Un procedimiento y una unidad móvil para recoger y pirolizar biomasa.

Un procedimiento para recoger biomasa y para la producción de un líquido de pirólisis y/o carbón vegetal de labiomasa,

que comprende las etapas de:

- recoger la biomasa de un lugar de cultivo por medio de una unidad móvil;

- alimentar de forma continua la biomasa a un aparato de pirólisis alojado en la unidad móvil, cuando la unidad móvilatraviesa el lugar de cultivo;

- descomponer la biomasas en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas de pirólisis, llevándose a cabo la etapa dedescomposición en dicho aparato de pirólisis;

- separación del líquido de pirólisis del carbón vegetal y del gas de pirólisis y recogida del líquido de pirólisis y/o elcarbón vegetal,

caracterizado porque dicha etapa de descomposición de la biomasa se lleva a cabo mientras que simultáneamentese recoge biomasa del lugar de cultivo por medio de la unidad móvil.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2006/000242.

Solicitante: DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: ANKER ENGELUNDSVEJ 1, BYGNING 101 A 2800 LYNGBY DINAMARCA.

Inventor/es: BECH,NIELS, DAM-JOHANSEN,KIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A01D43/00 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A01 AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA.A01D RECOLECCION; SIEGA.Segadoras combinadas con aparatos que permiten realizar operaciones complementarias durante la siega (A01D 37/00, A01D 39/00, A01D 41/00 tienen prioridad).
  • C10B47/22 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA.C10B DESTILACION DESTRUCTIVA DE MATERIAS CARBONOSAS PARA LA PRODUCCION DE GAS, COQUE, ALQUITRAN O MATERIAS SIMILARES (cracking de aceites C10G; gasificación subterránea de materias minerales E21B 43/295). › C10B 47/00 Destilación destructiva de materias sólidas carbonosas con calentamiento indirecto, p. ej., por combustión externa. › en forma dispersa (C10B 47/26 tiene prioridad).
  • C10B53/02 C10B […] › C10B 53/00 Destilación destructiva, especialmente adaptada para materias primas sólidas particulares o en forma especial (carbonización de turba por vía húmeda C10F). › de materias que contienen celulosa (producción del ácido piroleñoso C10C 5/00).

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Fragmento de la descripción:

Un procedimiento y una unidad móvil para recoger y pirolizar biomasa

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo móvil para la recogida de biomasa y para la producción de un líquido de pirólisis y/o carbón vegetal partiendo de biomasa. El líquido de biomasa puede comprender, por ejemplo, aceite de pirólisis o alquitrán. Se describe también un novedoso procedimiento y aparato de pirólisis rápida.

Antecedentes de la invención La pirólisis convencional es un procedimiento en caliente en el intervalo de 200 a 700 ºC que transforma la biomasa en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas, normalmente en ausencia de oxígeno y focalizado a la obtención de carbón vegetal con gran rendimiento. La pirólisis rápida, también denominada como pirólisis instantánea, por otro lado es un procedimiento en el que se calienta rápidamente biomasa hasta una temperatura de pirólisis controlada, y en el que la fase gas se enfría rápidamente, con lo que condensa parcialmente hasta líquido de pirólisis. Este procedimiento obtiene en general un mayor rendimiento de líquido y por tanto busca minimizar el rendimiento de los otros dos productos. Cuando la biomasa se descompone a la elevada temperatura de pirólisis, por ejemplo de 450 a 600 ºC, se forman tres productos principalmente: gas, líquido de pirólisis y carbón vegetal.

Se han propuesto diversos procedimientos y equipos para la producción de gas o líquido de material orgánico en la técnica anterior. El documento US 5.413.227 describe un procedimiento de pirólisis ablativa en un sistema de reacción vórtex, y el documento WO 03/057800 describe un reactor de termólisis ablativa que incluye superficies rotativas. El documento WO 92/09671 describe un procedimiento y equipo que usa un recipiente, que forma un toro o hélice, mediante el cual se puede transportar alimentación a una velocidad que sostiene la alimentación frente a la periferia exterior de la superficie interna del recipiente ya que transita por el recipiente. El documento WO 01/34725 describe un ejemplo de pirólisis ultrarrápida en un ciclón. Se dan otros ejemplos de equipos de pirólisis en los documentos WO 88/09364 y CA 2 365 785.

