Procedimiento para la gasificacion de biomasa, dispositivo para aplicar dicho procedimiento.

Procedimiento para la gasificación de biomasa que comprende la recirculación del calor del gas final de tal modo que este es cedido al gas inicial,

al fluido que permite la gasificación inicial y que puede ser un metal fundido y a los fluidos reactantes que se introducen junto con la materia prima para la gasificación inicial.

PROCEDIMIENTO PARA LA GASIFICACION DE BIOMASA, DISPOSITIVO PARA APLICAR DICHO PROCEDIMIENTO.

La invención comprende A) Un procedimiento para la obtención de gas preferiblemente a partir de biomasa, entendiendo como biomasa todo material orgánico, que tiene o tuvo vida, así como cualquier derivado del mismo B) Un dispositivo para la aplicación del procedimiento que se pretende y C) el gas finalmente obtenido.

Durante el procedimiento de descomposición físico-química de la materia orgánica por calor

(pirólisis) , a la biomasa inicial se le añade temperatura, presión y una serie de fluidos reactantes de tal modo que se obtiene ya un gas si bien resulta necesario someterlo a la acción de una antorcha de plasma para elevar su temperatura hasta al menos 1200º de tal forma que ésta destruya las moléculas largas y pesadas que trae dicho gas de la biomasa y que, sin el nivel de temperatura que proporciona la antorcha, no se han podido quebrar en moléculas más cortas hasta llegar a hidrógeno y monóxido de carbono.

Para aumentar la temperatura de la biomasa y del gas resultante de ésta, el procedimiento objeto de la presente comprende la reutilización del calor que desprende el gas final que de este modo se utiliza para calentar la materia prima, entendiendo como tal la biomasa y los fluidos reactantes.

El calor del gas obtenido puede actuar sobre la biomasa y/o la materia prima por medio de diferentes vías que pueden concurrir.

1. Por recirculación del propio gas final por las paredes del conducto por el que discurre la biomasa y/o la materia prima provocándose directa o indirectamente el intercambio de calor entre el gas y la biomasa.

2. Por recirculación, por las paredes del conducto por el que discurre la biomasa y/o la 30 materia prima, de un fluido que previamente ha tomado calor del gas final obtenido.

3. Por introducción, en el conducto por el que discurre la biomasa, de al menos uno de los fluidos reactantes (agua, vapor de agua, oxigeno, aire o dióxido de carbono) que previamente ha tomado calor del propio gas obtenido o de un fluido previamente calentado por este.

ANTECEDENTES

Los sistemas convencionales de gasificación de biomasa con plasma combinan un grado bajo de pirolisis con un grado alto de gasificación con oxígeno puro o aire, asistido por vapor

de agua o dióxido de carbono lo que genera un gas de síntesis usable para combustión o para producir combustibles y también se genera mucho calor que generalmente se emplea en generar más electricidad o para aplicarlo en secar o calentar ambientes.

Otros sistemas, son los sistemas de plasma gasificación sin oxigeno o aire. Estos sistemas consumen mucha energía y para minimizarla se le inyecta el oxígeno apenas necesario para que la biomasa se oxide parcialmente y eleve su temperatura hasta poder gasificar.

El estado actual de la ciencia ha luchado, sin mucho éxito, por lograr traspasar la energía de gasificación de la biomasa saliente a la biomasa entrante. Si lo anterior se lograra realizar

con alta eficiencia, entonces a la antorcha de plasma se le dejaría únicamente el trabajo de suplir la energía perdida en dicho traspaso y de mantener la temperatura a 1200º centígrados de forma que ésta destruya las moléculas largas y pesadas que trae el gas de la biomasa y que la gasificación, sin este nivel de temperatura, no puede quebrar en moléculas más cortas para poder llegar a hidrógeno y monóxido de carbono.

Para lo anterior, se han construido equipos con sistemas de recuperación de calor que tratan de pasar el calor saliente del reactor de plasma a la biomasa, teniendo que afrontar dos problemas.

El primer problema es que la construcción actual de los intercambiadores de calor de doble cámara, para transferir calor de un gas a un sólido granulado como el de biomasa, no son eficientes.

El segundo problema es que si se usa una sola cámara inyectando aire o algún gas que aporte calor junto con la materia prima, los gases de descomposición de la esta materia prima se mezclan con los gases calientes que circulan para calentarla y esto conlleva a la necesidad de hacer una futura y costosa separación de gases, o bien a resignarse a obtener un gas final muy pobre en su contenido energético.

