BR112016020476B1 - Processo para a preparação de um preparado de biomassa, e, dispositivo para emprego na execução do processo - Google Patents

Abstract

processo para a preparação de um preparado de biomassa, e, dispositivo para emprego na execução do processo a presente invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para preparação de um preparado de biomassa. o processo para preparação do preparado de biomassa compreende assim as etapas de a) preparar um eduto biológico dificilmente digerível, b) preparar um agente para digestão/degradação do eduto, que é ativável ao ultrapassar uma temperatura ta, com ta > 55 °c, e c) ativar uma combinação de eduto e ativador por meio de um dispositivo ativador. o dispositivo de acordo com a invenção (10, 20, 30, 40, 60), para utilização na realização do processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 13 para preparação de um preparado de biomassa, compreende um dispositivo (9, 31, 41) para fornecer um eduto biológico dificilmente digerível ao dispositivo (10, 20, 30, 40, 60), um dispositivo ativador (21) com um agente para a digestão do eduto, que é ativável ao ultrapassar uma temperatura ta, com ta > 55 °c e com um dispositivo para ativação térmica do dispositivo ativador (21).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um processo para preparação de um preparado de biomassa (composição de biomassa), particularmente um preparado de biomassa fermentável, por meio de uma combinação de ativação biológica, mecânica e/ou térmica de ativadores microbiológicos, que são capazes de digerir e tornar fermentáveis edutos biológicos de difícil digestão, especialmente a parcela de lignina da biomassa.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Instalações convencionais de biogás trabalham com bactérias hidrolisantes e metanizantes, que podem metabolizar substâncias contendo açúcar e outros compostos de carbono facilmente fermentáveis, transformando- os em metano. De um modo geral, o biogás é uma mistura gasosa originada de um processo de putrefação de substratos orgânicos, por meio de processos anaeróbicos de fermentação e putrefação. Ele consiste principalmente de metano (cerca de 50 a 80% volume, dependendo do material de alimentação), dióxido de carbono (19 a 4 9% volume) e vapor d'água (1 a 4% volume), carreador de energia principal no biogás. Ele é convertido, na queima, por exemplo, em energia, oxigênio e dióxido de carbono.

[003] Os sistemas de biogás do estado da técnica possuem, entretanto, a desvantagem de não fermentarem, ou quase não fermentarem, ou fermentarem apenas muito lentamente, especialmente as matérias-primas contendo lignina, tais como, por exemplo, palha. Tendo em vista os tempos de residência finitos das biomassas no fermentador, por motivos econômicos, até mais do que 50% das biomassas permanecem não fermentadas nas instalações de biogás convencionais. Isto significa uma alta ineficiência e leva a um elevado consumo de matérias-primas. Em tempos de elevados preços de matérias-primas, isto é muito desvantajoso economicamente, e prejudica a rentabilidade das instalações de biogás convencionais.

[004] Foram desenvolvidos reatores de biogás termófilos que fermentam a temperaturas mais elevadas. Com isso, a digestão e metanização das parcelas de materiais menos digeríveis são um pouco melhoradas. Entretanto ainda restam parcelas consideráveis de biomassas não fermentadas. Em particular, as biomassas de palhas levam à formação de camadas sobrenadantes no armazenamento definitivo, mesmo quando o rendimento total está acima de 50% da alimentação de carbono. Biomassas vegetais do armazenamento final consistem em particular de celulose, hemicelulose, e lignina. A lignocelulose é protegida por uma camada de lignina e, portanto, sem um outro pré-tratamento, só consegue ser fermentada lentamente, ou apenas muito lentamente.

[005] Nos últimos anos foram desenvolvidos numerosos sistemas para atingir uma melhor cominutação dos insumos e uma melhor fermentação. Esses sistemas têm, entretanto, um alto consumo de energia, especialmente o consumo de energia para o acionamento mecânico. Consequentemente o aumento da eficácia assim alcançável é baixo, ou frequentemente até mesmo discutível. Além disso, não se consegue também digerir a parcela de lignina, não em uma quantidade suficiente.

