BR112012029751B1

BR112012029751B1 - aparelho e método para a hidrólise de substratos orgânicos, de preferência sólidos

Info

Publication number: BR112012029751B1
Application number: BR112012029751-1A
Authority: BR
Inventors: Dauser Hermann
Original assignee: Biogas Systems Gmbh
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2018-08-14
Also published as: HRP20140674T1; US20130206345A1; CN102971410A; CN102971410B; CA2799992C; AT509319A4; EP2576757A1; AT509319B1; PL2576757T3; SI2576757T1; EP2576757B1; MX2012013615A; RU2012156485A; RU2566997C2; ES2481866T3; WO2011147601A1; US8992735B2; CA2799992A1; BR112012029751A2

Abstract

aparelho e método para hidrólise de substratos orgânicos preferivelmente sólidos. a invanção refere-se a um dispositivo para a hidrólise de substratos orgânicos preferivelmente sólidos, em que particular de culturas energéticas e resíduos vegetais, com uma cesta de coleta (1) para receber os substratos orgânicos, com um meio transportador (4) para transportar os substartos orgânicos em um dispositivo de carregamento (7) para o carregamento em batelada de um hidrolisador (10) com os substratos orgânicos, o hidrolisador (10) sendo provido no lado de saída com um dispositivo de liberação de pressão (12) tendo um diafragma de pressão controlado por válvula (13) e um separador de vapor (14) disposto a montante de um tamque de expansão (15). de acordo com a invenção, o meio transportador (4) inclui uma parafuso sem fim transportador (4') com um eixo oco (25), que é carregado com vapor quente a partir do separador de vapor (14), que é carregado com vapor quente a partir do separador de vapor (14), que é preferivelmente realizado sob a forma de um ciclone, o eixo oco (25), na zona de transporte para substrato orgânico tendo, em uma zona de aquecimento (18), aberturas de saída de vapor (26) para carregar diretamente o substrato oragânico com vapor quente.

Description

(54) Título: APARELHO E MÉTODO PARA A HIDRÓLISE DE SUBSTRATOS ORGÂNICOS, DE

PREFERÊNCIA SÓLIDOS (51) Int.CI.: C12M 1/00; B65G 33/00; D21B 1/36 (30) Prioridade Unionista: 25/05/2010 AT A 853/2010 (73) Titular(es): BIOGAS SYSTEMS GMBH (72) Inventor(es): HERMANN DAUSER (85) Data do Início da Fase Nacional: 22/11/2012 / 14 “APARELHO E MÉTODO PARA A HIDRÓLISE DE SUBSTRATOS ORGÂNICOS, DE PREFERÊNCIA SÓLIDOS” [001] A invenção refere-se a um método e aparelho para hidrólise de substratos orgânicos preferivelmente sólidos, em particular culturas energéticas e resíduos vegetais, que compreende uma cesta de coleta para receber substratos orgânicos, e meio transportador para transportar os substratos orgânicos para um dispositivo de carregamento para enchimento em batelada de um hidrolisador com os substratos orgânicos, referido hidrolisador sendo provido no lado de saída com uma unidade de despressurização com um defletor de pressão controlado por válvula e um separador de vapor a montante de um tanque de expansão.

[002] Métodos e aparelhos desse tipo são usados para pré-tratamento de substratos orgânicos, que após terem passado por um hidrolisador (um dispositivo para hidrólise de pressão térmica) são alimentados em um fermentador, por exemplo, uma instalação de biogás ou biocombustível.

[003] Hidrólise de pressão térmica usa uma tecnologia chamada “explosão de vapor”, que é conhecida para instalações de biogás ou biocombustível. “Explosão de vapor” é um processo técnico em que o material de entrada é aquecido até 300°C, preferivelmente 150°C a 200°C, e exposto a uma pressão de 3 bar (0,3 MPa) até 20 bar (2MPa). Esse estado de pressão-temperatura é sustentado por certo período de tempo, após que o substrato é subitamente despressurizado para pressão atmosférica. Devido a esse choque de despressurização a substância de célula é completamente rompida. Toda a substância orgânica está então presente em forma liquefeita para posterior processamento.