Conllevando los dos problemas expuestos anteriormente, el estado actual de la ciencia ha consistido en aplicar una parte del calor saliente de los gases que circulan por el reactor de plasma, a precalentar en forma separada: la materia prima, el vapor de agua y el oxígeno o gas reactante, para llevar dicha materia prima a temperatura de gasificación; otra parte del calor para elevar la temperatura al gas que luego es sometido a la antorcha de plasma para poder optimizar el proceso de gasificación; y el calor restante, se usa para brindar servicios de secado o calentamiento de ambientes.

Si se lograra eficientemente trasladar casi en su totalidad el calor de alta temperatura del gas final directamente a la biomasa, contribuiría a que se generara mayor cantidad de hidrógeno a que si la oxidación parcial se realizara con oxígeno puro o del aire; a esta cantidad de calor de alta temperatura junto sólo le haría falta otra cantidad minoritaria que le podría aportar la antorcha de plasma para facilitar la deseada oxidación parcial de la materia prima con el oxígeno del vapor de agua.

Es conocido que lo anterior sucede sólo a temperaturas mayores a los 1.150 grados centígrados con exposición a rayos ultravioleta y que esto es fácilmente alcanzable con la ayuda de la antorcha de plasma.

También se conoce que este hidrógeno que se liberaría del vapor de agua, enriquecería el gas de síntesis en su contenido energético y que tendría la capacidad de duplicar el ratio molar de hidrógeno a monóxido de carbono (H/CO) que generan los sistemas convencionales que usan como reactante principal el oxígeno puro o del aire.

Lograr eficientemente trasladar casi en su totalidad la cantidad de calor de alta temperatura del gas final a la biomasa para lograr en ella una oxidación parcial de bajo costo y un gas de síntesis enriquecido con hidrógeno, es precisamente lo que se logra con el procedimiento innovador que presenta esta patente y que se explica a continuación.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

El procedimiento objeto del presente comprende las siguientes fases:

Una fase inicial en donde la biomasa se introduce en un reactor al que llamaremos unidad 1 para iniciar el proceso de pirolisis de la materia prima, proceso mediante el cual se descompone la materia a gas, todo ello por acción del calor proveniente de, al menos, una fuente de calor Esta unidad 1 cuenta con chaqueta doble de forma que también actúa como intercambiadora de calor tomando el calor directa o indirectamente del gas saliente del proceso de gasificación.

El gas saliente o un fluido que ha tomado el calor de este, circula entre la doble chaqueta del reactor y contribuye a elevar la temperatura de las materias primas que discurren por el interior del reactor y que absorben calor.

Además del calor derivado del gas final, las materias primas pueden tomar calor tanto de un 10 lecho de un fluido no volátil como de de los fluidos reactantes inyectados.

El fluido no volátil, para traspasar eficientemente el calor, conviene que esté en agitación horizontal y vertical en forma simultánea, para lo cual puede incluirse un agitador en el reactor, habiéndose realizado pruebas con metales fundidos, por ejemplo estaño, o una aleación de éste con otro material, obteniéndose buenos resultados.

En relación a los fluidos reactantes son preferibles el agua, vapor de agua, oxigeno, aire, dióxido de carbono, que previamente han tomado calor, directa o indirectamente, del propio gas final.

Durante esta primera fase la materia prima se eleva a una temperatura entre 250º y 900º

Una fase posterior en donde se somete al gas obtenido en la fase antes descrita, a la acción de rayos ultravioletas por acción de una antorcha de plasma, elevando la temperatura del

mismo hasta una temperatura entre 1150º y 1250º centígrados, obteniéndose gas de síntesis. Esta fase se desarrolla en al menos un segundo reactor (9) al que denominaremos unidad 2.

Tras la salida del gas de síntesis de la unidad 2 se utiliza su calor para calentar la unidad 1

así como para calentar los fluidos reactantes que serán finalmente inyectados en este primer reactor.

La inyección de los fluidos reactantes en el reactor contribuye a favorecer la oxidación parcial de los gases provenientes de la materia prima inicial, aportar presión en el interior de las unidades y generar turbulencia....

1. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS A PARTIR DE BIOMASA

iniciándose mediante pirolisis del tipo de los que comprenden una etapa inicial de calentamiento de la biomasa hasta su gasificación con una etapa de oxidación parcial y exposición de los gases a rayos ultravioleta por acción de una antorcha de plasma caracterizado porque comprende:

1. Una primera fase en donde la biomasa, que puede estar previamente precalentada, es introducida en un reactor comprendiendo esta fase a su vez:

a) Precalentamiento de al menos uno de los siguientes fluidos reactantes: agua, vapor de agua, oxigeno, aire, dióxido de carbono o hidrógeno.

b) Aumento de la presión en el interior del intercambiador mediante la introducción de, al menos, uno de los fluidos reactantes señalados mezclándose con la biomasa y constituyendo la materia prima.

c) Pirolisis de los gases provenientes de la biomasa.

d) Elevación de la temperatura de la materia prima hasta una temperatura entre 250º y 900º centígrados.

2. Una segunda fase en donde la temperatura del gas proveniente de la materia prima se eleva entre los 1150º y los 1250º centígrados bajo sometimiento a la acción de rayos ultravioletas, por acción de una antorcha de plasma generándose gas de síntesis.

3. Una tercera fase en donde el gas resultante de la segunda fase es sometido a un proceso de enfriamiento transmitiendo su calor de forma directa o indirecta tanto a la materia prima en estado sólido o gaseoso como a los fluidos reactantes.

4. Una cuarta fase, opcional, que comprende al menos una de las siguientes operaciones:

a) Análisis del gas resultante para determinar, al menos, su ratio molar de hidrógeno/monóxido de carbono y de monóxido de carbono/dióxido de carbono de forma que:

i. En caso de variar el ratio molar de hidrógeno/monóxido de carbono en el gas final se procede a variar en sentido contrario la velocidad de alimentación del agente oxidante utilizado: agua o vapor de agua, dióxido de carbono y oxígeno en el proceso hasta obtener el ratio fijado.

ii. En caso de variar el ratio molar de monóxido de carbono/dióxido de carbono en el gas final se varía, en el mismo sentido, la velocidad de alimentación del agente oxidante utilizado: agua o vapor de agua, dióxido de carbono y oxígeno hasta obtener el ratio fijado.

b) Análisis de la velocidad de producción de gas de síntesis final en donde si se varía la velocidad de producción deseada del gas de síntesis final, el medidor digital de composición de gases ordena variar en dirección contraria y en forma proporcional, la velocidad de alimentación de todos los componentes de la materia prima y reactantes: material orgánico, agua o vapor de agua, oxígeno y/o dióxido de carbono; también del gas ionizado que genera el arco eléctrico para formar la antorcha de plasma y la electricidad que alimenta el plasma.

c) Detección de la temperatura en el sistema intercambiador de calor principal de tal forma que si se varía la temperatura, también varía en dirección contraria el ingreso de oxígeno o reactante oxidante a dicha unidad hasta obtener el nivel de temperatura fijado.

2. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS A PARTIR DE BIOMASA según reivindicación 1 caracterizado por que la materia prima, preferiblemente durante la primera fase, entra en contacto con un fluido no volátil caliente.

3. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS A PARTIR DE BIOMASA según reivindicación 2 caracterizado por que el fluido no volátil se encuentra en estado de agitación horizontal y vertical en forma simultánea.

4. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS A PARTIR DE BIOMASA según reivindicación anterior caracterizado porque el fluido no volátil es un metal.

5. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS A PARTIR DE BIOMASA según reivindicación anterior donde el fluido no volátil comprende estaño.

6. DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA OBTENCION DE GAS A PARTIR DE BIOMASA caracterizado porque comprende al menos un reactor que a su vez comprende:

a) Un contenedor exterior (15) con al menos una entrada y una salida conectadas entre si de tal modo que se genere un circuito por el que pueda discurrir al menos un gas o fluido.

b) Un contenedor interior (5) que alberga un fluido no volátil a elevada temperatura en estado de agitación horizontal y vertical en forma simultánea, en donde dicho contenedor posee una boca de alimentación (1) por donde la materia prima es llevada desde el exterior hasta su contacto con el fluido (2) , una entrada por donde son introducidos desde el exterior del reactor los fluidos reactantes (3) , una salida en un punto superior a la superficie del fluido, por donde escapa al exterior del reactor el gas inicial, y una salida a poca altura de la superficie del fluido, por donde vierten al exterior, a través del oportuno conducto (6) , los residuos sólidos que resultan tras la gasificación de la materia prima.

2.

7. DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA OBTENCION DE GAS A PARTIR DE BIOMASA caracterizado por que comprende al menos un agitador para el fluido no volátil.

8. DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA OBTENCION DE GAS A PARTIR DE BIOMASA caracterizado por que comprende al menos una fuente de calor.

9. DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO ANTES DESCRITO

según la reivindicación anterior, caracterizado por comprender uno o más reactores del mismo tipo, donde si son más de dos reactores pueden estar dispuestos e interconectados en serie o en paralelo al primero, o en combinación de ambas disposiciones.

FIG.1

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201330032

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 15.01.2013

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : C10J3/57 (2006.01) C10B49/14 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoria @ Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A A A A A WO 2009155697 A1 (NEXTERRA SYSTEMS CORP et al.) 30.12.2009, párrafos [0022]-[0026]. US 2006185246 A1 (HANUS GARY J et al.) 24.08.2006, párrafo [7]; figura 1. US 2008307703 A1 (DIETENBERGER MARK A et al.) 18.12.2008, párrafos [0023]-[0028], [0036]. WO 8002149 A1 (BOLIDEN AB et al.) 16.10.1980, página 2, línea.

2. 31; página 3, líneas 1-21. US 2007266633 A1 (TSANGARIS ANDREAS et al.) 22.11.2007, párrafos [0002], [0013], [0014], [0020]-[0022]. 1-9 1-9 1-9 1-9 1-9

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado º para todas las reivindicaciones º para las reivindicaciones nº :

Fecha de realización del informe 28.03.2014 Examinador I. González Balseyro Pagina 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201330032

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) C10J, C10B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINION ESCRITA

Nº de solicitud: 201330032

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 28.03.2014

Declaración

Novedad (Art. .1 LP 11/198 ) Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 ) Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINION ESCRITA

Nº de solicitud: 201330032

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento Numero Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01 WO 2009155697 A1 (NEXTERRA SYSTEMS CORP et al.) 30.12.2009

D02 US 2006185246 A1 (HANUS GARY J et al.) 24.08.2006

D03 US 2008307703 A1 (DIETENBERGER MARK A et al.) 18.12.2008

D04 WO 8002149 A1 (BOLIDEN AB et al.) 16.10.1980

2. Declaración motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración El objeto de la invención es un procedimiento para la obtención de gas a partir de biomasa donde ésta se somete inicialmente a una gasificación y los gases obtenidos son pirolizados por la acción de una antorcha de plasma, existiendo en el proceso una recuperación de calor mediante calentamiento de las corrientes frías con las corrientes calientes. Asimismo también es objeto de la invención el dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento.

El documento D01 divulga un proceso de obtención de gases a partir de biomasa donde una vez precalentada, la biomasa se somete a gasificación en presencia de aire (u otro gas que contenga oxígeno) . El gas obtenido en la gasificación a 540º C se calienta a 870º C con el gas de síntesis obtenido aguas abajo y es sometido a craqueo térmico mediante una antorcha de plasma alcanzándose una temperatura de unos 1150º C teniendo lugar así la ruptura de las moléculas largas/pesadas y obtención del syngas. (Ver párrafos [0022]-[0026]) .

El documento D02 divulga un proceso de conversión de biomasa en gas de síntesis utilizando una antorcha de plasma donde la biomasa que se alimenta se expone directamente a la acción de la llama de la antorcha de plasma. (Ver párrafo [0007], fig. 1) .

El documento D03 divulga un proceso de gasificación de biomasa en gas de síntesis donde la biomasa se seca inicialmente a una temperatura menor de 200º C y posteriormente se somete a pirolisis y craqueo a una temperatura entre 300 y 800º C. Ambas etapas se llevan a cabo en lechos de metal fundido. (Ver párrafos [0023]-[0028], [0036]) .

El documento D04 divulga un proceso de obtención de gas a partir de un material carbonoso, para ello utiliza dos baños de metal fundido donde el material a gasificar es introducido en el primer baño a 500º C y posteriormente en el segundo baño que se encuentra a 1200º C. (Ver pág. 2, línea.

2. 31; pág. 3, líneas 1-21) .

Ninguno de los documentos D01-D04 citados o cualquier combinación relevante de los mismos revelan un procedimiento de gasificación de biomasa donde utilizando una antorcha de plasma se efectúe un aprovechamiento del calor de la corriente de producto de salida tal y como se define en la reivindicación 1 de la solicitud, consiguiéndose así una elevada eficiencia energética del sistema. Asimismo tampoco revelan un dispositivo como el recogido en la reivindicación 6 de la solicitud.

Por lo tanto, se considera que la invención recogida en las reivindicaciones 1-9 cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva, según lo establecido en los Artículos 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes.

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