Método y sistema integrado para producir energía eléctrica y un fertilizante.

Método y sistema integrado para producir energía eléctrica y un fertilizante.

La presente invención se refiere a un método y a un sistema para producir energía eléctrica y un fertilizante. El método comprende las etapas de:

(a) quemar biomasa para producir energía para la generación de energía eléctrica y gas de escape;

(b) producir un licor a partir de los compuestos extraídos del gas de escape; y

(c) producir un fertilizante compostando materiales orgánicos en presencia del licor.

MÉTODO Y SISTEMA INTEGRADO PARA PRODUCIR ENERGÍA ELÉCTRICA Y UN FERTILIZANTE

Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método y a sistema integrado para producir energía eléctrica y un fertilizante. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método y a un sistema integrado para producir energía eléctrica a partir de combustión de biomasa y un fertilizante que comprende constituyentes orgánicos e inorgánicos.

Antecedentes de la Invención En esta memoria descriptiva, cuando se hace referencia o se analiza un documento, acta o artículo de conocimiento, esta referencia o análisis no es una admisión de que el documento, acta o artículo de conocimiento o cualquier combinación de los mismos en la fecha de prioridad era:

(i) parte del conocimiento común general; o (ii) conocido que sea relevante para intentar resolver cualquier problema con el que esté relacionada esta memoria descriptiva.

La Solicitud de Patente Internacional WO 2007131301 publicada por el solicitante describe un sistema integrado de generación de energía y producción de un fertilizante orgánico. El calor residual co-generado de la combustión de biomasa se re-utiliza beneficiosamente para facilitar el compostaje de materiales orgánicos a lo largo de un ciclo de producción de doce meses.

Sería ventajoso adaptar el proceso descrito en el documento WO 2007131301 para obtener productos fibrosos de alto contenido en carbono, tales como paja de trigo, para uso como toda o parte de la materia prima en la producción del fertilizante orgánico. Sería ventajoso también minimizar o incluso eliminar la necesidad de obtener por separado componentes fertilizantes inorgánicos tales como oxígeno DAP, MAP superfosfato amoniacal, carbamato de amoniaco y posiblemente urea para su uso en el proceso.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos Publicada Nº 2002/0010382 describe un proceso para incinerar material combustible, tal como residuos municipales y/o biomasa. La corriente efluente resultante de la combustión del material se absorbe de sus componentes medioambientalmente peligrosos en un lecho absorbente antes de purgar la corriente sustancialmente sin contaminantes a la atmósfera. El lecho absorbente se reactiva también con un agente de reactivación tal como dióxido de carbono o aire, con el agente de reactivación que lleva el contaminante reciclándolo a la cámara de combustión para descomponer por combustión.

La Solicitud de Patente Internacional Publicada Nº WO 2005/005786 describe un proceso para generar electricidad y producir un fertilizante. El proceso implica incinerar un material de biomasa para crear electricidad y producir ácido nítrico a partir de compuestos nitrogenosos extraídos de gases de escape producidos durante la combustión de la biomasa. Los fertilizantes basados en nitrógeno, tales como nitrato de amonio y nitrato cálcico, se producen haciendo reaccionar el ácido nítrico con una base fertilizante adecuada tal como amoniaco acuoso y carbonato de calcio respectivamente.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos Publicada Nº 2008/0041284 describe un método para co-producir energía eléctrica y urea a partir de una material carbonoso tal como carbón vegetal, lignita, turba o biomasa. El material carbonoso se piroliza para producir un gas rico en materia prima y un producto carbonoso. El producto carbonoso se gasifica después con aire para producir un gas pobre en materia prima que a su vez se quema con aire para generar energía eléctrica. El gas rico producido a partir de la gasificación de aire se limpia para producir monóxido de carbono e hidrógeno. Finalmente, el hidrógeno se sintetiza con nitrógeno y dióxido de carbono capturado del gas de escape de la combustión del gas pobre para producir urea y agua.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos Publicada Nº 2008/0040975 describe un proceso para maximizar el proceso del valor de un material carbonoso tal como carbón bituminoso, lignito, turba, coke o biomasa. El proceso implica pirolizar la materia carbonosa para producir un primer gas y una materia carbonosa caliente. La materia carbonosa caliente se divide en dos corrientes, dirigiéndose la primera a un gasificador para gasificarla para producir un segundo gas. La segunda corriente carbonosa se divide adicionalmente en dos sub-corrientes, calentando la primera para crear una sub-corriente de carbón activado o caliente. La urea se produce combinando el carbón activado caliente con los gases de escape producidos de la combustión del segundo gas. Finalmente, la urea se combina con la segunda sub-corriente de carbón activado para producir un fertilizante de urea mejorado.

Sumario de la Invención De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un método para producir energía eléctrica y un fertilizante, que comprende las etapas de:

quemar la biomasa para producir energía para la generación de energía eléctrica y un gas de escape;

producir un licor a partir de los compuestos extraídos del gas de escape; y

producir un fertilizante compostando los materiales orgánicos en presencia del licor.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un sistema integrado para producir energía eléctrica y un fertilizante, comprendiendo el sistema:

una instalación de combustión de biomasa para que quemar la biomasa para producir energía para obtener energía eléctrica y un gas de escape; y

una instalación de compostaje para producir compost a partir de materiales orgánicos,

en la que se produce un licor a partir de compuestos extraídos del gas de escape y se dirige a la instalación de compostaje para producir un fertilizante compostando materiales orgánicos en presencia del licor.

