Sistema y método para producir bio-productos.

Un sistema para producir bio-productos. Tales como bio-etanol,

a partir de material de biomasa, comprendiendoel sistema:

i) un subsistema de pretratamiento (101) para recoger, transportar, reducir a pulpa, triturar, y liberar dichomaterial de biomasa a un aparato de alimentación (102), comprendiendo dicho subsistema de pretratamiento(101) un cortador (204) adaptado para triturar la pulpa,

ii) dicho aparato de alimentación (102),

iii) un reactor (215) para transformar la estructura química y/o física de dicho material,

estando dicho aparato de alimentación (102) adaptado para alimentar un material, preferiblemente orgánico,contenido en un líquido dentro de dicho reactor (215) y comprendiendo:

- un recipiente (301) que comprende una entrada de material para introducir dicho material dentro delrecipiente y una salida de material para alimentar dicho material dentro de dicho reactor (215),

- medios de presurización para presurizar el material de manera que cuando dicho material está dentro delrecipiente (391) se presuriza,

- medios de transporte (214) para transportar el material desde la entrada de material a la salida de materialpara alimentar dicho material dentro del reactor (215),

- al menos una salida de líquidos para descargar un líquido fuera del recipiente (301),

- dentro de dicho recipiente (301), medios para deshidratar el material que va a ser alimentado dentro dedicho reactor (215),

en el que los medios de presurización son o están adaptados para proporcionar una presión dentro del recipiente(301) más alta o al menos igual a la presión dentro del reactor (215),

caracterizado porque el subsistema de pretratamiento (101) comprende una bomba (205) en forma de una bombade desplazamiento adaptada para impulsar la pulpa dentro del aparato de alimentación (102), y porque la pulpa(205) se coloca entre el cortador (204) y el aparato de alimentación (102).

Sistema y método para producir bio-productos.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema y método para producir bio-productos así como para controlar el contenido en agua de la biomasa antes de que la biomasa deshidratada se introduzca en un reactor de proceso con el fin de ser tratada térmicamente y posteriormente fermentada según las partes de la introducción de las reivindicaciones 1 a 14. Dichos sistema y método son conocidos del documento DE 29 41505 A. Aunque la descripción de la presente invención está enfocada en la biomasa, se entiende que la invención se puede aplicar generalmente al control del contenido de agua mediante la aplicación de un procedimiento de alimentación y deshidratación a un material en forma de suspensión o pulpa que comprende una mezcla de un líquido y materia sólida, estando dicho material típicamente en suspensión en el líquido y está impregnado de líquido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Entre los combustibles procedentes de biomasa vegetal, el etanol ha recibido una atención particular como sustitución o complemento potencial para productos derivados del petróleo. La producción de etanol a partir de biomasa normalmente se obtiene a través de un proceso de fermentación del material biológico de partida rico en azúcar o almidón tales como cereal, caña de azúcar o maíz, también denominado bio-etanol de primera generación.

Para minimizar el coste de producción y aumentar el potencial del bio-etanol producido a partir de la biomasa, es crucial usar biomasa lignocelulósica en forma de subproductos de bajo coste procedentes de jardinería, agricultura, actividades forestales, industria maderera, y similares: de este modo, por ejemplo, materiales tales como tallo de maíz, desechos forestales, serrín y virutas de madera. El etanol producido a partir de este tipo de biomasa se denomina también bio-etanol de segunda generación.

La biomasa lignocelulósica contiene polímeros de azúcar en forma de hemicelulosas y celulosa. Antes de que estos azúcares puedan ser fermentados a etanol los polímeros de azúcar tiene que ser fragmentados a sus monómeros de azúcar. Una forma común de fragmentar los polímeros es usar hidrólisis enzimática. Para aumentar la disponibilidad de la biomasa para las enzimas la biomasa lignocelulósica a menudo sufre un pretratamiento térmico/químico.

El seguir una solución termoquímica tal como un proceso a menudo requiere que la temperatura de la materia biológica se eleve a una temperatura que está por encima del punto de ebullición de líquido en el que dicha materia biológica está contenida. Por lo tanto, la persona experta a menudo se enfrenta con el problema de presurizar la suspensión o la pulpa que contiene la materia biológica de manera que la temperatura puede ser aumentada a temperaturas superiores al punto de ebullición del líquido manteniendo mientas en fluido en estado líquido.

Dichos procedimientos se realizan a menudo en un recipiente, tal como una cámara de un reactor en el que la presión y temperatura, en muchos casos prácticos, se elevan relativamente a las condiciones atmosféricas mientras que el material biológico de partida es almacenado y tomado de un depósito en condiciones atmosféricas. Esto es propenso a enmascarar los riesgos de seguridad y otros problemas relacionados con los mismos, ya que la elevada presión en el reactor tenderá a impulsar el material contracorriente en el aparato, y en algunos casos, se puede producir el denominado estallido inverso de vapor de agua, amoníaco o, en general, compuestos químicos y otras mezclas gaseosas, muy calientes fuera del reactor y contracorriente en el sistema de producción de bio-etanol. Dicho estallido inverso puede dar lugar, por ejemplo, a la rotura y destrucción del sistema y en algunos casos causar daños a personas que manejan el sistema.