[004] A mistura de substrato inicialmente não homogênea (por exemplo, culturas energéticas, resíduo de colheitas, etc.) é transformada em uma pasta homogênea tendo as seguintes propriedades:

- a celulose é tornada livre;

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- crostas de complexos de hemicelulose-lignina são rompidas;

- hemicelulose é cozida;

- levedura, mofos e outros microrganismos indesejáveis são destruídos;

- o substrato é esterilizado;

- matéria fibrosa é desestabilizada.

[005] Antes de outro processamento de substrato, por exemplo, em uma instalação de biogás, “explosão de vapor” deste modo cuida das etapas de processo de hidrólise e homogeneização. Condições de fermentação podem assim ser especificamente otimizadas para processos de acido/acetogênese e metanogênese.

[006] O resultado de tal pré-tratamento é um rendimento aumentado de substrato e qualidade melhorada de produto, no caso de uma instalação de biogás uma taxa de decomposição de substrato mais elevada com produção aumentada de gás e qualidade melhorada de gás. Tipicamente, teor de metano específico (CH4) é aumentado enquanto teor de sulfeto de hidrogênio nocivo (H₂S) é reduzido.

[007] Patente U.S 2003/0121851 A1 descreve um método e aparelho para tratar resíduo orgânico biologicamente degradável. Antes de o resíduo orgânico ser submetido à hidrólise de pressão térmica, uma solução alcalina (KOH) é adicionada ao substrato e o substrato é submetido a temperaturas de 170°C a 225°C e a pressão de vapor correlacionada no hidrolisador. Separação sólido/líquido é então efetuada. Antes de tratamento, substrato pode ser préaquecido em um tanque por vapor reciclado para o hidrolisador.

[008] A partir de WO 2008/011839 A2 tornou-se, por exemplo, conhecida uma instalação para hidrólise contínua e descontínua de substratos orgânicos. A instalação essencialmente compreende um retalhador para substrato orgânico não homogêneo, do quão o substrato é alimentado a um carregador de medição para o hidrolisador. Após tratamento do substrato no

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 9/25 / 14 hidrolisador, ele é transportado através de um “cano de tomada por cima” no tanque de expansão, a partir do qual uma linha de gás de exaustão conduz a um condensador e uma linha de substrato conduz a um fermentador. Os gases de exaustão são alimentados em um condensador de vapor, que é resfriado por água, e o condensado obtido por essa etapa é reciclado para o tanque de expansão. A linha de substrato para o fermentador contém um trocador de calor do qual o calor de resíduo é fornecido através de um circuito de trocador de calor externo para um trocador de calor usado como dispositivo de préaquecimento, que aquecerá o substrato de entrada proveniente do retalhador. [009] A partir de SU 1620487 A1, conhece-se um hidrolisador tendo dois parafusos transportadores concêntricos em um alojamento cilíndrico, entre os quais uma tela de tambor é disposta. O material orgânico entra em uma câmara anular cilíndrica externa através de cano alimentador e é comprimido pelo primeiro transportador de parafuso, com vapor superaquecido sendo alimentado na câmara anular exterior através de uma linha de vapor. Então o material chega ao espaço oco interno onde é transportado em direção reversa para uma abertura de saída pelo segundo transportador de parafuso.

[0010] Os métodos e aparelhos conhecidos sofrem da desvantagem de não ser energeticamente otimizados e ter uma estrutura relativamente complexa.

[0011] Nesse contexto tornou-se conhecido, a partir de EP 2 177 280, um aparelho para hidrólise descontínua de substâncias orgânicas, que compreende os seguintes componentes:

- um tanque de pré-condicionamento cheio por líquido para receber substratos orgânicos flutuáveis sólidos, com um agitador e uma unidade distribuidora de vapor, configurada como um estoque de jato especial para criar um efeito de flutuação;

- um transportador de parafuso para pegar o substrato orgânico

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 10/25 / 14 de um emaranhado flutuante se acumulando sobre a superfície, com uma unidade de peneira integrada e uma linha de recirculação para recircular o filtrado;

- uma unidade carregadora com um vaso de pressão (pistola de sopro) e uma portão carregador e uma linha de conexão controlada por válvula adicional para o hidrolisador;

- uma bomba de transferência para pegar o líquido do tanque de pré-condicionamento e alimentar o mesmo à unidade carregadora;

- um hidrolisador com agitador para realizar a hidrólise de pressão térmica;

- uma unidade de despressurização controlada por válvula com um defletor de pressão, um ciclone; e

- um tanque de expansão com trocador de calor integrado.

