Proceso de pirolisis de biomasa en dos etapas con calentador mecánico.

Consiste en un proceso de pirolisis en dos etapas de biomasa residual disuelta en aceite de proceso a baja temperatura que permite obtener hidrocarburos líquidos a partir de biomasa, aptos para su almacenamiento y posterior utilización. Dispone de un calentador mecánico de especial diseño con el que se consiguen los gradientes de temperatura adecuados y unas células ultrasónicas que se emplean en una segunda etapa.

Para conseguir la lisis a baja temperatura se emplea un proceso en dos etapas, una de calentamiento rápido de una mezcla biomasa tratada y una segunda etapa donde un reactor sonoquímico, donde se culmina la lisis con una temperatura adecuada para minimizar la producción de gases y de sólidos del proceso.

El calentador por cavitación es capaz de operar a elevadas temperaturas (más de 400ºC), con elevado rendimiento que evita la formación de puntos calientes que puedan generar residuos carbonosos.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La Patente de Invención a que se refiere la presente Memoria, se destina a garantizar la explotación y la propiedad exclusivas, en todo el territorio nacional, de un proceso de pirolisis de biomasa en dos etapas con calentador mecánico.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención tiene su aplicación dentro de necesidades de tratamiento de materiales de origen animal o vegetal (C12S 3/00) , con el fin de la transformación de la energía contenida en la biomasa a la forma líquida apta para su

almacenamiento prolongado y posterior utilización para procesos térmicos, generación de electricidad, cogeneración, industria química y cualquier otra aplicación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. La pirolisis de biomasa es un proceso conocido y aplicado desde la antigüedad. Dentro de los procesos industriales más conocidos figuran la obtención de carbón de leña en instalaciones tradicionales y la destilación fraccionada de la madera para obtención de productos sólidos, líquidos y gases para síntesis y/o

combustión. Más reciente es la pirolisis de plásticos y otros polímeros orgánicos, para su aprovechamiento energético en instalaciones de incineración, hornos de cemento y otras aplicaciones como la de producción de hidrocarburos líquidos.

Con la presente invención se consigue la transformación en hidrocarburos líquidos de la biomasa de origen vegetal que actualmente, en el mejor de los casos, tiene aprovechamientos energéticos bien por la incineración directa o previa peletización para usos indusriales y domesticos.

Las ventajas de los combustibles en estado líquido son numerosas. Citaremos entre otras su elevada densidad energética, su manejo mediante tecnologías de uso generalizado, su conservación por largos periodos de tiempo y, sobre todo, la mayor parte de los consumidores tanto industriales, agrícolas, domésticos, transporte y

automoción se alimentan de combustibles derivados del petróleo y recientemente biodiesel, etanol y sus mezclas.

Tiene por tanto enorme interés el transformar la biomasa vegetal en hidrocarburos líquidos para su uso bien directamente o mediante labores posteriores de refino.

La transformación se consigue mediante la pirólisis de la biomasa seca y particulada en un proceso de baja temperatura ( menor de 420 ºC) y en estado líquido, disuelta en un carrier (aceite térmico o similar) mediante la aplicación de un gradiente de temperaturas adecuado, primeramente en el propio depósito de dilución, hasta

temperaturas comprendidas entre 170 y 220 ºC, y posteriormente en el calentador mecánico que se describe, donde la temperatura debe ser elevada hasta un máximo de 400 ºC, utilizando para ello la cavitación de alta energía, que se consigue con frecuencias de 15 a 25 Khz., mediante la configuración especial del rotor y de la disposición de entradas y salidas del aparato. Normalmente la temperatura, según

naturaleza de la biomasa, basta con ser elevada hasta el rango de 320 a 350 ºC. En casos extremos por razones de rendimiento y conveniencia de proceso deben ser alcanzados los 400 ºC. Los vapores producidos pasan a ser condensados bien en una única etapa, si se dispone de carrier suficiente como consumible, o bien en dos etapas de condensación, donde además de selectividad en composición de hidrocarburo condensado se consigue garantizar la disponibilidad de carrier para disolución de la biomasa seca.

El enriquecimiento en polímeros de elevado punto de ebullición procedentes del

reflujo del condensador aconseja la instalación de una segunda etapa de cavitación, con control más fino de la temperatura del proceso y donde se añadirá catalizador inorgánico cristalino (compuesto por mezclas de filosilicatos alcalinos naturales con zeolitas artificiales, preferentemente las del tipo A, de elevada acidez) para intensificar la rotura (lisis) catalítica de las macromeléculas hasta tamaños inferiores

a C30-32. También se acompaña al catalizador sales cálcicas en polvo, para regular el pH en el rango básico y secuestrar otros metales contaminantes contenidos principalmente en los aceites usados.

Con las dos etapas descritas pueden conseguirse rendimientos de transformación 15 del orden de 2 Kg. de biomasa seca por litro de combustible líquido.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN.

