Proceso y dipsositivo para tratamiento de biomasa.

Proceso para tratamiento de un material, como biomasa o desechos,

comprendiendo:

- la provisión de un material que contiene una cantidad de humedad residual,

- la provisión de un reactor de torrefacción (10),

- el calentamiento del material en el reactor de torrefacción (10) a una temperatura de torrefacción en una atmósfera de oxígeno bajo en el reactor de torrefacción (10), donde el material se convierte en un material tostado, caracterizado por el hecho de que el material con la humedad residual contenida en éste se seca esencialmente por completo en una cámara de secado (54) por evaporación de la humedad residual, y la torrefacción del material seco se realiza esencialmente en una cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción (10), y el material se conduce a través del reactor de torrefacción (10) en una dirección de transporte (B), y el secado del material en la cámara de secado (54) se realiza por introducción en ésta de un gas de secado caliente que fluye a través de la cámara de secado (54) en corriente paralela con el material, y la torrefacción del material en la cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción se realiza por introducción en ésta de un gas de torrefacción caliente que fluye a través de la cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción (10) en contracorriente al material.

Proceso y dispositivo para tratamiento de biomasa [0001] La invención se refiere a un proceso para tratamiento de un material, como biomasa o desechos, comprendiendo:

- la provisión de un material que contiene una cantidad de humedad residual,

- la provisión de un reactor de torrefacción,

- el calentamiento del material en el reactor de torrefacción a una temperatura de torrefacción en una atmósfera de oxígeno bajo en el reactor de torrefacción, donde el material se convierte en un material tostado.

La DE 3211590 se refiere a un proceso para torrefacción de un material, como biomasa. El material se suministra desde arriba a un reactor 1 (página 9, segundo párrafo; ver figura 2) . El reactor 1 dispone de un tubo interior 3, que se extiende sobre la altura entera del reactor 1 y que se cierra en sus extremidades superiores e inferiores. El reactor 1 se divide en 13 en una zona de secado superior y una zona de torrefacción inferior. Un gas caliente se introduce en el tubo interior 3 vía la línea de distribución 5. El gas fluye transversalmente 8 ("quer") a través del material en la cámara de tratamiento 2 (ver página 9, último párrafo) . El gas se retira en la cámara anular externa 11 vía las aberturas cubiertas 9.

La FR 2624876 divulga un reactor 1 con una cámara de secado 2 y una cámara de torrefacción 3 (ver figura 1) . El flujo del gas en la cámara de torrefacción 3 está en contracorriente al material (página 12, líneas 12-17) . Según página 10, línea 32 -página 11, línea 2 es ventajoso para el flujo de gas en la cámara de secado 2 estar en contracorriente al material también. La DE3041627 divulga un sistema similar a la descripción de FR2624876, en el que un flujo de contracorriente en la cámara de torrefacción se describe.

El término "materia prima" o "material" se usa aquí para indicar varios tipos de materiales o materias primas. En esta solicitud de patente, el término "materia prima" o "material" se refiere no solo a biomasa o desechos, sino también a cualquier materia orgánica. Debido a que el material contiene carbono es generalmente combustible. El material se puede derivar, por ejemplo, de residuos o desechos (agrícolas) .

Este proceso es conocido. En el estado no tratado, muchos materiales están relativamente húmedos. El material contiene generalmente libre (no unidad) y (floja) agua fijada. El agua fijada o débilmente fijada se absorbe por la materia prima natural misma. Por ejemplo, biomasa de origen vegetal, como podas y césped segado, contiene una cantidad considerable de humedad por naturaleza.

Además, la biomasa puede estar muy mojada como resultado de lavarla o someterla a un tratamiento de agua alternativo para reducir el contenido de sal de la biomasa. La eliminación de sales es deseable, porque las sales en la biomasa usada como combustible lleva más rápidamente a formación de corrosión en la cámara de combustión de una central de electricidad. Estas sales también reducen la calidad de la ceniza producida durante la combustión del combustible de biomasa, lo que dificulta la utilización de esta ceniza. Sales hidrosolubles pueden lavarse en particular de biomasa de origen vegetal, como paja.

