PRODUCTO BIOCOMBUSTIBLE Y PROCESO DE OBTENCIÓN.

Producto biocombustible y proceso de obtención.

La presente invención se refiere a un proceso para la obtención de un biocombustible a partir de una mezcla acuosa de biomasa carbonizada obtenida en un proceso de carbonización hidrotermal de biomasa,

caracterizado porque comprende: (a) moler la mezcla acuosa de biomasa carbonizada hasta obtener un tamaño máximo de las partículas contenidas en la mezcla inferior a 500 micrómetros; (b) aplicar un proceso de separación física de inorgánicos; y (c) reducir el contenido de humedad hasta alcanzar un contenido de agua comprendido entre un 25% y un 55% en peso. Es asimismo objeto de la invención el biocombustible obtenido a partir de dicho proceso, así como su uso en distintas aplicaciones.

Producto biocombustible y proceso de obtención

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.

Estado de la técnica anterior a la invención El proceso de carbonización hidrotermal (HTC) se conoce ya desde su descripción por parte de Friedrich Bergius en 1913, pero sólo en los últimos años se están desarrollando plantas industriales. Ingelia S.L. es una de las primeras empresas que ha desarrollado un proceso industrial de carbonización hidrotermal en continuo, tal y como se describe en las patentes españolas ES2339320 y ES2339321, y tiene operativa una planta desde el mes de agosto de 2010. El objetivo del proceso es revalorizar biomasa con un alto contenido de humedad, como por ejemplo podas de jardinería, restos de explotaciones forestales y agrícolas, piel de naranja, huesos de aceituna y otros restos de frutas y verduras, etc., mediante la aplicación de presión y temperatura en condiciones acuosas, obteniendo un producto en agua llamado biocarbón.

Inicialmente se desarrolló la fabricación de pellets de carbón comprimido y seco para su aplicación en centrales térmicas y/o termoeléctricas a partir de la mezcla acuosa de biocarbón obtenida en el proceso HTC. Sin embargo, esta aplicación requiere un secado térmico del biocarbón para conseguir humedades inferiores al 10%, además de presentar los inconvenientes logísticos de los combustibles sólidos, como pueden ser la carga y descarga, así como el potencial de autocombustión en atmósfera oxidante.

De este modo, es objeto de la invención definir un nuevo proceso de post-tratamiento para el carbón HTC, con objeto de disminuir los costes de producción y transporte, así como maximizar su uso en forma de Biocoal Water Fuel (en adelante, BWF) .

En la literatura, existen estudios relativos a combustibles basados en una mezcla de carbón mineral y agua (conocidos como CWF, del inglés Coal Water Fuel) . Así por ejemplo, Wibberley et al. (“Efficient use of Coal Water Fuels”, Technology Assessment Report 74, CSIRO Energy Technology, 2008) describieron el uso de CWF para generar energía, centrándose en las posibilidades para disminuir las pérdidas de eficiencia en las distintas etapas del proceso.

Otros estudios referentes al CWF se han descrito en Wilson, R. et al. (“Coal-fueled diesels for modular power generation”, presentada en la Conferencia Joint Power Generation, Kansas City, MO, 17-21 Oct. 1993, US 4465495 (“Process for Making Coal Water Fuel Slurries and Product thereof”) , US 3941552 (“Burning Water-in-oil Emulsion containing Pulverized Coal”) o US 4335684 (“Micronized Coal Water Fuel Slurr y for Reciprocating Internal Combustion Engines”) .

Aunque se han realizado diversas investigaciones sobre este tipo de combustible durante varias décadas (incluso a principios del siglo XX) , la imposición del CWF en el mercado ha fallado principalmente por el bajo coste del petróleo durante la segunda mitad del siglo XX y la necesidad de emplear dispersantes debido a la naturaleza opuesta del carbón, que es apolar y del agua, que es polar. Sin embargo, dado el incremento del coste del petróleo en los últimos años, se considera necesario buscar alternativas económicas y eficaces a este tipo de combustible. Además, el biocarbón tiene un contenido en oxígeno considerable, lo que proporciona a este material propiedades más bien polares y una cierta afinidad al agua. La presente invención se dirige por tanto a presentar un nuevo biocombustible obtenido a partir del producto del proceso HTC.

Descripción de la invención Como antecedente más próximo a la presente invención cabe mencionar la patente ES2339320, cuyo contenido se incorpora a la presente solicitud por referencia. En esta patente se describe el proceso de carbonización hidrotermal a partir de una mezcla acuosa de biomasa, el cual se lleva a cabo durante un periodo de 2 a 12 horas a una temperatura comprendida entre 180 y 225 ºC y una presión entre 10 a 25 bar. Como resultado del proceso se obtiene una mezcla acuosa de biomasa carbonizada con partículas porosas de diferentes tamaños, que es recogida de la parte inferior del reactor vertical de flujo invertido en el que tiene lugar el proceso de carbonización hidrotermal. De manera particular, el contenido de agua puede variar entre un 80% y un 90%.

Si bien es posible conseguir la separación de agua hasta un contenido de aproximadamente 50% con medios mecánicos y procesos estándar y económicos, para disminuir el contenido de humedad por debajo del 50% se requieren procesos térmicos con elevado coste y/o autoconsumo de combustible.