La presente invención comprende un proceso de pirolisis en dos etapas de biomasa residual a baja temperatura, entendiendo como biomasa a la materia

orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía siendo el objetivo del invento la obtención de hidrocarburos en estado líquido. Comprende también el calentador mecánico necesario para conseguir los gradientes de temperatura adecuados y con un rendimiento energético optimo. La segunda etapa se lleva a efecto con células ultrasónicas.

La consecución de la pirólisis a baja temperatura se fundamenta en un proceso en dos etapas. La primera a su vez diferenciada en dos fases, una primera de calentamiento rápido de una mezcla de harina de biomasa con un fluido de proceso (carrier) , en un tanque de dilución, a temperaturas entre 170 y 220 ºC, donde se eliminan los vapores de agua y otros volátiles y una segunda fase en aparato convertidor que se describe en el próximo párrafo, donde se incrementa la temperatura hasta el 80% aproximadamente del valor máximo (420 ºC) mediante un proceso combinado de agitación y cavitación. La cavitación produce localmente altas presiones y temperaturas que intensifican la rotura molecular de los polímeros,

rindiendo combustibles líquidos de viscosidades en el rango de aceites ligeros, e incluso gasóleo si la condensación se produce en dos etapas y con control del reflujo.

La segunda etapa aplica un reactor sonoquímico compuesto de una o varias células

ultrasónicas. Se aceleran las reacciones químicas gracias a la energía de las ondas sonoras, donde merced a una o varias células, tanto en serie, paralelo y/o configuración mixta, operando en régimen de 15 a 25 Khz, con posible presencia de catalizadores metálicos, minerales y/o sintéticos, se culmina la lisis molecular con un alto grado de control de la temperatura, minimizando la producción de gases y de

sólidos del proceso.

Si bien la primera componente de la invención es el proceso descrito, la segunda componente es el dispositivo mecánico de calentamiento por cavitación y capaz de operar a elevadas temperaturas (más de 400 ºC) .

La transformación energética de energía mecánica a térmica se produce con elevado rendimiento y en el seno del propio fluido de proceso, merced al rozamiento de la agitación y las implosiones de la cavitación, evitando la formación de puntos calientes que puedan generar residuos carbonosos.

El sistema propuesto es válido para aplicaciones en pequeña escala, doméstico, comunitario, agrícola e industrial, como aplicaciones preferentes, o a gran escala en complejos ambientales. Pueden ser incorporados complementariamente a la biomasa otros polímeros orgánicos frecuentes en las explotaciones agrícolas e industriales generadoras de biomasa tales como plásticos, textiles y gomas, preferiblemente no clorados, y aceites usados. Para este supuesto será necesaria la captura de los contaminantes de estos polímeros mediante sales cálcicas, conjuntamente con las cenizas procedentes de la biomasa.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS.

Para comprender mejor el alcance de esta invención, vamos a describirla sobre los dibujos adjuntos en los que se ha materializado un diseño preferido de la misma dado a título de ejemplo y sin carácter limitativo.

En el dibujo 1 se describe el calentador mecánico. En esencia consta de 3 cuerpos. De fuera adentro tenemos primeramente el alojamiento del rodamiento, donde la temperatura es controlada por un circuito externo de aceite, hasta los 120 ºC. Progresando hacia el interior está un segundo cuerpo donde entra el líquido a

calentar, normalmente a temperatura inferior a 220 ºC si se utilizan sellos mecánicos con Vitón como polímero, ( puede ser superior para otros sellos especiales) . En la cámara interior se encuentra el rotor, conformado mediante la ejecución de orificios...

1. Proceso de pirolisis de biomasa en dos etapas con calentador mecánico.

caracterizado por el hecho de constituir un proceso de pirolisis de biomasa con

temperatura controlada e inferior a 420 ºC, en dos etapas, consistente en una

primera etapa de calentamiento rápido y eliminación de gases y vapor de agua en tanque de dilución, seguida de un incremento de temperatura en calentador mecánico por rozamiento y cavitación, y una segunda etapa de ajuste de reacción mediante reactores sonoquímicos estacionarios, que puede ser complementada por un catalizador ácido según naturaleza y estado de la alimentación.

1.

2. Proceso de pirolisis de biomasa en dos etapas con calentador mecánico, según la 1ª reivindicación, y que se caracteriza por el hecho de constar con una instalación para llevar a cabo un proceso de pirólisis que dispone de un dispositivo para el calentamiento por rozamiento y cavitación, siendo ésta última preferente, con

temperaturas de operación de hasta 400 ºC, con al menos tres cuerpos con sus respectivas cámaras, que logran unos gradientes de presión y temperatura inversos, para evitar riesgos de fugas y averías.

3. Proceso de pirolisis de biomasa en dos etapas con calentador mecánico,

según la 1ª reivindicación, y que se caracteriza por el hecho constar con una instalación para llevar a cabo un proceso de pirólisis que dispone de un dispositivo ajuste de proceso de reacción sono-química fácilmente reconfigurable en serie o paralelo de las células de ultrasonidos (reactores ultrasónicos estacionarios) .