La materia prima normalmente tiene un contenido de humedad de 5-15%, es decir, una cantidad de humedad residual está contenida en el material. Este material con la humedad residual se introduce en el reactor de torrefacción. La torrefacción es un método de tratamiento termoquímico para material. En este método el material se calienta en una atmósfera gaseosa de oxígeno bajo (con cantidades subestequiométricas de oxígeno) o sin oxígeno, normalmente bajo presión atmosférica a una temperatura de 200-320º C. El defecto de oxígeno previene que el material arda. En cambio el material se tuesta, lo que conduce a pérdida de masa debido a la eliminación de gases. Esta pérdida de masa generalmente asciende a aproximadamente 30%, mientras el valor de energía solo se reduce por 10%. El combustible producido por torrefacción, por lo tanto, tiene un valor calórico más alto.

La torrefacción también causa cambios químicos en la estructura del material. El material pierde su fuerza mecánica y elasticidad, así es mucho más fácil de triturar. Además, el material tostado es hidrofóbico y este, por lo tanto, aguanta seco y es insensible a humedad atmosférica. El riesgo de putrefacción y sobrecalentamiento es muy pequeño cuando el material que ha sido producido por torrefacción se almacena.

La temperatura del material se eleva en el reactor de torrefacción. Antes de que la torrefacción del material pueda tener lugar, la humedad residual debe, no obstante, primero evaporarse del material. El material se secó prácticamente por completo en el reactor de torrefacción evaporando la humedad residual. La torrefacción real del material solo se desarrolla después de que la humedad residual se ha evaporado. La torrefacción empieza tan pronto como la temperatura del material luego excede de aproximadamente 200º C. La temperatura de torrefacción es, no obstante, generalmente más alta, siendo aproximadamente 250º C.

Una cantidad considerable de vapor se genera en el reactor de torrefacción cuando la humedad residual se evapora en el reactor de torrefacción. Esto puede llevar a una corriente de gas que se mueve relativamente rápido fluyendo en el reactor, que aumenta la caída de presión sobre el reactor. Además, la energía necesitada para evaporar la humedad residual es mucho mayor que la energía requerida para torrefacción. En particular, en un reactor de torrefacción basado en contacto directo entre el gas y el material, una cantidad relativamente grande de gas caliente debe introducirse en el reactor de torrefacción a una alta temperatura de entrada, que además aumenta la cantidad de gas que tiene que pasar el reactor de torrefacción. Esto dificulta la implementación del método de tratamiento.

Un objeto de la invención es proporcionar un proceso mejorado para tratamiento de material.

Este objeto se consigue según la invención por el material con la humedad residual contenida en este secándose esencialmente por completo en una cámara de secado por evaporación de la humedad residual, y la torrefacción del material seco se realiza esencialmente en una cámara de torrefacción del reactor de torrefacción, y el material siendo conducido a través del reactor de torrefacción en una dirección de transporte, y el secado del material en la cámara de secado siendo realizado por introducción en un gas de secado caliente que fluye a través de la cámara de secado en corriente paralela con el material, y la torrefacción del material en la cámara de torrefacción del reactor de torrefacción siendo realizada por introducción en un gas de torrefacción caliente que fluye a través de la cámara de torrefacción del reactor de torrefacción en contracorriente al material.

Según la invención, el material se seca en la cámara de secado, después de lo cual el material se tuesta en la cámara de torrefacción. La cámara de secado y la cámara de torrefacción forman dos espacios separados aquí. A diferencia de en el proceso conocido, la evaporación de humedad residual del material y la torrefacción del material según la invención, por lo tanto, forman dos fases separadas, cada una de los cuales puede optimizarse.