[006] Igualmente foram desenvolvidas substâncias biológicas e bioquímicas e processos para otimização do metabolismo da fermentação nas instalações de biogás. Esses processos fornecem um recurso para a deficiência no metabolismo dos micróbios e podem aumentar o rendimento. De fato eles não modificam muito basicamente a má fermentabilidade das matérias-primas lenhosas e/ou contendo lignina. Esse problema da quase impossível digestão da palha é tão grave, dado que até 50% e mais das matérias-primas, tais como silagem de milho, consiste de biomassas à base de palha. Com a técnica convencional tipicamente cerca de 50% da valiosa biomassa empregada permanece não fermentada. No emprego de biomassas que contêm um alto teor de palha, como estrume de cavalo, uma fermentação frequentemente é muito difícil e ineficiente.

[007] Portanto, nos últimos anos foram desenvolvidos processos de ativação que operam com vapor. O problema aqui, porém, é que o vapor deve ser produzido diretamente na instalação de biogás, o que representa um alto custo. Aqui verificou-se que, mesmo após a digestão por vapor, a eficácia total da metanização não conseguiu ser suficientemente elevada.

[008] Até agora, foi insatisfatoriamente solucionada a maior digestão possível de biomassas contendo lignina, tais como, por exemplo, partes de palha, para conseguir, dessa forma, uma fermentação muito mais completa da biomassa empregada. Aqui o processo deve, além disso, ser eficiente, seguro e econômico.

[009] A lignina consiste de biopolímeros sólidos, que são armazenados nas paredes celulares das plantas e por isso atuam na lignificação das células das plantas. A lignina, em particular, é responsável pela resistência à compressão dos constituintes das plantas, e também pode ser encontrada no pedúnculo ou caule e/ou nas cascas.

[0010] A biodegradação natural da lignina ocorre apenas muito lentamente e é biologicamente complexa. A degradação da lignina ocorre assim sob condições aeróbicas e demanda muita energia (energia intensiva). Ela não pode, correspondentemente, servir sozinha como fonte de carbono e fonte de energia. A degradação natural da lignina, portanto, não pode ser utilizada para instalações de energia de biomassa.

[0011] A degradação técnica da lignina desempenha um papel importante, sobretudo na produção da celulose. Para produção de celulose a lignina deve ser desprendida da lignocelulose e removida do processo. Assim existem diferentes processos para a digestão de celulose, bem como para o branqueamento subsequente da polpa. Em cerca de 80% de todas as fábricas de celulose, a digestão é realizada pelo denominado processo de sulfato, conhecido também como processo Kraft. Uma alternativa é a digestão de celulose ilustrada no processo de sulfito, no qual a degradação da lignina ocorre por uma sulfinação.

[0012] A DE 10 2005 030 895 A1 descreve um dispositivo para digestão do material biológico mantido em dispersão com um recipiente para a passagem do material, no qual um grupo de geradores de som discretos é introduzido. Em particular, com ultrassom. O dispositivo deve servir para a cominutação dos pedaços. O consumo de energia térmica pelo gerador de ultrassons é, dessa forma, suficiente para permitir que a fermentação ocorra a jusante a uma temperatura apropriada. O dispositivo é descrito no contexto de um fermentador e uma utilização de biogás na usina de cogeração em bloco (BHKW). A descrição menciona uma alimentação da massa preparada, injetada de baixo para cima sob alta pressão, devido a uma intensa misturação intencional no fermentador.

[0013] A DE 10 2011 113 646 B3 descreve um tanque de digestão para recepção de fardos e condução de uma mistura de ácido/água pré-aquecida via dispositivos de injeção, assim como, elementos da peneira na área do fundo para separar o hidrolisado líquido e a biomassa sólida. A ativação ocorre de preferência a 140 a 160 °C. São utilizados ácidos minerais ou orgânicos. São dissolvidos 50% da lignina. A hemicelulose é convertida mais do que 75 em monossacarídeos.

[0014] A DE 31 38 309 A1 descreve um processo para digestão de madeira e outras substâncias contendo lignina, onde são empregados os micro-organismos que vivem no trato intestinal, como eles são encontrados, sobretudo, em simbiose em cupins. Além disso, menciona-se que os protozoários e bactérias, após sua separação e multiplicação, são ultracongelados ou liofilizados.

[0015] A DE 10 2011 118 067 A1 descreve um processo de ativação, onde são adicionados formadores de ácido acético. O ativador promove a formação de ácido acético, a estimula e mantém a formação de ácido acético. Sob o termo ácido acético devem ser compreendidos também os acetatos, os sais do ácido acético. Porque nos processos bioquímicos está amplamente presente o ânion CH3COO-. Forma- se a denominada solução tampão de acetato e ácido acético. Ela é preparada com as bactérias vivas do ácido e uma suspensão preparada por açúcar de álcool e água, que são adicionadas tipicamente com 1 litro por metro cúbico de biomassa. Alternativamente leveduras vivas são adicionadas. A reação ocorre a um valor de pH abaixo de 4. O dispositivo utiliza agitadores helicoidais.

