Sistema de tuberías desde un reactor hasta un separador y método para controlar el flujo de proceso.

Aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material (10) de biomasa que comprende:

al menos un conducto (24) de descarga dispuesto de modo que se extiende desde un recipiente (20) de reactor presurizado en salidas (21) de recipiente de reactor, en el que el al menos un conducto (24) de descarga tiene un área de sección transversal interna y en el que el al menos un conducto (24) de descarga está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) descargados desde el recipiente (20) de reactor presurizado;

un colector (26) de recogida-expansión conectado a un extremo (27) de salida del al menos un conducto (24) de descarga;

un conducto (28) de recogida que tiene una entrada (29) conectada al colector (26) de recogida-expansión, en el que el conducto (28) de recogida está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) que fluyen desde el al menos un conducto (24) de descarga, y en el que el conducto (28) de recogida tiene un área de sección transversal interna que es sustancialmente mayor que el área de sección transversal interna del al menos un conducto (24) de descarga; y

un dispositivo (30) de separación acoplado a un extremo de salida del conducto (28) de recogida, en el que el dispositivo (30) de separación está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) procedentes del conducto (28) de recogida.

Sistema de tuberías desde un reactor hasta un separador y método para controlar el flujo de proceso

Antecedentes de la invención 5

Los sistemas de explosión de vapor actuales habitualmente consisten en un recipiente de reactor, un sistema de tuberías y un dispositivo de separación. El recipiente de reactor contiene biomaterial infusionado con vapor a presión. El material de biomasa infusionado con vapor rápidamente pierde presión en el sistema de tuberías a medida que se desplaza desde el recipiente de reactor al dispositivo de separación. El dispositivo de separación 10 vuelve a capturar el vapor y otros gases deseables.

Los sistemas de tuberías tradicionalmente eran propensos a obturación, bloqueo u obstrucción mediante el material de biomasa que fluye a través de los mismos. Cuando se obstruyen, los sistemas de explosión de vapor tradicionales generalmente se paran para su mantenimiento. Esto puede dar como resultado una pérdida de 15 producción. Hay muchas características de los sistemas de tuberías que contribuyen a este problema.

Breve descripción de la invención

En los sistemas de explosión de vapor, es deseable y típico que los tubos en estos sistemas de tuberías tengan un 20 diámetro pequeño para minimizar el consumo de vapor, porque un uso excesivo de vapor aumenta los costes de producción. Los diámetros de tubo pequeños pueden ayudar a alcanzar este objetivo, pero desafortunadamente estos diámetros pequeños también contribuyen al bloqueo.

Los tubos en los sistemas de tuberías normalmente contienen varios dispositivos de restricción tales como válvulas, 25 acodamientos, codos y pasos largos. Las válvulas pueden ajustarse en ocasiones a posiciones parcialmente abiertas para conseguir diferentes caudales deseados de material de biomasa y vapor. Estas válvulas parcialmente abiertas pueden presentar bordes de válvula dentro de los tubos que tienen tendencia a atrapar depósitos de material de biomasa. A medida que los depósitos de biomasa se acumulan, los tubos se obturan, se bloquean o se obstruyen. 30

Además, velocidades de flujo que se aproximan a la velocidad del sonido son típicas en sistemas que funcionan con una elevada caída de presión desde el reactor hasta el dispositivo de separación. Como resultado, las válvulas y otras piezas móviles dentro de los sistemas de tuberías pueden desgastarse, requiriendo con frecuencia su reparación o sustitución. 35

Los esfuerzos para reducir la cantidad de obturación, bloqueo u obstrucción en un sistema de tuberías han implicado generalmente acortar la longitud de la tubería entre el recipiente de reactor y el dispositivo de separación. El diámetro de la tubería también puede aumentarse, pero esto puede requerir un aumento de la cantidad de utilización de vapor. El acortamiento de la tubería reduce el área de superficie y los bordes sobre los que pueden quedar 40 atrapados depósitos de biomasa. Para acortar la tubería, el recipiente de reactor y el dispositivo de separación deben estar físicamente uno cerca del otro. Las limitaciones de espacio y otros equipos pueden suponer dificultades a la hora de ubicar de manera próxima entre sí un recipiente de reactor y un dispositivo de separación.

Desde hace tiempo existe la necesidad de sistemas de tuberías usados en sistemas de explosión de vapor que sean 45 menos propensos a depósitos de biomasa y que tengan relativamente pocos componentes que tengan tendencia al desgaste, al tiempo que también prevean un medio para ajustar el flujo de vapor desde el recipiente de reactor al dispositivo de separación.

A la luz de esta necesidad que existe desde hace tiempo, la presente invención proporciona un aparato y un método 50 para el tratamiento por explosión de vapor de material de biomasa tal como se expone en las reivindicaciones independientes adjuntas. Características opcionales preferidas se enumeran en las respectivas reivindicaciones dependientes.

