forma considerablemente constante en un extremo del reactor tubular, mientras que el otro extremo del reactor presenta un estrechamiento para desarrollar una contrapresi6n en el interior. Se mezcla un acido mineral fuerte con el material celul6sico en una concentraci6n apropiada para catalizar su hidr6lisis, y se inyecta el vapor de forma considerablemente continua en el interior de la mezcla en un punto aguas abajo desde "un" extremo del reactor.

El documento de EE.UU. 2003147301 describe un metodo y un aparato para mezclar el vapor en el interior del flujo de una pulpa de celulosa. Con el fin de obtener una elevada y buena capacidad de mezcla y evitar la generaci6n de ruido, la mezcla de la pulpa de celulosa se lleva a cabo al final de la tuberia, donde la tuberia presenta un aumento de area de al menos 50 %, directamente despues de la mezcla, observado en la direcci6n de flujo de la pulpa de celulosa.

Dos patentes describen un proceso (documento de Gran Bretafa 1028211) y un aparato correspondiente (patente de Gran Bretafa 995660) para preparar glucosa o maltosa a partir de almid6n, en las que se mezcla una suspensi6n acuosa de almid6n con una alfa-amilasa en un tanque, y se somete a gelatinizaci6n y licuefacci6n en un recipiente, en el que se calienta hasta 95 oC por medio de mezcla con vapor procedente de una tuberia y se somete a fuerzas de impacto y/o de cizalladura. El aparato comprende un tubo que tiene al menos un estrechamiento a traves del cual

se pasa la suspensi6n de almid6n, y que presenta en la pared del tubo, mas alla del estrechamiento en la zona de transici6n hasta el corte transversal completo, uno o mas orificios de entrada para el vapor o para la disoluci6n quimica.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invenci6n, se proporciona un proceso para el tratamiento de biomasa, que comprende:

formar una suspensi6n de biomasa por medio de mezcla de biomasa con un fluido de trabajo;

inducir el flujo de la suspensi6n de biomasa a traves de una entrada hacia el interior de un conducto de un procesador de fluidos, presentando el conducto un diametro considerablemente constante;

introducir vapor en una boquilla que comunica con el conducto, presentando la boquilla una entrada de boquilla, un paso de boquilla y una salida de boquilla, presentando el paso de boquilla una area de corte transversal menor que la entrada de boquilla o la salida de boquilla; y acelerar el vapor a traves del paso de boquilla e inyectar el vapor de elevada velocidad en el interior de la suspensi6n que fluye a traves del conducto.

Cuando se usa la expresi6n "suspensi6n de biomasa" en la presente memoria descriptiva de patente, debe entenderse que la expresi6n describe cualquier suspensi6n formada a partir de un fluido de trabajo y de material de biomasa. Ejemplos no limitantes de tipos de material de biomasa apropiados incluyen productos forestales, productos de madera no tratada, cultivos energeticos y monte bajo de rotaci6n corta, asi como residuos de origen animal, productos industriales y municipales biodegradables procedentes del procesado de alimentos y cultivos altamente energeticos tales como, colza, cafa de azucar y maiz.

Preferentemente, el vapor es inyectado a velocidad supers6nica.

Preferentemente, la boquilla es una boquilla anular que circunscribe el conducto.

Preferentemente, el proceso es un proceso discontinuo en el que la suspensi6n procesada vuelve a la entrada. De manera alternativa, el proceso es un proceso en linea en el que la entrada recibe la suspensi6n procedente de una parte aguas arriba de una tuberia de producci6n de bio-combustible, y el conducto transporta la suspensi6n procesada hasta una parte aguas abajo de la tuberia de producci6n.

Preferentemente, el proceso ademas comprende la etapa de inyectar un primera catalizador en el interior de la suspensi6n. De manera alternativa, el proceso ademas comprende la etapa de inyectar un primer y/o un segundo catalizador en el interior de la suspensi6n. El primer y segundo catalizadores se pueden inyectar de forma simultanea o consecutiva. Cuando el proceso es un proceso por lotes y los catalizadores se inyectan de forma consecutiva, el primera catalizador se inyecta en el interior de la suspensi6n durante un primer periodo de tiempo, y el segundo catalizador se inyecta en la suspensi6n durante un segundo periodo de tiempo que transcurre despues de que haya concluido el primer periodo de tiempo.... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para el tratamiento de biomasa, que comprende:

formar una suspensi6n de biomasa mezclado biomasa con un fluido de trabajo;

inducir la suspensi6n de biomas para que fluya a traves de una entrada (4) hacia el interior de un conducto (3) de un procesador de fluidos (1) , presentando el conducto (3) un diametro considerablemente constante;

introducir vapor en una boquilla (16) que comunica con el conducto (3) , presentando la boquilla (16) una entrada de boquilla, un cuerpo de boquilla y una salida de boquilla, presentando el cuerpo de boquilla un area de corte transversal menor que la entrada de boquilla o que la salida de boquilla; y acelerar el vapor a traves del cuerpo de boquilla e inyectar el vapor a velocidad elevada en el interior de la suspensi6n que fluye a traves del conducto (3) .