[0016] A DE 198 58 187 C2 descreve um processo e um dispositivo para redução de frações orgânicas de um substrato degradável. Aqui uma primeira etapa de desintegração anaeróbica é combinada com uma desintegração térmica, assim como com uma segunda etapa de putrefação anaeróbica subsequente. Apesar dos gastos com a desintegração térmica, obtém-se a digestão apenas da hemicelulose, e a parte de lignina, entretanto, permanece não digerida. O rendimento de energia aumenta assim apenas em torno de 10%.

[0017] Todos os processos conhecidos, que especificam que também podem digerir a lignina, só o conseguem em um âmbito muito restrito e economicamente não rentável. Isto faz com que a decomposição da lignina em instalações de fermentação seja até agora tecnicamente e economicamente ineficiente. Consequentemente as partes de plantas contendo lignina permanecem inutilizadas e repousam até agora nos digestores (nas instalações de biogás até 50% da biomassa).

OBJETO DA INVENÇÃO

[0018] É, portanto, objeto da presente invenção, fornecer um processo e um dispositivo para preparação de um preparado de biomassa, onde também podem ser empregadas biomassas com um teor muito elevado de lignina, como por exemplo, palha de cereais, estrume de cavalo, estacas verdes de madeiras lenhosas, resíduos digeridos e ou miscanto ou gramíneas C4, como matérias-primas (edutos) e assim o carbono orgânico contido no eduto é totalmente transformado o mais completamente possível em hidrocarbonetos ricos em energia (por exemplo, metano).

SOLUÇÃO DE ACORDO COM A INVENÇÃO

[0019] O objeto da presente invenção é ainda solucionado por um processo para preparação de um preparado de biomassa, compreendendo:a) a disponibilização de um eduto biológicodificilmente degradável,b) a disponibilização de um agente para adegradação do eduto, que ultrapassando uma temperatura TA é ativável, com TA > 55 °C, ec) a ativação de uma combinação de eduto e do agente para digestão do eduto.O processo, além disso, em formas de execução pode compreender:d) a disponibilização de uma instalação para o aumento da pressão ou a alimentação de volume.

[0020] O processo de acordo com a invenção compreende assim a etapa opcional de submeter a combinação de eduto e do agente para digestão do eduto a uma pressão P > PA por meio de um dispositivo para o aumento da pressão, por exemplo, uma bomba ou compressor, por exemplo, antes ou após o dispositivo térmico.

[0021] O processo de acordo com a invenção possibilita vantajosamente a preparação particularmente eficiente de composições de biomassas fermentáveis, especialmente a digestão de edutos contendo lignina, quando não limitado a isso e em particular a produção do assim chamado biogás.

[0022] O processo de acordo com a invenção baseia-se no efeito predominantemente termicamente ativável de um ativador substancialmente microbiológico, que degrada o eduto (a seguir também denominado agente para a digestão do eduto) que, além disso, pode ser reforçado pela aplicação de pressões mais elevadas. Esse ativador diferencia-se muito essencialmente de todos os agentes até então empregados.

[0023] O ativador biológico de acordo com a invenção contem grandes quantidades de aproximadamente 100 bilhões de partículas por mililitro em micro-organismos termófilos resistentes a altas pressões. Condições de ativação particularmente preferidas são temperaturas entre 65 °C e 85 °C, mais preferentemente 70 a 80 °C, e pressões entre 200 a 600 kPa (2 bar e 6 bar).

[0024] O ativador é adicionado, se apropriado, já no pré-misturador, aos materiais de partida sólidos. Alternativamente, o ativador já é adiantadamente constituinte de um dos materiais de partida, que são misturados no misturador de materiais de partida. O ativador é, por exemplo, adicionado ao material de partida sólido, tal como, por exemplo, palha, por exemplo, por borrifo por meio de um dispositivo borrifador. Assim o ativador entra em contato com a superfície das partículas das matérias-primas.

[0025] Uma outra alternativa é transportar o ativador diretamente para dentro da tubulação misturado com as matérias-primas.