Con objeto de solventar esta dificultad, la presente invención se basa en el empleo de un “portador de energía” que permita un nivel alto de humedad, lo cual significa una ventaja para el proceso HTC. Así sucede con el denominado Coal Water Fuel (CWF) . Dicho combustible consiste en una mezcla de un 45% a un 75% en peso de carbón mineral molido en partículas finas (de menos de 500 micras) y de un 25% a un 55% de agua con al

menos un dispersante químico preferentemente seleccionado entre poliestireno poliolefinas y polimetacrilato, siendo dichos dispersantes químicos empleados en cantidades muy pequeñas, preferentemente inferiores al 3% en peso, y más preferentemente inferiores a un 1% en peso. La gran desventaja del combustible CWF es la naturaleza del carbón mineral empleado para su fabricación. Sus propiedades requieren la adición de un agente de dispersión que es un producto elaborado de la Industria Química con un cierto valor significativo en el cálculo del precio del combustible.

Es, por tanto, objeto de esta invención, un biocombustible (denominado Biocoal Water Fuel (BWF) ) que se caracteriza por aprovechar las características de la biomasa carbonizada obtenida en el proceso HTC como mezcla con agua, con propiedades optimizadas con respecto al Coal Water Fuel (CWF) , al presentar una polaridad diferente de las superficies. Este nuevo biocombustible (BWF) se caracteriza por que presenta los valores que se muestran en la tabla 1, donde los valores señalizados con (daf) se refieren a base seca y sin cenizas:

Tabla 1. Características del biocombustible (BWF)

PCS, (daf) > 24 MJ/kg

PCS con humedad del 30% 17 MJ/kg

Carbono (C) (daf, según CEN/TS 15104) > 60% (daf)

Hidrógeno (H) (daf, según CEN/TS 15104) 5, 5-6, 5% (daf)

Nitrógeno (N) (daf, según CEN/TS 15104) 0, 5-2, 5% (daf)

Azufre (S) (daf, según EN 15289) <0, 3% (daf)

Cloro (Cl) (daf, según EN 15289) <0, 3% (daf)

Punto fundición de cenizas (según CEN/TS 15289) > 1250ºC

Contenido de cenizas, en base seca (EN 14775) < 8%, preferentemente <2%

Tamaño partículas (según EN149) <500 micras, preferentemente <20 micrómetros

Volátiles (daf, según EN 15148) 50-70% (daf)

Contenido de agua (según EN 14774) 25%-55%

Es asimismo objeto de la invención un proceso para la obtención del biocombustible BWF anteriormente descrito. Este proceso consiste en un post-tratamiento de la mezcla acuosa de biomasa carbonizada obtenida a partir del proceso HTC y se caracteriza por que comprende:

(a) moler la mezcla acuosa de biomasa carbonizada hasta obtener un tamaño máximo de las partículas contenidas en la mezcla inferior a 500 micrómetros y preferentemente inferior a 20 micrómetros. Esta molienda se lleva a cabo preferentemente en molinos de bolas, molinos de chorro de agua, molinos centrífugos o molinos por nutación, entre otros;

(b) aplicar un proceso de separación física de inorgánicos (minerales, vidrios o metales) , preferentemente mediante separación gravimétrica, flotación, u otros medios. De manera preferente, este proceso se lleva a cabo de manera adecuada para alcanzar un contenido de cenizas en el biocombustible inferior al 8% en peso;

(c) reducir el contenido de humedad hasta alcanzar un contenido de agua comprendido entre un 25% y un 55% en peso. Esta etapa de densificación/deshidratación puede llevarse a cabo por un método de los habitualmente empleados en la técnica (preferentemente seleccionado entre filtración, centrifugación, prensado, etc.) .

En la tabla 2 se recogen las características de la mezcla acuosa de biomasa carbonizada obtenida a partir del proceso HTC, a partir de la cual se obtiene el biocombustible BWF objeto de la invención.

Tabla 2. Características de la mezcla acuosa de biomasa carbonizada a la salida del proceso HTC

PCS, (daf) > 24 MJ/kg

PCS con humedad del 80% 4-5 MJ/kg

Carbono (C)... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la obtención de un biocombustible a partir de una mezcla acuosa de biomasa carbonizada obtenida en un proceso de carbonización hidrotermal de biomasa, caracterizado por que comprende:

(a) moler la mezcla acuosa de biomasa carbonizada hasta obtener un tamaño máximo de las partículas contenidas en la mezcla inferior a 500 micrómetros;

(b) aplicar un proceso de separación física de inorgánicos;

(c) reducir el contenido de humedad hasta alcanzar un contenido de agua comprendido entre un 25% y un 55% en peso.

2. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un pre-tratamiento previo de la mezcla acuosa de biomasa carbonizada, donde dicho pre-tratamiento a su vez comprende:

(a) una primera molienda de la mezcla acuosa de biomasa carbonizada hasta obtener un tamaño medio de partícula inferior a 5 mm;

(b) una primera separación de inorgánicos;

(c) una primera etapa de deshidratación hasta obtener un contenido en agua inferior a un 50% en peso.

3. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que comprende una etapa adicional de mezcla y dosificación de al menos un dispersante químico en un porcentaje inferior a un 3% en peso.

4. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende una etapa posterior a la etapa (b) de separación física de inorgánicos, donde dicha etapa adicional comprende un lavado químico mediante la adición de al menos una base y/o la adición de al menos un ácido para la separación química de inorgánicos.

5. Biocombustible obtenido a partir de un proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Biocombustible de acuerdo a la reivindicación 5, caracterizado porque comprende un poder calorífico superior a 24 MJ/kg, con referencia a base seca y sin cenizas.

7. Biocombustible de acuerdo a la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque comprende un porcentaje de agua comprendido entre un 25% y un 55% en peso.

8. Uso de un biocombustible de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 en una aplicación seleccionada entre combustible para calderas; combustible para motores de combustión interna de ciclo diesel; combustible para turbinas de gas y combustible para células de combustión.