PROCESO DE BOMBEO DE BIOMASA EN UN PROCESO DE CARBONIZACIÓN HIDROTERMAL.

Proceso de bombeo de biomasa en un proceso de carbonización hidrotermal.

La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar la relación entre agua de proceso y biomasa en la alimentación a un proceso de carbonización hidrotermal que comprende: (a) al menos un equipo de bombeo constituido por una cámara diseñada para albergar en su interior un pistón conectado a un equipo hidráulico de impulsión; (b) al menos un conducto de alimentación para el suministro de la biomasa a al menos un recipiente de mezcla; (c) al menos una válvula de cierre para regular el paso de agua de proceso entre un depósito para el almacenamiento de agua de proceso y un cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla; y (d) al menos un dispositivo de cierre localizado en el conducto de unión del cilindro al reactor de carbonización hidrotermal de la mezcla de agua y biomasa; donde dicho dispositivo se caracteriza porque el cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla comprende una serie de perforaciones localizadas a lo largo de su superficie, y se encuentra rodeado en su parte externa de un segundo cilindro a modo de camisa exterior. Es asimismo objeto de la invención el proceso llevado a cabo mediante el empleo de dicho dispositivo.

PROCESO DE BOMBEO DE BIOMASA EN UN PROCESO DE CARBONIZACiÓN HIDROTERMAL

Campo de la técnica La presente invención pertenece al campo de la industria química, y más concretamente al campo del tratamiento de la biomasa por carbonización hidrotermal.

En el proceso de carbonización hidrotermal de biomasa, la biomasa aportada al proceso tiene humedades muy dispares: desde menos del 10% hasta incluso más de 80%, por lo que sus características y comportamiento difieren de forma importante. La biomasa seleccionada, antes de ser aportada al proceso de carbonización hidrotermal mediante bombeo de presurización, es diluida con agua de proceso para conseguir una mezcla incompresible y bombeable. El objetivo principal de la mezcla de biomasa con agua de proceso consiste en la eliminación de aire y gases comprimibles, además de favorecer el desarrollo del proceso debido al aporte de ácidos y catalizadores. Estos ácidos y catalizadores se extraen, en parte, del propio proceso de carbonización hidrotermal. Así por ejemplo, pueden extraerse con los condensados que se generan en el proceso, según se describe en la patente ES2339320, o bien pueden recuperarse con el agua en el proceso de separación líquidosólido a la salida del proceso de carbonización hidrotermal. Mediante el reciclaje del agua de proceso se consiguen reducir los consumos de agua potable en la planta, realimentar materia orgánica disuelta al proceso, así como reducir los efluentes del proceso industrial.

En la planta piloto desarrollada por INGELlA, S.L., en funcionamiento desde agosto de 2010, se ha detectado que la biomasa aportada al proceso se diluye en mayor o menor medida con agua de proceso cuando se aplica el bombeo hidráulico tipo pistón.

Otro de los inconvenientes que se ha observado durante los primeros años de funcionamiento de la planta es el desgaste importante que se produce en la bomba de pistón convencional empleada para bombear la mezcla acuosa de biomasa hacia la zona de reacción, donde tiene lugar el proceso de carbonización hidrotermal. Este desgaste es consecuencia de la compresión de la mezcla de agua-sólidos durante el movimiento del pistón del equipo de bombeo hasta su posición intermedia, en el cual el agua de proceso forma una corriente de alta velocidad en las ranuras entre el cilindro y el pistón. A continuación, tras la apertura de la válvula tajadera de cierre del cilindro, la propia presión de proceso empuja los líquidos hacia atrás, aumentando el efecto abrasivo del agua hasta el momento en que el pistón reanuda su movimiento hacia delante. Esta corriente de agua abrasiva implica un desgaste excesivo de los materiales en el solape de la camisa y el pistón en su posición intermedia.

Es, por tanto, objeto de esta invención, presentar un dispositivo capaz de controlar la cantidad de agua de proceso y humedad en la mezcla acuosa de biomasa aportada al proceso de carbonización hidrotermal, con el objeto de conseguir una densidad de biomasa constante y controlable.