[0026] São utilizados de preferência dois grupos diferentes de micro-organismos, sozinhos ou de preferência em combinação:- Micróbios anaeróbicos ou aeróbicos, que quebram e decompõem as biomoléculas (p. ex. proteínas, açúcares, gorduras, celulose, ácidos nucleicos), que também digerem, por exemplo, as celuloses de cadeia longa e podem converter as moléculas em cadeias mais curtas.- Micróbios termófilos, que acima de uma temperatura de ativação produzem agentes de desprendimento, os quais, por exemplo, desprendem as camadas de lignina das partículas de biomassa.Em um agente de ativação particularmente preferido são empregados mais do que três diferentes tipos de micro-organismos, de preferência em combinação.- Micróbios anaeróbicos, que quebram e decompõem biomoléculas, que digerem, por exemplo, celuloses de cadeia longa e podem convertê-las em moléculas de cadeia curta.- Micróbios aeróbicos, que realizam o metabolismo com o auxílio de oxigênio e ou agentes de oxidação.- Micróbios termófilos, que produzem agentes de desprendimento acima de uma temperatura de ativação, que, por exemplo, desprendem as camadas de lignina das partículas de biomassa.

[0027] Uma forma de execução do agente de ativação combina as misturas anteriormente mencionadas dos micróbios com elementos traço.

[0028] Uma forma de execução particular do agente de ativação combina as misturas anteriormente mencionadas dos micróbios com formadores de gel.

[0029] Uma outra forma de execução particular do agente de ativação combina as misturas anteriormente mencionadas de micróbios com coadjuvantes para reações fortemente exotérmicas, que em seguida contribuem para o aquecimento da mistura de alimentação.

[0030] O processo é realizado, de preferência, a um valor TS entre 15 e 40, de preferência de 15 até 35, e muito particularmente preferido a 22 até 30, já que apenas nesses valores é possível uma boa transferência de calor em uma mistura de palha-líquido, para que a ativação também possa ocorrer e todo o processo possa ser realizado em espaços de tempo razoáveis. O valor TS depende da matéria- prima selecionada e, portanto, varia no âmbito indicado acima. A melhor transferência de calor com palha é obtida assim em faixas de valor particularmente preferidas, o que porém não significa que nas outras faixas de temperatura preferidas, o processo de acordo com a invenção não pode ser realizado igualmente com resultados particularmente bons, o que entretanto depende da fonte de lignina a saber da matéria-prima.

[0031] É denominado de valor TS (em porcentagem) a quantidade de substância seca por kg de eduto ou matéria- prima. O valor OTS significa a quantidade de substância orgânica seca e é empregado no presente caso como sinônimo de valor TS. Um eduto úmido possui um teor TS baixo, um eduto seco conte muita substância seca. Um eduto é então denominado úmido, quando o teor TS é menor do que 300 g/kg de massa fresca, o que corresponde a um valor TS de 30. Apenas para completar são denominados de edutos secos os edutos com mais do que 500 g de substância seca para cada kg de massa fresca (TS mais do que 50).

[0032] O valor TS é determinado da seguinte maneira: a substância seca é determinada por pesagem da massa fresca e subsequente secagem. Depois a amostra seca é novamente pesada. A diferença entre ambas as medições é o teor de água, que é evaporado durante o processo de secagem. A quantidade de substância seca é representada por g/kg de massa fresca. Frequentemente a substância seca também é dada em porcentagem. Um teor TS de 330 g/kg de massa fresca é idêntica a 33% de TS, ou sem dimensionar como TS = 33.

[0033] A ativação térmica ocorre ultrapassando uma temperatura de ativação Ta por, pelo menos, o período de ativação Za. Assim, a verdadeira temperatura Tt alcançada é determinante para o quão longo o tempo mínimo de ativação Za deve ser, para digerir a fração de matérias-primas dificilmente digeríveis. Biologicamente determinada, a menor temperatura atual é Ta = 63 °C, depois porém, são necessárias ainda horas de tempo de ativação. São, portanto, tecnicamente necessárias, as atuais temperaturas Tt = 70 °C até 75 °C, para atingir-se a ativação, dado um menor tempo de ativação medido. Surpreendentemente, verificou-se que a temperatura de ativação não está rigidamente limitada, mas sim é deslizante. Existe uma relação segundo a qual a duplicação da sobretemperatura Tt-Ta leva a pelo menos a metade do período de ativação Za. Tecnicamente faz-se também com que o verdadeiro tempo Zt de ultrapassagem de Ta seja mais longo do que Za. Efeitos colaterais da ativação térmica, na maioria das vezes, é também uma higienização da matéria-prima empregada.