[0012] O aparelho conhecido a partir de EP 2 177 280 é apropriado em particular para o processamento de substratos e misturas de substrato com um determinado teor de líquido ou mistura de líquido, onde os componentes sólidos flutuáveis são separados por enxague ou flutuação antes de carregar o hidrolisador. É uma desvantagem que o balanceamento confiável de entrada de substrato não seja possível devido à entrada descontrolada de líquido do componente sólido durante o processo de formação de pasta.

[0013] É um objeto da presente invenção otimizar um aparelho para hidrólise de substratos orgânicos relativamente secos com relação a ambos, operação e gestão de energia, enquanto ainda conseguindo um formato compacto.

[0014] De acordo com a invenção esse objeto é obtido propondo que os meios de transporte compreendem um transportador de parafuso com um eixo oco, em que é alimentado vapor superaquecido a partir do separador de vapor, que é preferivelmente configurado como um ciclone, o eixo oco tendo respiradouros de vapor em uma zona de aquecimento na área de transporte

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 11/25 / 14 para o substrato orgânico para diretamente submeter o substrato orgânico a vapor superaquecido. Através desses respiradouros de vapor no eixo oco o substrato orgânico é efetivamente e uniformemente exposto a vapor logo antes de entrar no hidrolisador e, usando vapor de resíduo do separador de vapor, energia é conservada.

[0015] O aparelho pode ser ainda energeticamente otimizado provendo a zona de aquecimento do transportador de parafuso com uma linha de conexão para a cesta de coleta para o substrato orgânico, através de que o vapor superaquecido saindo da zona de aquecimento é alimentado dentro da cesta de coleta e passará dentro de um depósito de armazenamento, se fornecido.

[0016] Operacionalmente o aparelho é otimizado por medição medida de água de processo, a unidade carregadora do hidrolisador sendo fornecida de acordo com a invenção com uma unidade de medição para água de processo para possibilitar suficiente irrigação do substrato orgânico antes de entrar no hidrolisador. Para aquecer a água de processo, um trocador de calor é provido que está em contato térmico com o tanque de expansão, deste modo permitindo recuperação do calor de resíduo do tanque de expansão.

[0017] No método da invenção, vapor superaquecido é separado dos substratos tratados por pressão térmica imediatamente quando da descarga da batelada parcial e expansão, e é usado para aquecer a entrada de substrato orgânico no processo de hidrólise, o vapor superaquecido separado sendo diretamente soprado em um parafuso transportador, que alimenta o substrato orgânico para o processo de hidrólise de pressão térmica.

[0018] De acordo com a invenção o substrato inicialmente seco absorve o calor de condensação do vapor superaquecido no transportador de parafuso e é aquecido a 70°C, preferivelmente a 100°C, e é adicionalmente vaporizado, por meio do qual as estruturas de superfície do substrato são amolecidas e água é absorvida. Pelo movimento simultâneo do parafuso

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 12/25 / 14 transportador durante o processo de vaporização, o contato entre os meios é intensificado.

[0019] A invenção será agora descrita em maiores detalhes com referência aos desenhos esquemáticos em anexo. Eles são mostrados em

Figura 1 um aparelho para hidrólise de substratos orgânicos preferivelmente sólidos de acordo com a invenção;

Figura 2 uma variante de acordo com a invenção do aparelho da Figura 1;

Figura 3 um detalhe do aparelho da Figura 1 e da Figura 2;

Figura 4 outra variante de acordo com a invenção do aparelho da Figura 1.