2. El proceso de la reivindicaci6n 1, en el que el vapor es inyectado a velocidad supers6nica.

3. El proceso de cualquier reivindicaci6n anterior que ademas comprende la etapa de inyectar un primer catalizador en el interior de la suspensi6n.

4. El proceso bien de la reivindicaci6n 1 o bien de la reivindicaci6n 2, que ademas comprende la etapa de inyectar un primer y/o segundo catalizadores en el interior de la suspensi6n.

5. El proceso bien la reivindicaci6n 3 o bien de la reivindicaci6n 4, en el que el primer y/o segundo catalizadores se inyectan en el interior de la suspensi6n a traves de un puerto de aditivo ubicado en el conducto (3) inmediatamente aguas abajo de la boquilla (16) .

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el primer y/o segundo catalizador es un acido.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el primer y/o segundo catalizador es un gas que se escoge entre el grupo formado por aire y di6xido de carbono.

8. El proceso de cualquier reivindicaci6n anterior, en el que la biomasa es biomasa lignocelul6sica.

9. El proceso de cualquier reivindicaci6n anterior que ademas comprende una etapa de fermentaci6n en la que se introducen uno o mas tipos de micro-organismos term6filos en el interior de la biomasa para convertir los azucares presentes en alcohol.

10. El proceso de la reivindicaci6n 9, que ademas comprende las etapas de: vaporizar el alcohol en la suspensi6n a medida que se inyecta el vapor en el interior de la suspensi6n; y separar el vapor de alcohol de la suspensi6n restante.

11. Un aparato para el tratamiento de biomasa, que comprende:

un recipiente de mezcla (22) adaptado para mezclar un suministro de biomasa y un suministro de fluido de trabajo para formar una suspensi6n de biomasa;

una bomba (24) adaptada para bombear la suspensi6n desde el recipiente de mezcla (22) ; y al menos un procesador de fluidos (1) adaptado para recibir la suspensi6n procedente del recipiente de mezcla (22) ;

en el que el procesador de fluidos (1) comprende:

un conducto para fluidos (3) de diametro considerablemente constante que tiene una entrada de conducto (4) en comunicaci6n fluida con el recipiente de mezcla (22) y una salida de conducto (5) ; y una boquilla (16) que se abre en el interior del conducto (3) intermedia entre la entrada (4) y la salida (5) , presentando la boquilla (16) una entrada de boquilla, un cuerpo de boquilla y una salida de boquilla, en la que el cuerpo de boquilla presenta un area de corte transversal mas pequefo que la entrada de boquilla o que la salida de boquilla.

12. El aparato de la reivindicaci6n 11, que comprende una pluralidad de procesadores de fluido (1) en serie unos con otros.

13. El aparato bien de la reivindicaci6n 11 o bien de la reivindicaci6n 12, que ademas comprende al menos una valvula de contrapresi6n (34) ubicada aguas abajo de la salida del conducto (5) .

14. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que ademas comprende un par de valvulas de contrapresi6n (34, 36) ubicadas aguas abajo de la salida del conducto (5) .

15. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que ademas comprende al menos un puerto de aditivo adaptado para introducir uno o mas aditivos en el conducto de fluido (3) .

16. El aparato de la reivindicaci6n 15, en el que el puerto de dispositivo se encuentra localizado en el conducto (3) 10 adyacente a al boquilla (16) .

17. El aparato de cualquier reivindicaci6n 15 o reivindicaci6n 16, en el que el puerto de aditivo se encuentra ubicado en el conducto (3) inmediatamente aguas abajo de la boquilla (16) .

18. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, que ademas comprende un circuito de recirculaci6n que

esta adaptado para retornar la suspensi6n desde la salida (5) del conducto para fluidos hasta el recipiente de 15 mezcla.

19. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, que ademas comprende un recipiente de retenci6n (32) localizado aguas abajo de la salida (5) del conducto para fluidos.

20. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, que ademas comprende una pluralidad de sensores (27, 38, 42) adaptados para medir la presi6n aguas arriba y aguas abajo del procesador de fluidos (1) .

21. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que el recipiente de mezcla (22) incluye medios de agitaci6n para mezclar sus contenidos.

22. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 21, en el que la bomba (24) es una bomba de cavidad progresiva.

23. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 22, en el que la boquilla (16) es anular y circunscribe el 25 conducto para fluidos (3) .

24. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 23, que ademas comprende un mecanismo de separaci6n de vapor adaptado para separar vapor del fluido restante.

25. El aparato de la reivindicaci6n 24, en el que el mecanismo de separaci6n es un separador vorticial.