[0034] O eduto sólido, por exemplo, a palha, é vantajosamente cominutado antes da misturação sólido-líquido. A cominutação mecânica da matéria-prima e a misturação subsequente com o agente de ativação adicionado é realizada de acordo com a invenção. Se apropriado, é aplicada uma pressão de operação maior do que 100 kPa (1 bar), de preferência maior do que 200 kPa ou maior do que 300 kPa (2 bar ou maior do que 3 bar), para reprimir a formação de gás e aumentar a solubilidade do gás. O aumento da pressão não é necessariamente obrigatório, mas à pressão atmosférica originam-se e escapam frequentemente CO2 e NH3. Característica da invenção é também, em particular, a instalação fechada à prova de pressão realizada na área do aquecimento. A alimentação de sólidos está aberta naturalmente. Aqui a palha normalmente tecnicamente convencional é, por exemplo, agitada através de um funil em um aparelho de alimentação de sólidos. A alimentação de sólidos, porém, é estanque a líquidos e estanque à pressão em relação à área de aquecimento ou às áreas de aquecimento. A despressurização é realizada somente depois da ativação térmica, especialmente após a redução da pressão por perdas de fricção na tubulação quando deixam a extremidade do tubo no fermentador.

[0035] O processo de acordo com a invenção é realizado em uma outra forma de execução como a seguir:

[0036] O preparado se inicia com a preparação de uma mistura principalmente de biomassa de substância orgânica seca contendo lignina. Essa é de preferência temperada a cerca de 20 °C até 30 °C e se apropriado antes mesmo da substância de ativação ser levada ao contato, por exemplo, por borrifo etc.

[0037] A substância seca misturada é comprimida com um alimentador de sólidos e misturada com um fluxo de fluidos adicionado. Isto é conseguido, por exemplo, por meio de um EnergyJet da fábrica Vogelsang ou com outros misturadores propriamente conhecidos dos especialistas.

[0038] O fluxo de fluido adicionado é preaquecido a aproximadamente 80 °C. Isto é feito por aquecimento gradual, de preferência com a recuperação de calor e em sistemas de recirculação.

[0039] Em outras formas de execução do processo de acordo com a invenção, o processo pode ser realizado no dispositivo com recirculação (ver Figura 5).

[0040] Na etapa A, a matéria-prima líquida é alimentada na circulação, sendo que a válvula de recirculação (41) é fechada e a válvula de alimentação (43) e a válvula de dosagem (42) são abertas. Além disso, a bomba de alta pressão e a bomba de recirculação estão concomitantemente ligadas. A matéria-prima pré-aquecida flui para o misturador de alimentação (9), para ser misturada à matéria-prima sólida. O mesmo impulso hidrostático, de tempos em tempos, fornece a matéria-prima misturada ao trocador de calor (23) que age termicamente ativado, e ainda ao recuperador (21), até o fermentador. Assim, podem ser opcionalmente instalados outros dispositivos de transporte, quando a queda de pressão o exigir.

[0041] Na etapa B a válvula de admissão (43) está fechada, a válvula de recirculação (41) está aberta e a válvula dosadora (42) está fechada. Consequentemente, toda a linha de recirculação está sob uma pressão de trabalho e a matéria-prima líquida é conduzida através de uma bomba de recirculação a uma circulação, até que seja atingida uma temperatura de pré aquecimento desejada. Depois ocorre novamente a etapa A.

[0042] A mistura preparada no misturador de matéria-prima acabou de atingir parcialmente a temperatura de misturação acima de 70 °C. Aquece-se novamente a temperaturas até 80 °C para ultrapassar, em todos os elementos de volume possíveis do preparado de biomassa, a temperatura de ativação pelo maior tempo possível. Isto, por exemplo, pode ocorrer por meio do trocador de calor pós-aquecedor, aquecido por água de resfriamento do motor conforme anteriormente descrito.

[0043] Opcionalmente pode subsequentemente ocorrer um resfriamento do preparado de biomassa. Para evitar um superaquecimento do fermentador, ocorre normalmente um resfriamento, por exemplo, em um recuperador.

[0044] A composição de biomassa produzida pela biomassa contendo lignina pode subsequentemente ser empregada como matérias-primas muito valiosas em biorrefinarias e instalações de biogás.