Las realizaciones de la presente invención proporcionan un método y un sistema integrado en el que los gases relacionados con el fertilizante se separan de los gases de escape de la combustión de biomasa y se usan en la producción de un licor, que a su vez se re-utiliza beneficiosamente en la producción de fertilizante en una instalación de compostaje. A diferencia de las instalaciones de generación de energía y fertilizante analizadas anteriormente, la presente invención implica reciclar los gases de escape para ayudar en la producción de un fertilizante orgánico en una instalación de compostaje.

El licor ayuda a compostar los materiales orgánicos en un compost “húmico” de alta calidad y contribuye también a los componentes fertilizantes inorgánicos para producir un fertilizante de alta calidad que comprende constituyentes tanto orgánicos como inorgánicos. Además, en lugar de buscar por separado la fuente de los componentes fertilizantes inorgánicos, tal como a partir de gas natural, la presente invención proporciona un proceso autosuficiente, integrado, que tiene, como única entrada, biomasa y como salida, energía eléctrica y un fertilizante orgánico/inorgánico.

La capacidad para fabricar un licor rico en nitrógeno a partir de los gases de escape permite que las materias primas orgánicas con bajos niveles de nitrógeno se composten más fácilmente y de manera más flexible que en cualquier otro caso.

La introducción del licor ayuda en el proceso de compostaje y permite la producción de fertilizantes a partir de una amplia diversidad de materiales orgánicos que es la práctica actual. En particular, la introducción del licor permite que la paja de los granos de cereales, tal como trigo, se composte eficazmente y el contenido de carbono se transforme en un fertilizante.

Dicho fertilizante puede optimizarse para el suelo al cual se aplica y para el cultivo particular que va a cultivarse. Por ejemplo, el licor puede contener urea, amoniaco, carbamato de amonio y agua. Como saben los expertos en la materia, la urea contiene aproximadamente un 47% de nitrógeno y el amoniaco un 83% de nitrógeno. Un licor adecuado puede fabricarse a partir de 32, 5% de urea, 28, 9% de amoniaco, 18, 1% de carbamato de amonio y 20, 5% de agua. El licor puede mezclarse con el carbono en la paja de trigo u otra biomasa carente de nitrógeno para facilitar el compostaje eficaz.

En una realización preferida, en el caso de la paja de trigo, para iniciar un proceso de compostaje eficaz, se recomienda una proporción en peso de aproximadamente 30:1 de carbono frente nitrógeno.

La capacidad para compostar cantidades significativas de biomasa de alto contenido en lignina puede producir también mayores cantidades de humus que las que se encuentran en los compost fabricados de materiales más fácilmente compostables tales como residuos vegetales.

El componente orgánico clave del fertilizante...

1. Un método para producir energía eléctrica y un fertilizante, comprendiendo el método las etapas de: quemar biomasa para producir energía para la generación de energía eléctrica y un gas de escape;

producir un licor a partir de compuestos extraídos del gas de escape; y producir un fertilizante compostando materiales orgánicos en presencia del licor.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el licor incluye uno o más compuestos nitrogenosos en fase líquida.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los compuestos nitrogenosos incluyen amoníaco, carbamato de amonio y urea.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el licor incluye agua.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los materiales orgánicos incluyen la paja de cultivos de cereales.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el carbón húmico comprende aproximadamente del 26 al 40% del fertilizante en una base de peso seco.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la etapa de producir un licor incluye:

extraer dióxido de carbono y nitrógeno del gas de escape;

obtener una fuente de hidrógeno; y

producir urea y carbamato de amonio en fase líquida a partir de dióxido de carbono, nitrógeno e hidrógeno.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la etapa de obtener una fuente de hidrógeno incluye utilizar la energía eléctrica para electrolizar agua y de esta manera generar hidrógeno y oxígeno.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, que incluye adicionalmente la etapa de utilizar el oxígeno en la etapa de compostaje de los materiales orgánicos en presencia del licor.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la etapa de combustión incluye pirolizar la biomasa para producir un material carbonoso.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye adicionalmente la etapa de hacer reaccionar el material carbonoso con agua para producir monóxido de carbono e hidrógeno.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, cuando es dependiente de la reivindicación 7, en el que la etapa de obtener una fuente de hidrógeno incluye utilizar el hidrógeno producido en la reacción de la materia carbonosa con agua.

13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que incluye adicionalmente las etapas de: producir componentes fertilizantes inorgánicos a partir de compuestos extraídos del gas de escape; y

producir un fertilizante combinado que comprende constituyentes orgánicos e inorgánicos combinando los componentes de fertilizante orgánico con el fertilizante producido compostando los materiales orgánicos en presencia del licor.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que los componentes del fertilizante orgánico incluyen uno cualquiera o más de amoníaco, licor amoniacal, DAP, MAP y superfosfato triple.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el que los componentes del fertilizante inorgánico se producen en forma de polvo y la etapa de producir un fertilizante combinado incluye producir gránulos que comprenden componentes fertilizantes inorgánicos en forma de polvo y el fertilizante producido compostando los materiales orgánicos en presencia del licor.

16. Un sistema integrado para producir energía eléctrica y fertilizante, comprendiendo el sistema:

una instalación de combustión de biomasa para quemar biomasa para producir energía para energía eléctrica y gas de escape; y

una instalación de compostaje para producir compost a partir de materiales orgánicos, en el que se produce un licor a partir de compuestos extraídos del gas de 5 escape y se dirige hacia la instalación de compostaje para producir un fertilizante compostando materiales orgánicos en presencia del licor.

17. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 16, en el que los materiales orgánicos incluyen la paja de cultivos de cereales. 10

18. Un fertilizante producido realizando las etapas del método o del sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.