JERRY WIENS: "MOBILE PYROLYSIS SYSTEM FOR ON-SITE BIOMASS CONVERSION TO LIQUID AND SOLID FUELS" INSTITUTE OF GAS TECHNOLOGY, 1980, páginas 713-720, XP008052810 CHICAGO, ILL. EEUU describe una unidad de pirólisis móvil para la producción de carbón vegetal y aceite pirolítico de biomasa, en el que la unidad de pirólisis móvil comprende dos trailers “low-boy”.

A pesar de los avances en pirólisis y pirólisis ultrarrápida, se ha encontrado que una barrera para la explotación eficiente de biomasa en la producción de combustible es el coste conferido por la recogida y transporte de la biomasa. La biomasa se recoge normalmente en las zonas de cultivo, donde se carga en un camión o trailer para el transporte de la misma hasta una instalación de pirólisis. Debido a la concentración relativamente baja de energía por volumen de la biomasa, la producción incluso de pequeñas cantidades de líquido de pirólisis útil requiere la recogida, transporte y almacenamiento de grandes volúmenes de biomasa. Adicionalmente, a pesar de que los sistemas de pirólisis de la técnica anterior son útiles para muchos fines, se ha encontrado que tienen ciertas limitaciones, ya que algunos de ellos son voluminosos, algunos presentan baja eficiencia, y algunos requieren el ajuste, por ejemplo, de palas de rotor, que reducen la eficiencia en coste general.

Sumario de la invención Es un objetivo de realizaciones preferidas de la presente invención proporcionar un procedimiento y una unidad móvil para la recogida de biomasa que mejore la eficiencia en la recogida y la explotación de biomasa. Es un objetivo adicional de realizaciones preferidas de la presente invención proporcionar un procedimiento y aparato de pirólisis que permita un ensamblaje de pirólisis compacto y eficiente.

En un primer aspecto la invención proporciona un procedimiento para la recogida de biomasa y para la producción de un líquido de pirólisis de la biomasa, que comprende las etapas de:

-recoger la biomasa de un lugar de cultivo, tal como un campo o bosque por medio de una unidad móvil;

-alimentar de forma continua la biomasa a un aparato de pirólisis alojado en la unidad móvil, tal que la unidad móvil atraviesa el lugar de cultivo;

-descomposición de la biomasa en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas de pirólisis, llevándose a cabo la etapa de descomposición en el aparato de pirólisis;

-separación del líquido de pirólisis del carbón vegetal y del gas de pirólisis y recogida del líquido de pirólisis, estando caracterizado el procedimiento porque la etapa de descomposición de la biomasa se lleva a cabo mientras se está recogiendo más biomasa simultáneamente del lugar de cultivo por medio de la unidad móvil.

En un segundo aspecto la invención proporciona una unidad móvil para la recogida de la biomasa y para la producción de líquido de pirólisis de la biomasa, comprendiendo la unidad:

-un aparato de pirólisis para la descomposición de la biomasa en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas de pirólisis;

-un colector de biomasa para recoger la biomasa de un lugar de cultivo;

-un transportador de biomasa para la alimentación continua de la biomasa en el aparato de pirólisis;

-un sistema de separación para la separación del líquido de pirólisis del carbón vegetal y del gas de pirólisis,

estando caracterizada la unidad móvil porque el colector de biomasa, el transportador de biomasa y el aparato de pirólisis se pueden operar tal que el aparato de pirólisis puede descomponer la biomasa, mientras se recoge más biomasa simultáneamente del lugar de cultivo por medio del colector de biomasa.

La pirólisis tiene lugar mientras se recoge simultáneamente más biomasa y se alimenta de forma continua al aparato de pirólisis. De ahí que la pirólisis tenga lugar mientras que la unidad móvil atraviesa el lugar de cultivo, y mientras se recoge biomasa simultáneamente. Por tanto se puede evitar el transporte de volúmenes relativamente grandes de biomasa desde el lugar de cultivo a una instalación de pirólisis remota. Debido a que el líquido de pirólisis tiene una concentración de energía por volumen significativamente mayor que la biomasa, una cierta cantidad de energía requiere menos espacio cuando se presenta en la forma de líquido de pirólisis que cuando se presenta en la forma de biomasa, y la energía puede por tanto ser transportada más convenientemente hasta el consumidor pretendido en forma de líquido de pirólisis. El líquido de pirólisis puede ser transportado desde el lugar de cultivo al consumidor de destino o hasta una instalación de almacenamiento por medio de camiones cisterna o de tanques (por ejemplo, contendores cisterna ISO) , o ser transportado por medio de conductos bajo la acción de bombeo adecuado.