[0045] A ativação microbiológica ocorre no trocador de calor pós aquecedor e depois disso. A ativação de acordo com a invenção leva primeiramente à separação microbiológica de lignina e em seguida à degradação microbiológica de lignina. A reação de degradação ocorre assim também a uma queda na temperatura e também novamente a uma queda de pressão, até o tempo de residência no fermentador subsequente. A ativação deve, portanto, ocorrer apenas em uma duração mínima, de preferência de alguns segundos, para que a digestão microbiológica da lignina possa ocorrer em seguida. Devido à digestão da lignina, uma quantidade correspondentemente maior de materiais bioenergeticamente utilizáveis é gerada, por exemplo, biometano.

[0046] Além disso, através da cominutação e ativação de acordo com a invenção, das matérias-primas, o gasto de energia elétrica para agitadores, separadores e outros aparelhos auxiliares é significativamente reduzido. No total podem ser verificados também, sob condições favoráveis, condições para a digestão de lignina com muito pouca energia elétrica adicional. Isto é economicamente e ecologicamente de grande vantagem.

[0047] O objeto da presente invenção é solucionado ainda por um dispositivo para emprego na realização do processo de acordo com a invenção para preparação de um preparado de biomassa, compreendendo:- uma instalação para introdução de um eduto biológico dificilmente digerível (matéria-prima),- um dispositivo com um agente para digestão do eduto, que é ativável quando se excede uma temperatura TA, com Ta > 55 °C, e

[0048] A instalação para introdução pode introduzir o eduto biologicamente dificilmente digerível, por exemplo, na forma líquida, pastosa e/ou na forma sólida.

[0049] O dispositivo, além disso, pode compreender:- um dispositivo para aumento da pressão ou alimentação do volume.

[0050] O dispositivo para aumento da pressão e/ou alimentação do volume pode, por exemplo, compreender uma bomba e/ou um compressor.

[0051] Em uma outra forma de execução, o dispositivo de acordo com a invenção compreende, para preparação de um preparado de biomassa:a) um dispositivo para introdução de eduto(s) biológico(s) dificilmente digerível(is), em particular com alto teor de lignina,b) um dispositivo para adição e submisturação de um agente (ativadores e agentes de ativação) para digestão do(s) eduto(s), onde o agente de ativação é ativável ao ultrapassar uma temperatura TA, com TA > 55 °C, opcionalmente com a condição de pressão adicional P>PA com PA > 130 kPa (1,3 bar),c) um dispositivo para ativação de uma combinação/mistura de eduto(s) e ativador por aumento da temperatura a T>TA a uma pressão de P>PA,d) um dispositivo para ativação de um fornecimento de volume, em particular uma bomba ou um compressor, de preferência disposto na direção do fluxo antes do dispositivo para ativação.

[0052] O dispositivo de acordo com a invenção processa matérias-primas contendo lignina dificilmente digeríveis e permite a preparação de um preparado de biomassa de alta qualidade, no qual a lignina também é digerida, em uma grande parte. Ele é mais bem apropriado para o emprego em biorrefinarias ou instalações de biogás.

[0053] O ativador compreende uma mistura de componentes microbiológicos, de preferência introduzidos em um líquido e opcionalmente suplementados por nutrientes e substâncias vitais.

[0054] O ativador microbiológico / o agente de ativação/ de acordo com a invenção contem grandes quantidades (mais do que 108 partes/micróbios por mililitro, de preferência 1010 até 1012 por mililitro) de micro-organismos termófilos resistentes a altas pressões. Condições de ativação particularmente preferidas são temperaturas entre 65 e 85 °C e pressões entre 200 kPa a 600 kPa (2 bar e 6 bar). O ativador consiste de uma mistura de componentes microbiológicos, de preferência introduzidos em um líquido.

[0055] O ativador é, por exemplo, uma suspensão, que contem mais do que 1 milhão de partículas por mililitro, de preferência mais do que 1 bilhão de partículas por mililitro. O mesmo contém de preferência tanto micro-organismos aeróbicos, como também anaeróbicos, como também micro-organismos termófilos. Um teor desses micro-organismos é formador de solvente, isto é, os organismos produzem localmente, sobre a superfície das partículas de matéria- prima, solventes que atacam as camadas antes dificilmente digeríveis e desprendem a camada de lignina. A presença do formador de solvente é extremamente necessária. É preferido o formador de solvente do constituinte microbiológico termicamente ativável. É diferenciável aqui a formação de solventes ativáveis não provenientes de uma adição direta de solventes. A formação do solvente ativável ocorre microbiologicamente de acordo com a invenção também por protozoários (Archaea), bactérias e/ou fungos. Também diferenciável é o solvente formado após a ativação nas superfícies limites da biomassa e os solventes empregados por outras tecnologias. Os solventes produzidos por ativação microbiológica levam, por exemplo, primeiramente apenas ao desprendimento da camada de lignina, entretanto não à dissolução da lignina. Somente após o desprendimento, os fragmentos da camada de lignina são dissolvidos ou digeridos por micróbios para formar compostos de carbono de cadeia curta.