La presente realización se refiere en general a sistemas de tuberías para mezclas de vapor y material de biomasa 55 que fluyen desde un recipiente de reactor presurizado, y particularmente se refiere a sistemas de tuberías entre un recipiente de reactor presurizado para un proceso de explosión de vapor y un dispositivo de separación. Esta realización prevé que el vapor y el material de biomasa fluyan a través del sistema de tuberías, que puede ajustarse cambiando las longitudes de tubería y ajustando la ubicación del colector de recogida-expansión con respecto a los conductos de descarga del recipiente de reactor presurizado. 60

Se han concebido un método y un sistema para controlar o limitar el flujo de vapor fuera del recipiente de reactor presurizado, en los que un recipiente de reactor presurizado está conectado mediante tuberías a un dispositivo de separación. A efectos de esta solicitud, "tubería" o "tubo" se refiere a cualquier conducción que pueda usarse en un sistema de explosión de vapor. El sistema de explosión de vapor incluye un recipiente de reactor presurizado, tal 65 como un recipiente de reactor presurizado de explosión de vapor que tiene al menos un conducto de descarga que permite que el material de biomasa y el vapor procedentes del recipiente de reactor presurizado fluyan hasta un punto en el que los conductos de descarga se conectan a una única conducción. Esta conducción se conoce como "conducto de recogida" y el punto en el que se conectan los conductos de descarga se conoce como "colector de recogida-expansión". A medida que el material de biomasa y el vapor fluyen a través del colector de recogida-expansión se produce una rápida liberación de presión. Esta rápida liberación de presión provoca que el material de 5 biomasa experimente un proceso de explosión de vapor a medida que fluye a través del conducto de recogida y al interior del dispositivo de separación.

Cada conducto de descarga individual puede tener un diámetro diferente del de cada uno de los otros conductos de descarga individuales. En otras realizaciones, dos o más conductos de descarga pueden compartir sustancialmente 10 el mismo diámetro. Cada conducto de descarga individual puede tener también una válvula en un extremo de entrada. Estas válvulas pueden usarse para controlar el caudal de material de biomasa y vapor al interior de cada conducto de descarga individual. Usando estas válvulas y estos conductos de descarga con diámetros diferentes, los operarios pueden ajustar el caudal de material de biomasa y vapor procedentes del recipiente de reactor presurizado. 15

También puede cambiarse la longitud de los conductos de descarga para permitir el ajuste del caudal de material de biomasa y vapor a través de los conductos de descarga. La proximidad del colector de recogida-expansión a las salidas de recipiente de reactor puede ajustarse añadiendo o eliminando longitud de tubería, para regular de ese modo la cantidad de material de biomasa y vapor que sale del recipiente de reactor presurizado en condiciones 20 operativas normales. Adicionalmente, si se desea, hay otros componentes opcionales tales como piezas de inserción de boquilla, placas con orificios y válvulas que pueden usarse según sea necesario para ajustar el caudal de material de biomasa y vapor a través de los conductos de descarga. Además, la válvula en una o más de las aberturas para el extremo de entrada de los conductos de descarga puede definir un paso de flujo. Este "paso de flujo" se refiere al diámetro interno de un conducto de descarga, que puede ser constante con respecto al diámetro 25 de una válvula dada. El paso de flujo puede tener un área de sección transversal que es mayor o menor que el área de sección transversal del paso de flujo definido por otra válvula ubicada en otro extremo de entrada de otro conducto de descarga. Por ejemplo, una o dos de las válvulas pueden definir un paso de flujo que tiene un área de sección transversal que es la mitad del área de sección transversal del paso de flujo definido por las otras válvulas.

Se ha concebido un aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material de biomasa que comprende: un recipiente de reactor presurizado configurado para contener material de biomasa y vapor, al menos un conducto de descarga acoplado a una salida del recipiente de reactor presurizado, en el que el al menos un conducto de descarga tiene un área de sección transversal, y en el que el al menos un conducto de descarga está configurado para recibir el material de biomasa y el vapor descargados desde el recipiente de reactor presurizado, un colector de 35 recogida-expansión conectado a un extremo de salida del al menos un conducto de descarga, un conducto de recogida que tiene una entrada conectada al colector de... [Seguir leyendo]

1. Aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material (10) de biomasa que comprende:

al menos un conducto (24) de descarga dispuesto de modo que se extiende desde un recipiente (20) de 5 reactor presurizado en salidas (21) de recipiente de reactor, en el que el al menos un conducto (24) de descarga tiene un área de sección transversal interna y en el que el al menos un conducto (24) de descarga está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) descargados desde el recipiente (20) de reactor presurizado;

un colector (26) de recogida-expansión conectado a un extremo (27) de salida del al menos un conducto (24) de descarga;

un conducto (28) de recogida que tiene una entrada (29) conectada al colector (26) de recogida-expansión, en el que el conducto (28) de recogida está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor 15 (14) que fluyen desde el al menos un conducto (24) de descarga, y en el que el conducto (28) de recogida tiene un área de sección transversal interna que es sustancialmente mayor que el área de sección transversal interna del al menos un conducto (24) de descarga; y

un dispositivo (30) de separación acoplado a un extremo de salida del conducto (28) de recogida, en el que 20 el dispositivo (30) de separación está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) procedentes del conducto (28) de recogida.