[0020] O aparelho para hidrólise de substratos orgânicos mostrados na

Figura 1 essencialmente compreende os seguintes componentes:

- uma cesta de coleta 1 para receber substratos orgânicos sólidos, por exemplo, silagem ou palha retalhada, com uma abertura de entrada 2 para a substância e uma linha de vapor de resíduo 3;

- um meio de transporte, tal como um transportador de parafuso 4 para transportar substratos orgânicos, com uma unidade de aquecimento 5, que recebe vapor superaquecido do separador de vapor 14 através de uma linha 6;

- um dispositivo de carregamento 7 com um vaso de pressão 8 (pistola de sopro) mais um orifício de alimentação controlado por válvula 9 no hidrolisador 10 e uma linha de conexão controlada por válvula 11 para o hidrolisador 10;

- um hidrolisador 10 para realizar a hidrólise de pressão térmica incluindo um agitador 23;

- uma unidade de despressurização 12 com um defletor de pressão controlado por válvula 13, um separador de vapor 14 (isto é, um ciclone) conduzindo a um tanque de expansão 15;

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 13/25 / 14

- uma unidade 16 para aquecimento do hidrolisador 10;

- um tanque de expansão 15 com trocador de calor integrado

17.

[0021] O transportador de parafuso 4 passa através de uma zona de aquecimento fechada 18 da unidade de aquecimento 5, em que vapor superaquecido do separador de vapor 14 configurado como um ciclone é alimentado através da linha de vapor 6.

[0022] Além disso, a zona de aquecimento 18 do transportador de parafuso 4 pode ser provida com uma linha de conexão 19 para a cesta de coleta 1 para o substrato orgânico, através da qual o vapor superaquecido saindo da zona de aquecimento 18 flui na cesta de coleta e pré-aquece o substrato armazenado na mesma.

[0023] De acordo com um detalhe da invenção mostrado na Figura 3, o transportador de parafuso 4 é provido com um eixo oco, em que é alimentado, através da linha 6a, vapor superaquecido a partir do separador de vapor 14 preferivelmente configurado como um ciclone. O vapor superaquecido pode também ser alimentado diretamente no eixo oco 25 por meio da linha de vapor (ver Figura 4). Na área de transportador para o substrato orgânico, o eixo oco 25 tem respiradouros de vapor em forma de fenda 26, que irão permitir a vaporização uniforme efetiva do substrato.

[0024] Na extremidade do eixo oco 25 do transportador de parafuso 4, que está imerso na cesta de coleta 1, provê-se uma abertura de saída preferencialmente controlada por válvula 27 para ventilar vapor superaquecido excedente na cesta de coleta 1.

DESCRIÇÃO DO PROCESSO [0025] O substrato presente na cesta de coleta 1 geralmente consiste de material na forma de fibras curtas ou migalhas com um tamanho de partícula de até 5 cm, tipicamente com 30% (por exemplo, silagem) a 90% (por exemplo, palha) de substância seca.

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 14/25 / 14 [0026] O transportador de parafuso 4 pega o substrato da cesta de coleta 1 e transporta o mesmo à unidade de alimentação 7 do hidrolisador 10. (A quantidade de substrato presente no transportador de parafuso 4 em um nível de enchimento típico praticamente corresponde a uma carga de batelada do hidrolisador 10 e ao mesmo tempo a um enchimento da cesta de coleta 1). [0027] A cesta de coleta 1 e o transportador de parafuso 4 são projetados tal que vapor superaquecido do processo de expansão da unidade de despressurização 12 pode ser diretamente alimentado ao substrato contido nela através de um dispositivo de distribuição e alimentador da unidade de aquecimento 5, em particular os respiradouros de vapor no eixo oco 25. Calor de condensação transferido quando o vapor contata o substrato aquecerá o substrato até 100°C, tipicamente acima de 70°C. Isso significantemente reduzirá o esforço de aquecimento requerido para alcançar o ponto de operação do hidrolisador 10, isto é, até 180°C.

[0028] Um efeito positivo adicional encontra-se na vaporização do substrato, isto é, no amolecimento das estruturas de superfície e a absorção de água pelo substrato. Ar úmido ou vapor residual passa da zona de aquecimento 18 para a cesta de coleta 1 ou é expelido como ar de resíduo. [0029] O transportador de parafuso 4 sequencialmente transporta uma quantidade definida de substrato pré-aquecido e umidificado no vaso de pressão 8 da unidade de alimentação 7. Quando o nível de enchimento requerido de substrato é alcançado, um volume definido de água de processo é adicionalmente medido no vaso de pressão 8 através de uma unidade de medição 20 para conseguir uma mistura de substrato suficientemente hidratada. A fim de reduzir o esforço de aquecimento requerido para o hidrolisador 10 essa água de processo é pré-aquecida a entre 50°C e 100°C pelo trocador de calor 17 no tanque de expansão 15.