[0056] O eduto pode ser empregado na forma sólida, pastosa ou líquida, de modo que quase todas as biomassas possíveis podem ser digeridos, como, por exemplo, palha, hastes de plantas, aparas de madeira, excrementos de animais, resíduos de abates etc..

[0057] O dispositivo de acordo com a invenção pode compreender um dispositivo para colocar em contato o(s) eduto(s) com o ativador, compreendendo, por exemplo, uma câmara de misturação, entretanto está previsto, em uma outra forma de execução, que o eduto é colocado em contato com o ativador imediatamente antes da introdução no dispositivo atual de acordo com a invenção, p. ex. por meio do borrifo do eduto com um ativador líquido.

[0058] O dispositivo de acordo com a invenção para ativação térmica compreende um dispositivo para o aquecimento dos edutos ou do preparado de biomassa a uma temperatura acima da temperatura de ativação T>TA. De preferência são empregados, para tanto, trocadores de calor, os quais são aquecidos, por exemplo, pelo calor de motores de uma usina de cogeração próxima. O aquecimento dos edutos misturados com o ativador atua no início da ativação. De preferência a ativação é suportada pelo emprego de um nível elevado de pressão, sendo que a pressão é maior do que a pressão de ativação P>PA. O aumento da temperatura também pode ser causado, em modos de realização particulares, por fontes de aquecimento químico internas, por ex. por realização de reações exotérmicas ou por aquecimento elétrico ou por radiação de ondas eletromagnéticas ou ultrassom. Outras alternativas são detalhadamente esclarecidas bem abaixo por meio de figuras.

[0059] Outras formas de execução do dispositivo de acordo com a invenção compreendem, além disso, um dispositivo de misturação para edutos, que é projetado para diferentes matérias-primas com diferentes estados agregados, sólido, pastoso ou líquido, tal que possam ser pré- misturados, como, por exemplo, um dispositivo de pré- misturação de sólidos ou um misturador de matérias-primas sólido-líquidas.

[0060] O dispositivo de acordo com a invenção apresenta em algumas formas de execução um dispositivo para recuperação do calor, de modo que o dispositivo pode operar com particular eficiência de energia. Neste caso a energia térmica é de preferência transferida do produto digerido para pelo menos uma das matérias-primas, para aumentar sua temperatura.

[0061] As várias formas de execução do dispositivo de acordo com a invenção podem ser descritos como uma combinação de um dispositivo com atuação biológica, mecânica e/ou térmica:- um dispositivo com atuação biológica para a dosagem de substâncias de ativação microbiológica (do ativador), que podem atacar camadas contendo lignina a partir de uma determinada temperatura mínima,- um dispositivo que atua mecanicamente para o fornecimento de matérias-primas (edutos) dificilmente digeríveis e misturação com o ativador, onde é atingido um determinado nível de pressão,- assim como um dispositivo que atua termicamente para o ajuste de uma temperatura acima da temperatura de ativação, com a qual a ativação do ativador e a digestão microbiológica da lignina é iniciada.

[0062] Em uma outra forma de execução o dispositivo de acordo com a invenção pode compreender os seguintes componentes:- um dispositivo para preparação de uma mistura de biomassas, por exemplo, sistema de alimentação sólido- líquido, pré-fermentador, etapa de hidrólise ou etapa de desintegração, sendo que na saída é colocado à disposição um fluxo de massa de biomassa contendo lignina, um dispositivo para adição dosada de um agente de ativação, que é ativado somente ao atingir ou na presença de condições de ativação de pressão, temperatura e concentração de nutrientes, assim como tempo.- um dispositivo para o ajuste de uma pressão, por exemplo, de 400 kPa (4 bar) e para alimentar, por exemplo, por meio de bombeamento ou por compressão,- um dispositivo para o ajuste de uma temperatura do meio, por exemplo, trocador de calor ou aquecimento ou liberação de calor bioquímico interno.