De este modo, existe un problema relacionado con la prevención de que se produzca un estallido inverso mientras se permite la alimentación de material biológico en el reactor.

En un aspecto adicional, un sistema de producción eficiente puede requerir que el proceso en el reactor se efectúe de modo continuo y, en dichos aspectos, existe un problema adicional relacionado con que las necesidades de alimentación sean continuas.

Se han hecho sugerencias para resolver este problema. Por ejemplo, en el documento US 4.270.976 se sugiere el uso de un alimentador de atornillado de tapón para transportar una pulpa hacia un reactor. La alimentación por tornillo se monta de manera que la pulpa es deshidratada y cotejada durante su transporte hacia la entrada del reactor con objeto de producir un “bio-tapón” que se pretende que produzca un sellado del reactor. Esta solución no ha terminado de remediar el problema y requiere un control exhaustivo en combinación con el contenido de agua, tipo, trituración, cantidad, tamaño de partículas y distribución de la biomasa introducida y la velocidad de alimentación para obtener el tapón. Naturalmente, la constitución del material de partida varía dentro de unos amplios límites y el resultado final es que el problema de seguridad no ha sido resuelto y el procedimiento no es muy efectivo debido a que el tapón producido no siempre produce un sellado hermético.

Con el fin de aumentar la disponibilidad de los métodos de bio-tapón, se ha aplicado diferentes medidas hidráulicas. Por ejemplo, en el documento WO0007806 dichas medidas hidráulicas incluyen un movimiento oscilante de un alimentador de tornillo para proporcionar un compactado adicional al bio-tapón o incluye una válvula en el extremo del alimentador de tornillo que puede cerrar la entrada al reactor.

El documento EP 1775376 describe un aparato para preparar fibras de madera procedentes de virutas de madera alimentando las virutas a través de un tornillo de apisonamiento que comprende medir la conductividad de un tapón de virutas que deja el tornillo y usar el resultado como parámetro de control para controlar el tratamiento aguas abajo de las virutas y/o las fibras.

El documento DE 29 41 504 A1 describe un método para fabricar un material fibroso mecánico a partir de tiras de un material que contiene lignocelulosa mediante la desfibración del material en tiras en una atmósfera de vapor de agua. El método comprende varias etapas en las que el material por medio de un transportador de tornillo es comprimido en un tapón hermético al vapor de agua que se desliza hacia delante.

El documento WO 83/02788 A1 describe un método y un dispositivo para producir pulpa de fibras a partir de un material de partida fibroso que contiene lignocelulosa, en el que dicho material es sometido a precalentamiento en un precalentador mediante vapor de agua y después se tritura a presión aumentada de vapor de agua o gas entre discos de trituración que giran uno respecto al otro en un aparato de trituración para formar una pulpa de fibras que es impulsada desde el aparato en el que se aloja mediante el vapor de agua o el gas al interior de un dispositivo de separación. El material es trasportado no sólo al precalentador sino también desde este último al aparato de trituración por medio de un transportador de tornillo formando un tapón hermético al vapor de agua del material.

El documento DE 10 45 221 B describe un método y un dispositivo para crear y triturar un tapón resistente a la presión de material de celulosa. Dicho tapón se crea mediante un transportador de tornillo.

De este modo, hasta ahora el problema del estallido inverso desde el reactor hacia dentro del sistema no ha sido resuelto todavía de forma efectiva y la presente invención busca mitigar al menos algunos de los problemas relacionados con el mismo.

Por lo tanto, sería ventajoso desarrollar un aparato de alimentación mejorado en el que se evite de manera segura el estallido inverso y la contracorriente del material tratado y a su vez se pueda conseguir una alimentación continua.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, la invención busca preferiblemente mitigar, aliviar o eliminar una o más de las desventajas mencionadas anteriormente individualmente o en cualquier combinación. En particular, se puede ver como un objeto de la presente invención proporcionar un aparato que tenga la función de alimentar y deshidratar biomasa antes de que dicha biomasa deshidratada se introduzca en un reactor de proceso. En el aparato estos tratamientos, es decir, alimentación y deshidratación se realizan a una presión más alta o igual a la presión dentro del reactor.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una alternativa ventajosa a la técnica anterior proporcionando un aparato de alimentación en el que la... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para producir bio-productos. Tales como bio-etanol, a partir de material de biomasa, comprendiendo el sistema:

i) un subsistema de pretratamiento (101) para recoger, transportar, reducir a pulpa, triturar, y liberar dicho material de biomasa a un aparato de alimentación (102) , comprendiendo dicho subsistema de pretratamiento (101) un cortador (204) adaptado para triturar la pulpa,

ii) dicho aparato de alimentación (102) , 10 iii) un reactor (215) para transformar la estructura química y/o física de dicho material,

estando dicho aparato de alimentación (102) adaptado para alimentar un material, preferiblemente orgánico, contenido en un líquido dentro de dicho reactor (215) y comprendiendo:

! un recipiente (301) que comprende una entrada de material para introducir dicho material dentro del recipiente y una salida de material para alimentar dicho material dentro de dicho reactor (215) , ! medios de presurización para presurizar el material de manera que cuando dicho material está dentro del recipiente (391) se presuriza, ! medios de transporte (214) para transportar el material desde la entrada de material a la salida de material

para alimentar dicho material dentro del reactor (215) , ! al menos una salida de líquidos para descargar un líquido fuera del recipiente (301) , ! dentro de dicho recipiente (301) , medios para deshidratar el material que va a ser alimentado dentro de dicho reactor (215) ,

en el que los medios de presurización son o están adaptados para proporcionar una presión dentro del recipiente (301) más alta o al menos igual a la presión dentro del reactor (215) , caracterizado porque el subsistema de pretratamiento (101) comprende una bomba (205) en forma de una bomba de desplazamiento adaptada para impulsar la pulpa dentro del aparato de alimentación (102) , y porque la pulpa (205) se coloca entre el cortador (204) y el aparato de alimentación (102) .

2. Un sistema según la reivindicación 1, que comprende además al menos una entrada de líquido para introducir un líquido dentro del recipiente (301) .

3. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de presurización son o 35 comprenden al menos una bomba (216) .

4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una alojamiento externo de dicho aparato de alimentación (102) , y en el que los medios de presurización son o comprenden al menos una bomba que proporciona una presión dentro de dicho alojamiento externo más alta o al menos igual a la presión dentro del reactor (215) .

5. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de presurización son o comprenden una bomba de desplazamiento o una bomba centrífuga.

6. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha entrada de material comprende una válvula tal como una válvula de retención.

7. Un sistema según la reivindicación 6, en el que dichos medios para deshidratar son o comprenden un transportador de gusano rotatorio, un pistón recíproco o un tornillo de compresión pulsante.

8. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho medio de transporte es un medio de transporte pasivo de manera que el transporte se proporciona mediante la inclinación negativa de dicho recipiente.

9. Un sistema según las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho medio de transporte es un medio de transporte activo tal como un tornillo de transporte o es o comprende una bomba de cavidad progresiva.

10. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho medio de transporte es o comprende medios de deshidratación tal como una prensa de tornillo.

11. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una pluralidad de perforaciones a lo largo de la pared interna de dicho recipiente y medios de paso que conectan dichas perforaciones a dicha salida de un líquido.

12. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un circuito de recirculación de manera que el líquido descargado a través de dicha salida de líquido es reutilizado en un tratamiento de pre-alimentación del material.

13. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios de monitorización para monitorizar la humedad del material que va a ser alimentado en el reactor y que comprende medíos automatizados para responder a la salida de dichos medios de monitorización para controlar la cantidad de líquido introducido a través de dicha entrada de líquidos y la cantidad de líquido descargado a través de dicha entrada de líquidos.

14. Un método para producir bio-productos, tal como bio-etanol, a partir de material de biomasa, comprendiendo dicho método:

i) en un subsistema de pretratamiento (101) recoger, transportar, reducir a pulpa, triturar, y liberar dicho material de biomasa a un aparato de alimentación (102) , comprendiendo dicho subsistema de pretratamiento (101) un cortador (204) adaptado para triturar la pulpa, ii) alimentar el material, preferiblemente orgánico, contenido en un líquido, desde dicho aparato de alimentación (102) dentro de un reactor (215) , donde se trasforma la estructura química y/o física del dicho material.

comprendiendo dicho aparato de alimentación (102) :

! un recipiente (301) que comprende una entrada de material por medio de la cual dicho material es introducido dentro del recipiente y una salida de material por medio de la cual dicho material es alimentado dentro de dicho reactor (215) , ! medios de presurización que presurizan el material de manera que cuando dicho material está dentro del recipiente (301) está presurizado, ! medios de transporte (214) que transportan el material desde la entrada de material a la salida de material, con lo que dicho material es alimentado dentro del reactor (215) , ! al menos una salida de líquidos que descarga un líquido fuera del recipiente (301) , ! dentro de dicho recipiente (301) , medios para deshidratar el material que va a ser alimentado dentro de dicho reactor (215) ,

en el que, mediante los medios de presurización, se proporciona una presión dentro del recipiente (301) más alta o al menos igual a la presión dentro del reactor (215) , caracterizado porque en el subsistema de pretratamiento (101) , la pulpa es triturada mediante el cortador (204) y posteriormente bombeada a través de una bomba (205) en forma de una bomba de desplazamiento, mediante la cual la pulpa triturada es impulsada dentro del aparato de alimentación (102) .

15. Un método según la reivindicación 14, en el que el funcionamiento de dichos medio o dichos medios de deshidratación reducen el contenido de disolvente, tal como el contenido de agua de dicho material al 90%, más preferiblemente al 85%, incluso más preferiblemente al 80%, incluso más preferiblemente al 75%, incluso más preferiblemente al 60%, incluso más preferiblemente al 40%, e incluso más preferiblemente al 10% en peso.