El material se seca casi completamente en la cámara de secado, que requiere una cantidad relativamente grande de energía. La evaporación de humedad residual del material es eficiente, debido al material y el movimiento de gas caliente en la corriente paralela entre sí. La cámara de secado se diseña específicamente para el secado del material.

Cuando un gas caliente se introduce, que está, por ejemplo, en contacto directo con el material, la temperatura del material en el reactor de torrefacción aumenta a una temperatura de torrefacción. Como este gas caliente fluye en contracorriente al material, la temperatura del gas caliente "sigue" la temperatura del material. La temperatura del material y la temperatura del gas caliente aumentan ambas en la dirección de transporte del material. La temperatura de entrada del gas caliente luego necesita solo estar un poco sobre la temperatura del material en la salida. Hay solo un riesgo muy pequeño de que se desarrollen "puntos calientes" en el material seco, o de torrefacción descontrolada o de que pirólisis tenga lugar. Solo una cantidad relativamente pequeña de energía necesita introducirse en la cámara de torrefacción, que permite una dosificación... [Seguir leyendo]

1. Proceso para tratamiento de un material, como biomasa o desechos, comprendiendo:

- la provisión de un material que contiene una cantidad de humedad residual,

- la provisión de un reactor de torrefacción (10) ,

- el calentamiento del material en el reactor de torrefacción (10) a una temperatura de torrefacción en una atmósfera de oxígeno bajo en el reactor de torrefacción (10) , donde el material se convierte en un material tostado,

caracterizado por el hecho de que el material con la humedad residual contenida en éste se seca esencialmente por completo en una cámara de secado (54) por evaporación de la humedad residual, y la torrefacción del material seco se realiza esencialmente en una cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción (10) , y el material se conduce a través del reactor de torrefacción (10) en una dirección de transporte (B) , y el secado del material en la cámara de secado (54) se realiza por introducción en ésta de un gas de secado caliente que fluye a través de la cámara de secado (54) en corriente paralela con el material, y la torrefacción del material en la cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción se realiza por introducción en ésta de un gas de torrefacción caliente que fluye a través de la cámara de torrefacción (55) del reactor de torrefacción (10) en contracorriente al material.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que el reactor de torrefacción (10) comprende la cámara de secado (54) y la cámara de torrefacción (55) .

3. Proceso según la reivindicación 1, en el que la cámara de secado se aloja en un secador de humedad residual y la cámara de torrefacción se aloja en el reactor de torrefacción.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material contiene partículas sólidas que se mueven a través del reactor de torrefacción (10) en forma de un lecho móvil relleno.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas de secado después de haberse movido en corriente paralela con el material y haberse enfriado así, deja la cámara de secado y se introduce en un primer intercambiador de calor, que calienta este gas de secado, después de que el gas de secado calentado por el primer intercambiador de calor se introduce en la cámara de secado (54) , y el gas de torrefacción, después de que se ha movido en contracorriente al material y se ha enfriado así, deja la cámara de torrefacción y se introduce en un segundo intercambiador de calor, que calienta este gas de torrefacción, después de que el gas de torrefacción se ha calentado por el segundo intercambiador de calor se introduce en la cámara de torrefacción (55) .

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la provisión del material comprende introducción de una materia prima relativamente mojada en un secador (3) , y calentamiento del material en el secador

(3) para evaporar la humedad del material hasta que la cantidad de humedad residual permanece en el material, el material que se ha secado en el secador (3) se introduce en la cámara de secado (54) .

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura del gas caliente introducido en la cámara de torrefacción (55) está en el intervalo d.

20. 400º C, por ejemplo, aproximadamente 300º C.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura del gas caliente introducido en la cámara de secado (54) está en el intervalo d.

5. 600º C, por ejemplo, aproximadamente 350º C.