[0030] Esse tipo de alimentação sequencial permite controle preciso de fluxos de massa entrando no hidrolisador 10, separadamente para o

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 15/25 / 14 substrato e a água de processo. Isso possibilitará uma configuração objetivada de parâmetros operacionais e rendimento de sistema.

[0031] O vaso de pressão 8 da unidade de alimentação 7 é uma assim chamada “pistola de sopro”, isto é, após enchimento com uma carga o vaso é firmemente fechado contra a atmosfera ambiente fechando a abertura de entrada, e é levado para a pressão de sistema do hidrolisador 10 abrindo uma linha de conexão controlada por válvula 11. A válvula da linha de conexão 11 é então fechada.

[0032] O vaso de pressão 8 é esvaziado ciclicamente através de orifício de alimentação controlada por válvula 9 pela diferença de pressão entre vaso de pressão 8 e hidrolisador 10 (geralmente 1 a 2 bar (0,1 a 0,2 MPa)) surgindo quando o hidrolisador foi parcialmente esvaziado. Se requerido, pressão de sistema pode ser aumentada introduzindo ar comprimido no vaso de pressão 8 para assegurar esvaziamento completo da unidade de alimentação 7.

[0033] Após enchimento do hidrolisador 10 por meio da “pistola de sopro”, o processo hidrolisante irá prosseguir sob aquecimento contínuo através de unidade de aquecimento 16 e aumento de pressão simultâneo, por certo período de retenção de, por exemplo, 30 minutos até algumas horas. [0034] Um volume definido será então descarregado por pressão de sistema em excesso e será desintegrado na unidade de despressurização 12 por expansão espontânea e um choque de pressão.

[0035] Carregamento e descarregamento do substrato em e a partir do hidrolisador 10 são realizados em uma sequência de ciclos pequenos, por exemplo, 2 a 4 ciclos por hora, cada tratando apenas parte do volume de hidrolisador, por exemplo, 10% a 30%. Esse modo particular de operação com uma rápida série de ciclos de carregamento e descarregamento para parte do volume do reator será subsequentemente chamado quase contínuo.

[0036] Operação quase contínua apresenta um número de vantagens

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 16/25 / 14 decisivas sobre processos contínuos ou descontínuos conhecidos:

a) Devido à descarga em batelada, o defletor de pressão 13 pode ter grande diâmetro com elevado rendimento, deste modo, evitando desgaste e dano ao defletor e congestionamentos, que tipicamente ocorrem em processos contínuos;

b) O ato de descarregar, cada vez, somente parte do volume de hidrolisador, todo o substrato é descarregado com efeito de expansão máximo ou “grau de severidade”, resultando em uma desintegração ótima do substrato. Processos em batelada descontínuos clássicos com descarga de reator total em cada ciclo sofrem de uma formação inevitável de resíduos de substrato menos desintegrado, visto que a pressão de excesso conduzindo a descarga diminuirá continuamente conforme a descarga de reator progride;

c) Processos em batelada clássicos devido ao modo operacional dos mesmos requerem aquecimento cíclico, o que significa elevados picos de potência e um consumo descontínuo de meio de aquecimento. Em operação quase contínua do hidrolisador 10, potência de aquecimento será constante de modo permanente, que obedecerá à operação típica de uma instalação de biogás. [0037] Aquecimento do hidrolisador 10 geralmente é efetuado por vapor, queimador térmico de óleo ou gás. No caso, o sistema é combinado com uma instalação de biogás com cogeração (geração de energia elétrica e calor de resíduo em uma instalação combinada de calor e energia CHP ou um sistema de combustão interna similar) - uma configuração de instalação típica - um dispositivo para alimentar gás de resíduo quente a partir da cogeração pode ser usado para aquecer diretamente o hidrolisador 10. Isso aumentará ainda a otimização de energia do sistema.