2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además el recipiente (20) de reactor presurizado, configurado para contener el material (10) de biomasa y el vapor (14) ; y 25

en el que

el al menos un conducto (24) de descarga está acoplado a una salida (21) del recipiente (20) de reactor presurizado; 30

el conducto (28) de recogida está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) que fluyen desde el extremo (27) de salida del al menos un conducto (24) de descarga, y el conducto (28) de recogida tiene un área de sección transversal interna que es sustancialmente mayor que las áreas de sección transversal interna acumuladas del al menos un conducto (24) de descarga; y 35

el dispositivo (30) de separación incluye una salida de gas y una salida de material de biomasa.

3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el que la longitud del al menos un conducto (24) de descarga es sustancialmente más corta que la longitud del conducto (28) de recogida. 40

4. Aparato según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el área de sección transversal interna del conducto (28) de recogida es al menos de dos a cuatrocientas veces el área de sección transversal interna de uno cualquiera del al menos un conducto (24) de descarga.

5. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la presión en la entrada (29) del conducto (28) de recogida es sustancialmente inferior a la presión en el extremo (27) de salida del conducto (24) de descarga.

6. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una válvula (22) 50 para cada uno del al menos un conducto (24) de descarga, en el que cada válvula (22) está situada entre el recipiente (20) de reactor y una entrada del al menos un conducto (24) de descarga, y en el que cada válvula (22) tiene preferiblemente una posición operativa completamente abierta y una completamente cerrada.

7. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de conductos (24) de descarga es de al menos dos.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el diámetro interno de cada uno de los conductos (24) de descarga es sustancialmente uniforme a lo largo de cada uno de los conductos (24) de descarga. 60

9. Aparato según la reivindicación 7 u 8, en el que al menos uno de los conductos (24) de descarga tiene un área de sección transversal interna que es mayor o menor que un área de sección transversal interna de al menos otro conducto (24) de descarga.

10. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una pluralidad de

conductos (28) de recogida, en el que cada conducto (28) de recogida está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) procedentes del al menos un conducto (24) de descarga.

11. Método para el tratamiento por explosión de vapor que comprende:

someter a presión e infusionar material (10) de biomasa con vapor (14) en un recipiente (20) de reactor presurizado para crear un material (10) de biomasa a presión e infusionado;

hacer pasar el material (10) de biomasa a presión e infusionado y el vapor (14) procedentes del recipiente (20) de reactor presurizado a través de al menos una de una pluralidad de salidas (21) de recipiente de 10 reactor al interior de al menos uno de una pluralidad de conductos (24) de descarga;

hacer pasar el material (10) de biomasa a presión e infusionado procedente del al menos uno de los conductos (24) de descarga a través de un colector (26) de recogida-expansión y al interior de un conducto (28) de recogida; 15

reducir rápidamente la presión en el material (10) de biomasa a presión e infusionado a medida que el material (10) de biomasa a presión e infusionado entra en el conducto (28) de recogida procedente del colector (26) de recogida-expansión para crear material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor; y 20

transportar el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor a través del conducto (28) de recogida hasta un dispositivo (30) de separación, en el que el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor se separa de gases que fluyen con el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor en el conducto (28) de recogida.

12. Método según la reivindicación 11, en el que la distancia recorrida por el material (10) de biomasa a presión e infusionado a través de la pluralidad de conductos (24) de descarga es sustancialmente más corta que la longitud del conducto (28) de recogida.

13. Método según la reivindicación 11 ó 12, en el que al menos uno de los conductos (24) de descarga está 30 cerrado para el material (10) de biomasa a presión e infusionado mediante una válvula (22) situada entre el recipiente (20) de reactor presurizado y una entrada del al menos uno de los conductos (24) de descarga, mientras que al menos otro de los conductos (24) de descarga está abierto para y recibe el material (10) de biomasa.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende además abrir selectivamente al menos uno de la pluralidad de conductos (24) de descarga para conseguir un determinado caudal combinado de material (10) de biomasa y vapor (14) a través del colector (26) de recogida-expansión.

15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que al menos uno de los conductos (24) 40 de descarga o una boquilla (42) insertada próxima a una entrada del al menos uno de la pluralidad de conductos (24) de descarga define un paso de flujo que tiene un área de sección transversal interna que es sustancialmente inferior al área de sección transversal interna de al menos otro conducto (24) de descarga de la pluralidad de conductos (24) de descarga.