El aparato de pirólisis puede incluir cualquier equipo en sí conocido, tal como por ejemplo cualquiera de los equipos descritos en los documentos US 5.413.227, WO 03/057800, WO 92/09671, WO 01/34725, WO 88/09364 o CA 2 365 785. Los presentes inventores han concebido un aparato de pirólisis alternativo y nuevo, que es particularmente adecuado para los fines de una unidad de pirólisis móvil, y que se describirá a continuación.

La unidad móvil puede comprender una estructura de soporte con ruedas. Se puede proporcionar un sistema de acoplamiento para el acoplamiento de la unidad a un vehículo propulsado. De forma alternativa, la unidad móvil puede incorporar una máquina o motor, de modo que la unidad móvil sea auto-propulsada. La máquina o motor de la unidad móvil puede usar el gas de pirólisis, líquido de pirólisis y/o carbón vegetal como combustible, con lo que se puede reducir la necesidad de una fuente de combustible a parte de la unidad móvil o incluso eliminar. Igualmente en realizaciones de la invención en las que la unidad móvil no sea auto-propulsada, los medios de propulsión, por ejemplo, tractor o camión pueden usar el gas de pirólisis, líquido de pirólisis y/o carbón vegetal como una fuente de combustible.

En el presente contexto la biomasa se tiene que entender como cualquier materia orgánica, tal como plantas o animales o residuos de estos, tal como madera, materiales residuales de procesos agrícolas y forestales, o residuos industriales, humanos y animales, incluyendo pienso a partir de residuos de base petroquímica. La energía química almacenada en plantas y animales deriva de la fotosíntesis con energía solar y se puede transformar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para recoger biomasa y para la producción de un líquido de pirólisis y/o carbón vegetal de la biomasa, que comprende las etapas de:

-recoger la biomasa de un lugar de cultivo por medio de una unidad móvil;

-alimentar de forma continua la biomasa a un aparato de pirólisis alojado en la unidad móvil, cuando la unidad móvil atraviesa el lugar de cultivo;

-descomponer la biomasas en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas de pirólisis, llevándose a cabo la etapa de descomposición en dicho aparato de pirólisis;

-separación del líquido de pirólisis del carbón vegetal y del gas de pirólisis y recogida del líquido de pirólisis y/o el carbón vegetal,

caracterizado porque dicha etapa de descomposición de la biomasa se lleva a cabo mientras que simultáneamente se recoge biomasa del lugar de cultivo por medio de la unidad móvil.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

- recoger tierra del lugar de cultivo y mezclar dicha tierra con el carbón vegetal para de esta manera enfriar el carbón vegetal; -expulsar la mezcla de carbón vegetal y tierra de la unidad móvil.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende además la etapa de formar un surco en el campo de cultivo por medio de un diente de la unidad móvil, y en el que en dicha etapa de eyección la mezcla de carbón vegetal y tierra se alimenta al surco.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato de pirólisis quema al menos una parte de dicho gas de pirólisis en un horno, con lo que que se produce calor y gas de escape.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el aparato de pirólisis quema además al menos una parte de dicho carbón vegetal.

6. El procedimiento de la reivindicación 4 ó 5, que comprende además, antes de la etapa de alimentación continua de la biomasa al aparato de pirólisis:

-alimentación continua de la biomasa a un dispositivo de precalentamiento, en el que la biomasa se precalienta antes de que entre al aparato de pirólisis;

-transportar dicho gas de escape a través del dispositivo de pre-calentamiento, con lo que el gas de escape sirve como una fuente de calor para la biomasa.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, que comprende transportar el gas de escape desde el horno a un primer intercambiador de calor, en el que el gas de escape calienta aire de entrada para el horno.