[0038] O substrato saindo do hidrolisador 10, que é amplamente desintegrado ou liquefeito, entra em um ciclone 14, onde um componente de gás (vapor superaquecido) é separado enquanto componente líquido/sólido flui para baixo em um tanque de expansão 15.

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 17/25 / 14 [0039] Por um trocador de calor 17 do tipo placa ou envoltório-e-tubo no tanque de expansão 15, a elevada temperatura de sistema daquele substrato (aproximadamente 100°C) pode ser explorada, por exemplo, para pré-aquecer água do processo usada para enriquecimento de líquido no vaso de pressão 8. [0040] A partir do tanque de expansão 15, o referido substrato tratado é removido para outro processamento por um meio transportador apropriado (por exemplo, uma bomba de material espesso).

[0041] Na variante da invenção como mostrada na Figura 2, a cesta de coleta 1 recebendo o referido substrato orgânico é precedida por um depósito de armazenamento 21 com um misturador 24 e um transportador 22. Aquele misturador 24 destrói aglomerações de substrato, que inibiriam outra entrada do substrato no transportador 22. O movimento rotacional do misturador 24 pode também otimizar a alimentação do substrato no transportador.

[0042] Direcionando-se a linha de vapor de resíduo 3, a partir da cesta de coleta 1 no depósito de armazenamento 21, vapor residual poderá, de novo, ser empregado para pré-aquecer o substrato. O choque de pressão do vapor de entrada soltará adicionalmente o substrato no depósito, o que auxilia a evitar aglomerações no substrato.

[0043] Na variante em conformidade com a Figura 4, o eixo oco 25 com respiradouros de vapor 26 do transportador de parafuso 4' possui em sua extremidade de fundo uma válvula de comutação 32, através da qual substrato sólido ou líquido que entrou no dito eixo oco 25, através dos respiradouros de vapor 26, será removido. Isto é feito ciclicamente mediante a entrada de vapor de resíduo reciclado desde o separador de vapor 14 através da linha de conexão

6. Por isto, o material de pressão de excesso depositado dentro do eixo oco 25 é soprado para fora através da válvula de comutação aberta 32 e retornado ou até cesta de coleta 1 ou depósito de armazenamento 21 (não exibido aqui, ver Figura 2) ou alguma outra unidade coletora. Congestionamento do eixo oco, ou de seus respiradouros de vapor 26, por partículas de substrato será assim evitado.

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 18/25 / 14 [0044] Além disso, a válvula de comutação 32 permite a lavagem com meios de limpeza ou ar comprimido. A dita válvula de comutação 32 pode ser adicionalmente usada para alimentar um excedente de vapor de processo na cesta de coleta 1 ou depósito de armazenamento 21 e para liberar pressão em excesso na zona de aquecimento 18.

[0045] Substrato solto, tal como palha retalhada e silagem, pode exibir densidade de massa muito baixa, tal que a massa de substrato no transportador de parafuso 4 respectivamente na zona de aquecimento 18 não seja suficiente para que haja enchimento de batelada completo da unidade de alimentação 7 e o enchimento total desejado da zona de aquecimento tubular 18 não possa ser alcançado.

[0046] Para evitar essa situação, o transportador de parafuso 4' tem um diâmetro maior na área da cesta de coleta 1 do que na zona de aquecimento 18, resultando em uma zona de compactação 28 na transição para a zona de aquecimento 18, em que o material transportado é compactado. A extensão percorrida do parafuso do transportador é, por exemplo, variada de tal forma que o diâmetro do parafuso é reduzido em uma razão de 2:1 na transição para a zona de aquecimento 18, conduzindo a enchimento compacto da extensão de percurso do parafuso na zona de aquecimento 18. Essa compactação não cria pressão em excesso, simplesmente aumenta densidade de substrato.

[0047] Experimentos práticos demonstraram que no exemplo em que substratos fibrosos “em bruto” são colocados no vaso de pressão 8 (pistola de sopro) da unidade de alimentação 7, em particular em taxas baixas de troca, equalização de pressão entre hidrolisador 10 e pistola de sopro 8 antes de descarga não será suficiente para confiavelmente assegurar um esvaziamento rápido e completo da pistola de sopro.