Asimismo, es un objeto adicional de la presente invención reducir el efecto abrasivo descrito, facilitando la evacuación del agua incompresible a través de unas perforaciones localizadas a lo largo de la superficie del cilindro, en lugar de a través de la ranura entre pistón y cilindro. De esta forma, se consigue que el pistón pueda avanzar suficientemente hasta que la junta del pistón penetre también en la camisa y forme un cierre hermético frente a la presión de proceso, evitando que se formen las corrientes abrasivas de agua.

Si bien en el estado de la técnica existen patentes cuyo objeto de protección se encuentra dirigido al proceso de carbonización hidrotermal de biomasa, ninguno de estos documentos describe el problema asociado al control de las condiciones de humedad de la biomasa alimentada al proceso. Entre los antecedentes más próximos a la invención cabe mencionar la solicitud de patente EP2166061, donde se describe un dispositivo que comprende un reactor tubular dividido en cuatro regiones para el calentamiento, polimerización, maduración y enfriamiento de la biomasa, o la solicitud DE102009007302, dirigida a un método para transformar una mezcla de biomasa, agua y catalizador en productos como aceite o carbón, mediante un aumento de las condiciones de presión y temperatura aplicadas en un recipiente a presión.

Por otra parte, si bien en DE102008049737 se describe un proceso para producir un residuo carbonoso a partir de biomasa mediante carbonización hidrotermal, el cual comprende concentrar la biomasa mediante la eliminación del contenido de humedad de manera previa al proceso de carbonización, dicha invención no describe un proceso para el control de la humedad de la biomasa alimentada al proceso tal y como se define en la presente invención.

Descripción de la invención El objeto de la presente invención se refiere en primer lugar a un dispositivo para controlar la relación entre agua de proceso y biomasa en la alimentación a un proceso de carbonización hidrotermal que comprende:

(a) un equipo de bombeo constituido por una cámara diseñada para albergar en su interior un pistón que es desplazado, preferentemente, mediante un equipo hidráulico de impulsión;

(b) al menos un conducto de alimentación para el suministro de la biomasa a al menos un recipiente de mezcla localizado en la cámara del equipo de bombeo, o bien en la parte superior de dicha cámara. Dicho recipiente de mezcla dispone de un sistema de aporte de agua de proceso para mantener siempre en su interior un nivel mínimo de agua de proceso que evite la entrada de aire al cilindro de bombeo. El sistema de aporte de agua de proceso dispone a su vez de al menos un depósito para el almacenamiento de agua de proceso que se encuentra conectado a un cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla a través de un conducto que comprende preferentemente al menos una válvula de cierre para la conexión o desconexión de ambos equipos. Asimismo, el cilindro dispone de un dispositivo de cierre, preferentemente una válvula tajadera, localizada en el conducto de unión al equipo la carbonización hidrotermal de la mezcla de agua y biomasa.

Dicho dispositivo se caracteriza por que el cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla comprende una serie de perforaciones localizadas a lo largo de su superficie, y se encuentra rodeado en su parte externa de un segundo cilindro a modo de camisa exterior.

En una realización particular de la invención, el conducto de alimentación de biomasa se encuentra situado en la parte superior del recipiente de mezcla, facilitando su alimentación al mismo por gravedad. Asimismo, en una realización preferida de la invención, dicho conducto de alimentación puede comprender adicionalmente al menos un dispositivo de impulsión, para favorecer el desplazamiento de la biomasa hacia dicho recipiente de mezcla.

A lo largo del proceso, el punto de mezcla agua-sólidos adecuado puede determinarse mediante la contrapresión ejercida sobre el pistón en su movimiento hacia delante. Para medir dicha contrapresión, que afecta al movimiento del pistón, puede instalarse un sensor de presión hidráulica en el equipo hidráulico de impulsión.

Es asimismo objeto de la invención un proceso para controlar la relación entre agua de proceso y biomasa en la alimentación a un proceso de carbonización hidrotermal caracterizado porque comprende:

(a) suministrar la biomasa a al menos un recipiente de mezcla, bien por gravedad, o bien mediante el empleo de al menos un dispositivo de impulsión de la biomasa diseñado para favorecer el desplazamiento de la biomasa hacia el recipiente de mezcla;

(b) localizar el pistón del equipo de bombeo en el interior del recipiente de mezcla, cerrando...