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que en la etapa de separación, el líquido de pirólisis y al menos una parte de dicho gas de pirólisis se transportan a un separador para la separación del líquido de pirólisis del gas de pirólisis, comprendiendo el procedimiento adicionalmente:

- transportar al menos una parte del gas de pirólisis separado de nuevo al horno.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que el aparato de pirólisis produce líquido de pirólisis vaporizado, comprendiendo la unidad móvil adicionalmente un condensador para la condensación de vapores en el líquido de pirólisis licuado, estando dispuesto el condensador como una unidad separada fuera del aparato de pirólisis o como una unidad integrada del aparato de pirólisis, comprendiendo adicionalmente el procedimiento la etapa de

transportar al menos una parte del líquido separado de nuevo al aparato de pirólisis como una fuente de enfriamiento en el condensador.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el condensador está integrado en el aparato de pirólisis, comprendiendo adicionalmente el procedimiento:

-enfriar dicha parte del líquido separado en un segundo intercambiador de calor antes de que dicho líquido entre en el aparato de pirólisis, usando el segundo intercambiador de calor aire como una fuente de enfriamiento:

-mezclar aire, que sale del segundo intercambiador de calor, con dicho aire de entrada para la corriente aguas arriba o aguas abajo del horno del primer intercambiador de calor.

11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato de pirólisis comprende una centrífuga que define una cámara de centrífuga, comprendiendo adicionalmente el procedimiento, en dicha etapa de descomposición:

-impartir rotación a la biomasa distribuida en el volumen de gas en la cámara de centrífuga, con lo que se fuerza a la biomasa hacia una pared exterior de la cámara de centrífuga;

-mantener dicha pared exterior a una temperatura de 350 a 700 grados Celsius para realizar un proceso de pirólisis en o cerca de la pared exterior de la cámara de centrífuga, con lo que la biomasa se descompone en dicho líquido de pirólisis, gas de pirólisis y carbón vegetal, estando el gas de pirólisis y el carbón vegetal en forma gaseosa.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los vapores de pirólisis se condensan parcialmente en un condensador primario, comprendiendo adicionalmente el procedimiento:

-secado del gas que se origina de la condensación parcial y del uso de al menos una parte del mismo como combustible para un horno y/o para un motor para la propulsión de la unidad móvil;

-mezclar la fase líquida resultante constituida en gran medida por agua con el carbón vegetal para obtener una suspensión;

-distribuir la suspensión sobre el lugar de cultivo y/o recogerla para el procesamiento o la combustión adicionales;

-conducir los vapores formados en el proceso de poner en contacto carbón vegetal caliente con líquido en un condensador terciario con el fin de condensar los componentes que presentan un punto de ebullición menor que el agua;

-mezclar el vapor condensado del condensador terciario con el producto líquido producido por el condensador primario.

13. Una unidad móvil para recoger la biomasa y para producir líquido de pirólisis de la biomasa, comprendiendo la unidad:

- un aparato de pirólisis para la descomposición de la biomasa en líquido de pirólisis, carbón vegetal y gas de pirólisis;

-un colector de biomasa para la recogida de la biomasa de un lugar de cultivo;

-un transportador de biomasa para la alimentación continua de la biomasa al aparato de pirólisis;

-un sistema de separación para la separación del líquido de pirólisis del carbón vegetal y el gas de pirólisis,

caracterizado porque el colector de biomasa, el transportador de biomasa y el aparato de pirólisis se pueden operar de modo tal que el aparato de pirólisis puede descomponer la biomasa, mientras que simultáneamente se recoge biomasa del lugar de cultivo por medio del colector de biomasa.

14. La unidad móvil de la reivindicación 13, que comprende además una estructura de soporte con ruedas y un sistema de acoplamiento para el acoplamiento de la unidad a un vehículo propulsado.

15. La unidad móvil de la reivindicación 13, que comprende además una estructura de soporte con ruedas y un motor con el fin de que la unidad móvil sea auto-propulsada.

16. La unidad móvil de la reivindicación 14 ó 15, que comprende además un motor que usa dicho gas de pirólisis, líquido de pirólisis o carbón vegetal como combustible.

17. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, que comprende además un equipo para la mezcla de líquido de pirólisis con carbón vegetal para formar una suspensión.

18. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, que comprende además:

-un colector de tierra para la recogida de tierra del lugar de cultivo y mezclar dicha tierra con el carbón vegetal para enfriar con ello el carbón vegetal,

-un eyector de tierra y carbón vegetal para eyectar la mezcla de carbón vegetal y tierra de la unidad móvil.

19. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, que comprende adicionalmente un diente para la formación de un surco en el campo de cultivo, estando dispuesto el diente de modo tal respecto a dicha tierra y eyector de carbón vegetal que la mezcla de carbón vegetal y tierra o carbón vegetal y suspensión de agua se puede alimentar al surco durante el uso de la unidad móvil.

20. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, en la que el aparato de pirólisis comprende un horno para la combustión de al menos una parte de dicho gas de pirólisis y/o al menos una parte de dicho carbón vegetal, comprendiendo el horno una salida de gas de escape para expeler el gas de escape del horno.

21. La unidad móvil de la reivindicación 20, en la que la centrífuga se dispone coaxialmente dentro de un horno con lo que el calor para el proceso de pirólisis se puede transportar por conducción a través de la pared exterior de la centrífuga.

22. La unidad móvil de las reivindicaciones 20 ó 21, que comprende además:

-un dispositivo de precalentamiento para el precalentamiento de la biomasa, estando dispuesto el dispositivo de precalentamiento aguas arriba del aparato de pirólisis;

-un conducto para gas de escape para el guiado de dicho gas de escape desde dicha salida de gas de escape del horno hasta el dispositivo de precalentamiento.

23. La unidad móvil de la reivindicación 22, en la que dicho conducto de gas de escape se dispone adicionalmente para guiar el gas de escape hasta un primer intercambiador de calor, que se dispone para calentar el aire de entrada para el horno.

24. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 23, que comprende además un separador para la separación del líquido de pirólisis del gas de pirólisis cuando el líquido de pirólisis y el gas salen del aparato de pirólisis, comprendiendo la unidad móvil adicionalmente:

- un primer conducto de gas para el guiado del gas separado de nuevo al horno.

25. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 24, en la que el aparato de pirólisis produce líquido de pirólisis vaporizado, comprendiendo la unidad móvil adicionalmente un condensador para la condensación de vapores en líquido de pirólisis licuado, estando dispuesto el condensador como una unidad separada fuera del aparato de pirólisis o como una unidad integrada del aparato de pirólisis.

26. La unidad móvil de la reivindicación 24 y 25, que comprende adicionalmente un conducto de fluido para el guiado de al menos una parte del líquido separado de nuevo al aparato de pirólisis como una fuente de enfriamiento para el condensador.

27. La unidad móvil de las reivindicaciones 23 y 26, que comprende adicionalmente:

-un segundo intercambiador de calor dispuesto en dicho conducto de fluido aguas arriba del aparato de pirólisis para enfriar dicha parte del líquido separado;

-un primer conducto de aire para el guiado de aire al segundo intercambiador de calor como una fuente de 5 enfriamiento;

-un segundo conducto de aire para el guiado de aire, que sale del segundo intercambiador de calor, hasta un conducto de entrada para dicho aire de entrada para el horno, para mezclar el aire en el segundo conducto de aire con dicho aire de entrada.

28. La unidad móvil de la reivindicación 23 en combinación con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que comprende además un conducto que se puede conectar con una salida de escape del vehículo propulsado o una salida de escape de dicho motor para permitir que el gas de escape del vehículo o del motor actúe como una fuente de calor en el primer intercambiador de calor.

29. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 28 que comprende adicionalmente una trituradora para triturar la biomasa recogida aguas arriba del aparato de pirólisis.

30. La unidad móvil de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 29, en la que el condensador está integrado en el aparato de pirólisis, y en la que el aparato de pirólisis comprende:

-una cámara de centrífuga delimitada por una pared interior y una pared exterior;

-una entrada por la que se puede alimentar biomasa en la cámara de centrífuga;

-un rotor dispuesto para impartir rotación a la biomasa distribuida en el volumen de gas en la cámara de centrífuga 20 para forzar a la biomasa hacia la pared exterior bajo la acción de fuerzas centrífugas;

-un sistema de calentamiento para mantener dicha pared exterior a una temperatura de 350 a 700 grados Celsius para llevar a cabo el proceso de pirólisis en o cerca de la pared exterior de la cámara centrífuga y con ello descomponer la biomasa en carbón vegetal, gas de pirólisis y vapores de pirólisis, que se pueden condensar en líquido de pirólisis en dicho condensador;

-un transportador de carbón vegetal para transportar el carbón vegetal lejos de la cámara de centrífuga; en la que:

-la pared interior de la cámara de centrífuga es permeable a dichos vapores y gas de pirólisis.

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