[0048] Esse problema pode ser resolvido dispondo no vaso de pressão da unidade de alimentação 7 um parafuso giratório de limpeza 29, na forma de uma tira de metal helicoidal estreita 33 ao longo da parede interior do vaso

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 19/25 / 14 de pressão 8, que não impedirá o processo de enchimento. O dito parafuso de limpeza 29 é rodado durante o processo de carregamento do hidrolisador 10 com direção de transporte para baixo e causa a aderência de substrato à parede do vaso de pressão 8 a ser raspado, resultando em um movimento para baixo rápido mesmo em pressão baixa em excesso do sistema, o que irá garantir esvaziamento rápido e completo da pistola de sopro. O parafuso de limpeza 29 não cria, ele mesmo, pressão em excesso uma vez que não é um parafuso de compactação, e a instalação não é propensa a desgaste ou falha.

[0049] Visto que aqueles substratos a serem tratados são provenientes, principalmente, de fontes agrícolas, não se pode excluir que objetos estranhos, pesados, tais como pedras ou pequenas peças de metal, irão entrar no sistema. Uma vez que o sistema global trabalha, de preferência, sem peneiração ou sem remoção prévia, tais substâncias irão se acumular com o passar do tempo no hidrolisador 10, conforme elas não poderão escapar devido ao carregamento e descarregamento parcial quase contínuo e conforme a conexão ao dispositivo de despressurização 12 não está geralmente localizado na vizinhança imediata do fundo de hidrolisador.

[0050] De modo a evitar o acúmulo de sedimentos que poderia causar dano, é provido um sistema de remoção efetivo para as substâncias estranhas. Preferencialmente, o hidrolisador 10 é conectado através de uma válvula para uma câmara de sedimentos 30, que é aberta durante o processo de remoção e então fechada novamente. Após uma equalização de pressão contra a atmosfera ambiente, a câmara de sedimento 30 pode ser esvaziada através de uma segunda válvula. Consequentemente, a remoção de objetos estranhos depositados pode ser efetuada enquanto o sistema estiver em operação.

[0051] Temperatura elevada do substrato descarregado do hidrolisador e transferido para o ciclone ou separador de vapor 14 é explorada para préaquecer água de processo ou outros líquidos. Transferência de calor na área do trocador de calor 17 pode ser otimizada ativamente guiando o substrato quente,

Petição 870180044134, de 24/05/2018, pág. 20/25 / 14 que flui a partir do ciclone 14 para o tanque de expansão 15 para a superfície de transferência de calor, nesse caso preferencialmente a parede do tanque. [0052] Isso será feito preferivelmente provendo o separador de vapor com um cone interno 31 unido a uma área cilíndrica 34, que forma um espaço anular com a parede de tanque, o dispositivo de despressurização 12 abrindo tangencialmente no separador de vapor 14. O desenho típico de um ciclone com a ponta do cone apontando para baixo para uma saída central (ver Figura

1) é aqui invertido, deixando o substrato fluir para baixo no espaço anular da periferia externa do cone 31. Isso se ajusta bem com o carregamento tangencial do ciclone conduzindo à distribuição periférica do substrato líquido ao longo de parede de ciclone. O substrato quente flui diretamente ao longo da superfície de aquecimento do trocador de calor 17 antes de misturar com o outro material no tanque de expansão 15.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para a hidrólise de substratos orgânicos, de preferência sólidos, especialmente culturas energéticas e resíduo vegetal, o qual compreende uma cesta de coleta (1) para receber substratos orgânicos e um transportador de parafuso (4') para transportar os ditos substratos orgânicos para um dispositivo de carregamento (7) para enchimento em batelada de um hidrolisador (10) com os substratos orgânicos, o hidrolisador (10) sendo provido no lado de saída com uma unidade de despressurização (12) com um defletor de pressão controlado por válvula (13) e um separador de vapor (14) que fica a montante de um tanque de expansão (15), caracterizado pelo fato de que o transportador de parafuso (4') é provido com um eixo oco (25), ao qual é alimentado vapor superaquecido a partir do separador de vapor (14) configurado de preferência como um ciclone, tal eixo oco (25) tendo respiradouros de vapor (26) numa zona de aquecimento (18) na área de transporte para o substrato orgânico, para diretamente submeter o substrato orgânico a vapor superaquecido, e em que, na extremidade do eixo oco (25), uma abertura de saída controlada por válvula (27) ou uma válvula de comutação (32) é provida para remoção de qualquer substrato que entra no eixo oco (25) através dos respiradouros de vapor (26).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de saída controlada por válvula (27) está posicionada na extremidade do eixo oco (25) imergindo na cesta de coleta (1), tal que o vapor superaquecido seja alimentado diretamente dentro da cesta de coleta (1).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a zona de aquecimento (18) do transportador de parafuso (4') tem uma linha de conexão (19) à cesta de coleta (1) para o substrato orgânico, através da qual vapor superaquecido que sai da zona de aquecimento (18) flui para dentro da cesta de coleta (1).
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o transportador de parafuso (4') apresenta um

