Método y dispositivo para la fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa.

Método y dispositivo para la fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa.

Método de fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa vegetal que comprende: a) calentar la biomasa contenida en un reactor de carbonización con salida de gases hasta alcanzar una temperatura mínima de 400°C, b) aumentar la temperatura del reactor de carbonización hasta una temperatura mínima de 600ºC, mediante combustión de los gases expulsados por la salida de gases del reactor de carbonización en la etapa a) con una fuente externa de oxígeno, c) carbonizar la biomasa en ausencia de oxígeno manteniendo las condiciones establecidas en la etapa b) hasta que finalice el desprendimiento de gases, d) disminuir la temperatura del reactor de carbonización, y e) extraer el carbón vegetal obtenido del reactor de carbonización. Dispositivo y su utilización de este dispositivo para la obtención de carbón vegetal a partir de biomasa vegetal.

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA FABRICACiÓN DE CARBÓN VEGETAL A PARTIR DE BIOMASA

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un método de fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa, donde se utiliza la energía desprendida en la combustión de los gases emitidos por calentamiento de la biomasa para alcanzar y mantener la temperatura necesaria para la carbonización. Adicionalmente, esta solicitud de patente también describe un dispositivo que permite llevar a cabo el método de fabricación de carbón vegetal de la invención.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El proceso de obtención de carbón vegetal más extendido en la actualidad se realiza con hornos piramidales de tierra y ladrillo con energía exterior principalmente y durante un periodo medio de 2 días.

También se han descrito procedimientos de obtención de carbón vegetal en los que se produce combustión de los gases emitidos por la biomasa . En particular, la patente europea EP671453 81 (Metallgesellschaft AG) describe un procedimiento de producción de carbón en un reactor de lecho movedizo, donde el reactor es una cuba por la que atraviesa gas caliente. En este reactor, la biomasa de partida se introduce por la parte superior, y el

carbón obtenido se recoge por la parte inferior. En este documento se describe la liberación de componentes volátiles de la madera al calentarse ésta, así como también se describe que estos componentes combustionan de forma exotérmi ca en el reactor debido al contenido de oxígeno presente en la biomasa. La exotermia que produce esta combustión se controla con los gases a contracorriente, evitando que la biomasa en reacción aumente de temperatura demasiado rápido, lo que resultaría perjudicial para la dureza del carbón obtenido.

Por otra parte, en la patente europea EP2125994 81 (Themya) se describe un procedimiento de obtención de carbón vegetal en continuo. Este procedimiento comprende la oxidación forzada de los compuestos volátiles emitidos con el objetivo de aumentar la temperatura (T2) de la parte inferior del reactor a 600-750°C, acelerar el procedimiento de mineralización de la biomasa, consumir el oxígeno presente en los gases de inyección que círculan por la columna del reactor y dísminuír progresívamente la temperatura de los gases de inyección (T1) hasta temperatura ambiente .

Sin embargo, los procedimientos descritos hasta la fecha son procesos más complejos y que necesitan mayor cantidad de combustible externo que la presente invención. Así, el método de fabricación de carbón vegetal de la presente invención proporciona un ahorro energético considerable al utilizar la energía propia de los gases desprendidos en la carbonización del material. Adicionalmente, el dispositivo de la presente invención requiere menos componentes físicos que los dispositivos descritos en los documentos citados anteriormente. Los gases desprendidos de la carbonización combustionan fuera del reactor de carbonización y producen un aumento de la temperatura de este reactor, que puede regularse con la chimenea de la cámara de combustión. De esta forma, también se puede controlar la calidad del carbón obtenido de forma sencilla.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un método de fabricación de carbón 20 vegetal a partir de biomasa vegetal que comprende: a) calentar la biomasa contenida en un reactor de carbonización con salida de gases hasta alcanzar una temperatura mínima de 400 oC,

b) aumentar la temperatura del reactor de carbonización hasta una temperatura mínima de 600°C, mediante combustión de al menos parte de los gases expulsados por la 25 salida de gases del reactor de carbonización en la etapa a) con una fuente externa de oxígeno, c) carbonizar la biomasa en ausencia de oxígeno manteniendo las condiciones establecidas en la etapa b) hasta que finalice el desprendimiento de gases, d) disminuir la temperatura del reactor de carbonización, y 30 e) extraer el carbón vegetal obtenido del reactor de carbonización .

En esta solicitud de patente se entiende por "biomasa vegetar cualquier fracción biodegradable de productos o residuos de origen biológico procedente de actividades de jardinería (residuos de jardinería) , agrarias (residuos agrícolas) , o de la silvicultura (residuos 35 forestales) . Preferiblemente, la biomasa vegetal utilizada como producto de partida son residuos de jardinería, agrícolas o forestales tal como, por ejemplo, restos de poda o jardinería. De esta forma, aún se reducen más los costes de fabricación al revalorizar material de residuo, transformándolo en un producto de interés comercial como el carbón vegetal.

Actualmente los residuos de jardinería pueden representar un problema de recolección y vertido incontrolado, por lo que el método de fabricación de la presente invención dota a este residuo de un nuevo "ciclo de vida", al utilizarlo como materia prima para la obtención de carbón vegetal. Por ello, se prefiere especialmente la utilización de residuos de jardinería como materia prima en el método de la presente invención.

Adicionalmente, la biomasa vegetal utilizada se encuentra empaquetada, preferiblemente en forma de pacas cuadradas o rectangulares.

En otra realización preferida, el método de fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa vegetal que se describe en esta solicitud de patente tiene lugar de forma discontinua, es decir, por lotes independientes.