1. Dispositivo para controlar la relación entre agua de proceso y biomasa en la alimentación a un proceso de carbonización hidrotermal que comprende:

(a) al menos un equipo de bombeo constituido por una cámara diseñada para albergar en su interior un pistón conectado a un equipo hidráulico de impulsión;

(b) al menos un conducto de alimentación para el suministro de la biomasa a al menos un recipiente de mezcla que coincide con la cámara del equipo de bombeo, o bien se encuentra situado en la parte superior de dicha cámara;

(c) al menos una válvula de cierre para regular el paso de agua de proceso entre un depósito para el almacenamiento de agua de proceso y un cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla; y

(d) al menos un dispositivo de cierre localizado en el conducto de unión del cilindro al reactor de

2. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1, donde el conducto de alimentación de biomasa se encuentra situado en la parte superior del recipiente de mezcla, facilitando su alimentación al mismo por gravedad, o bien comprende adicionalmente al menos un dispositivo de impulsión para favorecer el desplazamiento de la biomasa hacia dicho recipiente de mezcla.

3. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, donde el equipo hidráulico de impulsión comprende un sensor de presión hidráulica para controlar la presión durante el proceso.

4. Proceso para controlar la relación entre agua de proceso y biomasa alimentada a un proceso de carbonización hidrotermal caracterizado por que se lleva a cabo mediante un dispositivo de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y por que comprende:

(a) suministrar la biomasa a al menos un recipiente de mezcla, bien por gravedad, o bien mediante el empleo de al menos un dispositivo de impulsión de la biomasa diseñado para favorecer el desplazamiento de la biomasa hacia el recipiente de mezcla;

(b) situar el pistón del equipo de bombeo en el interior del recipiente de mezcla, cerrando el paso de la biomasa y el agua de proceso hacia dicho recipiente de mezcla;

(c) desplazar el pistón longitudinalmente desde el interior hacia el exterior del recipiente de mezcla, de modo que la biomasa se vaya introduciendo en el recipiente de mezcla desde el conducto de alimentación, sumergiéndose en el agua de proceso que haya sido previamente introducida en el recipiente de mezcla proveniente de al menos un depósito para el almacenamiento de agua de proceso;

(d) posteriormente, el pistón se desplaza en sentido inverso, hacia el interior del recipiente de mezcla, empujando la biomasa hacia el interior de un cilindro situado a continuación del recipiente de mezcla, al tiempo que parte del agua contenida en dicho cilindro es desplazada hacia el exterior del cilindro a través de unas perforaciones localizadas en su superficie hasta que la presión del cilindro hidráulico que mueve el pistón alcanza un valor determinado, momento en que se para el movimiento del pistón, se cierra la válvula de cierre del conducto de unión entre el cilindro y el depósito para el almacenamiento de agua de proceso y se abre el dispositivo de cierre localizado en el conducto de unión del cilindro al reactor de carbonización hidrotermal de la mezcla de agua y biomasa;

(e) una vez el cilindro ha alcanzado su posición de avance final, se procede a cerrar el dispositivo de cierre localizado en el conducto de unión del cilindro al reactor de carbonización hidrotermal de la mezcla de agua y biomasa, y el pistón inicia su retroceso, en un recorrido durante el cual puede abrirse la válvula de cierre del conducto de unión entre el cilindro y el depósito para el almacenamiento de agua de proceso para dejar entrar agua de proceso al cilindro;

(f) una vez el pistón llega a su posición de retroceso final, la biomasa cae nuevamente al recipiente de mezcla, comenzando de nuevo el proceso.

5. Proceso de acuerdo a la reivindicación 4, donde el agua de proceso está constituida por una mezcla de agua procedente de la corriente de salida del proceso de carbonización hidrotermal, la cual es sometida a un proceso de separación sólido-líquido de manera previa a su mezcla, así como condensados extraídos de diferentes puntos del proceso de carbonización hidrotermal.

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