9. Dispositivo para tratamiento de un material, como biomasa o producto de desechos, este dispositivo comprende un reactor de torrefacción (10) que se puede alimentar con material que contiene una cantidad de humedad residual, este reactor de torrefacción (10) dispone de una entrada (11) para introducción de este material en el reactor de torrefacción (10) , medios de calentamiento (12) para calentar el material en el reactor de torrefacción (10) a una temperatura de torrefacción, medios de tratamiento de aire para crear una atmósfera de oxígeno bajo en el reactor de torrefacción donde el material se puede convertir en material tostado durante el funcionamiento, y una salida (13) para la eliminación de material tostado, caracterizado por el hecho de que el reactor de torrefacción (10) comprende una cámara de secado (54) y una cámara de torrefacción (55) , esta cámara de secado (54) se adapta para el secado esencialmente completo del material por evaporación de la humedad residual y esta cámara de torrefacción (55) se adapta para la torrefacción del material, y donde la cámara de torrefacción (55) se localiza aguas abajo de la cámara de secado (54) cuando se ve en la dirección de flujo del material, y donde la cámara de secado (54) tiene al menos un orificio de entrada (12a) para gas de secado y al menos un orificio de salida (15) para dicho gas de secado y posiblemente gas y/o vapor formado durante evaporación de humedad residual, este orificio de entrada (12a) para gas de secado se localiza al final de la cámara de secado (54) que está frente a la entrada (11) , y el orificio de salida (15) se localiza en el final opuesto de la cámara de secado (54) , y donde la cámara de torrefacción (55) tiene al menos un orificio de entrada (12b) para gas de torrefacción y al menos un orificio de salida (14) para dicho gas de torrefacción y gas de torrefacción formado en el proceso de torrefacción, este

orificio de entrada (12b) para gas de torrefacción se localiza al final de la cámara de torrefacción (55) que está frente a la salida (13) y el orificio de salida (14) se localiza en el final opuesto de la cámara de torrefacción (55) .

10. Dispositivo según la reivindicación 9, que comprende dos intercambiadores de calor, en el que el primer

intercambiador de calor se provee para el calentamiento del gas de secado y se conecta al orificio de entrada y el orificio de salida de la cámara de secado para formar un circuito de gas de secado, y el segundo intercambiador de calor se provee para el calentamiento del gas de torrefacción y se conecta al orificio de entrada y el orificio de salida de la cámara de torrefacción para formar un circuito de gas de torrefacción.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 o 10, en el que se provee un secador (3) que se puede alimentar con un material relativamente mojado, que se equipa con medios de calentamiento (6) para calentamiento de este material para evaporar humedad del material hasta que la cantidad de humedad residual permanece en el material, y donde el secador (3) se conecta a la cámara de secado (54) para la introducción del material seco en el secador (3) en la cámara de secado (54) .

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, donde, cuando se ve en la dirección de flujo del material, la cámara de secado (54) se localiza entre la entrada (11) para material y la cámara de torrefacción (55) , y la cámara de torrefacción (55) se localiza entre la cámara de secado (54) y la salida (13) para material tostado.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9-12, donde el reactor de torrefacción (10) se delimita por una pared periférica (50) , y la cámara de secado (54) y la cámara de torrefacción (55) se extienden como una continuación la una de la otra en la pared periférica (50) .

14. Dispositivo según la reivindicación 13, en el que el reactor de torrefacción (10) se instala en la posición vertical, y en el que hay previstos un número de orificios de entrada (12a) en la pared periférica (50) , uno sobre el otro, para la introducción de gas de secado.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9-14, en el que la salida (13) se conecta a una cámara de enfriamiento (40) , y en el que el material tostado se puede introducir desde la cámara de torrefacción (55) en la cámara 30 de enfriamiento (40) .

16. Dispositivo según la reivindicación 15, en el que la cámara de enfriamiento (40) dispone de orificios de entrada (41) para la introducción de gas de enfriamiento.