La etapa a) del método de fabricación de carbón vegetal que se describe en esta solicitud de patente, comprende calentar la biomasa de origen vegetal hasta una temperatura mínima de 400°C. Para realizar esta primera etapa de calentamiento se utiliza combustible externo como, por ejemplo, metano, propano o butano, todos ellos gases combustibles comerciales.

Al aumentar la temperatura del reactor de carbonización que contiene la biomasa de origen vegetal, preferiblemente residuos de jardinería, agrícolas o forestales, comienza un proceso químico conocido como pirolisis. En este procedimiento se producen gases, principalmente hidrocarburos ligeros, procedentes de la rotura de las moléculas de celulosa de la biomasa. Debido a la sobrepresión en el interior del reactor, los gases producidos son expulsados del reactor por la (s) salida (s) de gases. De esta forma, la carbonización de la biomasa tiene lugar dentro del reactor en ausencia de oxígeno, ya que el posible oxígeno presente inicialmente en el reactor de carbonización es expulsado por la (s) salida (s) de gases por sobrepresión a medida que se va calentando el sistema en la etapa a) del método.

Una vez han salido del reactor de carbonización, los gases entran en contacto con una fuente de oxígeno en una cámara de combustión y, a temperaturas de 400°C o superiores, 4

se inflaman por combustión espontánea. Esta combustión del gas procedente de la biomasa, produce un aumento de la temperatura del reactor de carbonización que contiene la biomasa vegetal y, así, se vuelve a expulsar gas por pírólisís de la bíomasa en ausencía de oxígeno. De esta forma se puede conseguir, sin necesidad de utilizar combustible externo, que la temperatura alcance los 600 oC, e incluso los 700°C en función de la cantidad de gases emitidos y oxígeno.

Adicionalmente, la energía desprendida en la combustión de los gases de la biomasa también se utiliza para evaporar el agua que contiene la biomasa de partida.

De esta forma, el método de la presente invención permite obtener carbón vegetal a partir de biomasa vegetal con una aportación externa de calorías de un combustible externo y la propia capacidad calorífica de los gases volátiles de la biomasa, que se deprenden al calentarla y producen la retroalimentación del proceso de pirolisis consiguiendo la carbonización de la biomasa vegetal en el interior del reactor de carbonización . De esta forma el aporte de energía externo necesario para llevar a cabo la fabricación de carbón vegetal es aproximadamente un 30% del total necesario.

Adicionalmente, el método de la presente invención permite acelerar el proceso de carbonización de la biomasa, ya que las temperaturas conseguidas con el combustible interno, gases emitidos por degradación de la celulosa, aceleran la expulsión de más gases y así el proceso de obtención de carbón vegetal.

El método de fabricación de carbón vegetal de la presente invención también permite utilizar

parte de los gases emitidos de la pirolisis de la biomasa vegetal, principalmente hidrocarburos ligeros, como fuente de energía para otros usos.

En otra realización preferida, se utiliza la misma fuente externa de oxígeno en las...

1. Un método de fabricación de carbón vegetal a partir de biomasa vegetal que comprende: a) calentar la biomasa contenida en un reactor de carbonización con salida de gases 5 hasta alcanzar una temperatura mínima de 400 oC,

b) aumentar la temperatura del reactor de carbonización hasta una temperatura mínima de 600 oC, mediante combustión de al menos parte de los gases expulsados por la salida de gases del reactor de carbonización en la etapa a) con una fuente externa de oxígeno,

c) carbonizar la biomasa en ausencia de oxígeno manteniendo las condiciones establecidas en la etapa b) hasta que finalice el desprendimiento de gases, d) disminuir la temperatura del reactor de carbonización, y e) extraer el carbón vegetal obtenido del reactor de carbonización .

2. El método de fabricación de carbón vegetal según la reivindicación 1, donde el método tiene lugar de forma discontinua.

3. El método de fabricación de carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde la biomasa vegetal es un residuo de jardinería, residuo forestal o residuo 20 forestal.

4. El método de fabricación de carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la fuente externa de oxígeno de las etapas b) y c) es aire.

5. El método de fabricación de carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la etapa c) de carbonización en ausencia de oxígeno tiene lugar a una temperatura entre 600 y 800'C.

6. Dispositivo para fabricar carbón vegetal a partir de biomasa vegetal comprende:

i) al menos un reactor de carbonización con al menos una salida de gases, ii) una cámara de combustión en contacto térmico con el al menos un reactor de carbonización, iii) al menos una salida de gases de la cámara de combustión al exterior, y iv) medios de calentamiento.

7. Dispositivo para fabricar carbón vegetal según la reivindicación 6, donde el al menos un reactor de carbonización es de acero laminado o acero inoxidable.

8. Dispositivo para fabricar carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o

7, donde cualquiera de los reactores de carbonización puede extraerse completamente del dispositivo.

9. Dispositivo para fabricar carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, 10 i) un reactor de carbonización con varias salidas de gases, ii) una cámara de combustión envolviendo al menos parcialmente el reactor de carbonización, iii) al menos una salida de gases de la cámara de combustión al exterior, y iv) mecheros.

10. El dispositivo para fabricar carbón vegetal según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende: i) un reactor de carbonización metálico, que comprende: una caja metálica y una tapa metálica con orificios, 20 ii) una cámara de combustión formada entre la pared externa del reactor de carbonización y la pared interior de un horno, iii) una chimenea desde la cámara de combustión al exterior, y iv) mecheros.

11. Uso del dispositivo tal como se describe en una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el método de fabricación de carbón vegetal tal como se describe en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.