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2 / 3 diâmetro maior na área da cesta de coleta (1) do que na zona de aquecimento (18), resultando em uma zona de compactação (28) na transição para a zona de aquecimento (18), na qual o substrato orgânico transportado é compactado.
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma unidade de medição (20) para água de processo abre na unidade de carregamento (7) do hidrolisador (10), que serve para irrigação suficiente do substrato orgânico antes de sua entrada no referido hidrolisador (10).
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, para aquecimento da água de processo, um trocador de calor (17) é provido, o qual está em contato térmico com o tanque de expansão (15).
7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

6, caracterizado pelo fato de que o separador de vapor (14) tem um cone interno (31) com uma área cilíndrica contígua (34), que forma um espaço anular com a parede de recipiente, com a unidade de despressurização (12) entrando naquele separador de vapor (14) tangencialmente.
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

7, caracterizado pelo fato de que a unidade de carregamento (7) para enchimento do hidrolisador (10) possui um vaso de pressão (8), o qual é provido, além de um orifício de alimentação controlado por válvula (9) no hidrolisador (10), com uma linha de conexão controlada por válvula (11) para equalização de temperatura e pressão com o hidrolisador (10).
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um parafuso giratório de limpeza (29) é disposto no vaso de pressão (8) da unidade de carregamento (7), o qual tem a forma de uma faixa de metal helicoidal estreita (33) ao longo da parede interior do vaso de pressão (8), e que não impedirá o processo de enchimento.
10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dito hidrolisador (10) é conectado através

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3 / 3 de uma válvula a uma câmara de sedimentos (30), que recebe objetos estranhos removidos daquele hidrolisador (10).
11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que situado a montante da cesta de coleta (1) para receber substratos orgânicos fica disposto um depósito de armazenamento (21) com um transportador (22), onde uma linha de vapor de resíduo (3) conduz a partir da cesta de coleta (1) até o depósito de armazenamento (21).
12. Método para a hidrólise de substratos orgânicos, de preferência sólidos, em particular culturas energéticas e resíduo vegetal, por meio de hidrólise de pressão térmica ou explosão de vapor, onde a partir dos substratos tratados por vapor superaquecido de hidrólise de pressão térmica é separado por expansão imediatamente após descarregamento de parte do substrato a partir do hidrolisador e é usado para aquecer os substratos orgânicos alimentados para o processo de hidrólise, caracterizado pelo fato de o vapor superaquecido separado ser soprado diretamente para dentro do eixo oco (25) de um transportador de parafuso (4'), que transporta o substrato orgânico até o reator de hidrólise de pressão térmica, o vapor superaquecido entrando no substrato orgânico através de respiradouros de vapor (26) no eixo oco (25), e substrato que penetra no eixo oco (25) através dos respiradouros de vapor (26) sendo removido do eixo oco (25) por ativação de uma válvula (32) na extremidade daquele eixo.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o substrato inicialmente seco recebe calor de condensação a partir do vapor superaquecido enquanto que ele está no transportador de parafuso (4') e é vaporizado e aquecido a 70°C, de preferência a 100°C.
14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou reivindicação 13, caracterizado pelo fato de parte da energia térmica que resulta da expansão do substrato ser usada para pré-aquecimento de água de processo, da qual uma quantidade definida é adicionada a dito substrato antes de hidrólise de pressão térmica.

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