[0063] O dispositivo de acordo com a invenção pode compreender, em uma formação posterior, dois sistemas de aquecimento, a saber um preaquecedor e um pós aquecedor. O preaquecedor aquece matérias-primas líquidas a uma temperatura de pré misturação Tv. A matéria-prima líquida preaquecida é misturada com um preparado de matérias-primas sólido, que de preferência está em pequenos pedaços, por exemplo, palha picada ou triturada. A temperatura de misturação originada é TM. A matéria-prima misturada é reagida em seguida, antes ou depois da misturação, com agentes de ativação e, em seguida, é aquecida por um pós aquecedor a uma T>TA. Por isso ocorre uma ativação do ativador e, em seguida, uma dissolução da lignina e, além disso, uma posterior digestão microbiológica da lignina.

[0064] O dispositivo de acordo com a invenção pode compreender, em uma outra forma de realização, dois sistemas de bombeamento, que servem para aumentar a pressão e promover volume, a saber, um primeiro sistema para formação de uma pressão de trabalho e um segundo sistema de bombeamento para produção de um fluxo de recirculação. O fluxo de recirculação é de preferência utilizado para fazer fluir matérias-primas líquidas através do pré aquecedor.

[0065] O dispositivo de acordo com a invenção pode compreender, em uma outra forma de realização, três sistemas trocadores de calor, pelo menos duas bombas, um separador para preparação de um fluido separador, assim como um sistema de alimentação para a biomassa sólida sob misturação de biomassas fluidas ou líquidas.

[0066] Os três sistemas trocadores de calor são de preferência de tal forma projetados, que eles podem transmitir, cada qual até 50 quilowatts de capacidade térmica, baseado em uma capacidade térmica da fornalha de 500 quilowatts. O primeiro trocador de calor opera como pré aquecedor, que aquece o fluido separador preaquecido do recuperador a cerca de 50 °C a 80 °C na operação de recirculação. O fluido flui por uma bomba de recirculação a um nível de pressão elevado de cerca de 400 a 1.000 kPa (4 até 10 bar). O segundo trocador de calor opera como pós aquecedor, a mistura de biomassa/ativador é novamente aquecida a temperaturas maiores do que 75 °C, de preferência 80 °C, para iniciar a digestão de lignina. O terceiro trocador de calor opera como recuperador para recuperação do calor e transfere, por exemplo, em contra corrente, o calor do preparado de biomassa digerido de acordo com a invenção para o fluido separador fornecido, o teor de matérias-primas líquidas. Isto é importante para limitar a entrada de calor no fermentador. Os trocadores de calor são de preferência configurados como trocadores de calor de manta tubulares. No tubo interno contínuo flui respectivamente o fluido altamente viscoso. O tubo externo é de preferência enrolado e tem dois flanges para entrada e saída. O dispêndio total de calor é de cerca de 6% até 20% da potência térmica da fornalha. O calor pode estar disponível, por exemplo, via a água de refrigeração regenerativa do motor de uma unidade de cogeração BHKW.

[0067] A pressurização e promoção de matérias- primas com elevado teor de substâncias secas é tecnologicamente difícil, particularmente a altas temperatura acima de 60 °C. Consequentemente, uma forma de execução particularmente preferida do dispositivo de acordo com a invenção trabalha com uma bomba pressurizadora, comprime o fluido de refrigeração da matéria-prima, com T<50 °C a uma pressão prévia Pv de, por exemplo, 400 kPa a 600 kPa (4 bar até 6 bar). Depois ocorre primeiro o aquecimento da matéria- prima fluida. Através da elevada pressão de operação a liberação de gás é evitada. A pressão de operação é utilizada, além disso, como principal força de impulsão, para movimentar a massa através de tubos, misturadores, válvulas e trocadores de calor etc.

[0068] O preaquecimento do fluido da matéria- prima é suplementado por um outro trocador de calor, que tem a possibilidade, mesmo sem o bombeamento da mistura de fluidos no misturador de matérias-primas, de levar o fluido a absorver calor. Particularmente preferido é um circuito de aquecimento em recirculação, movido por uma bomba de recirculação adicional, que se encontra na pressão de recirculação Pk. A bomba bombeia desde a pressão Pkr para a Pkv. A perda de carga no circuito de aquecimento ocorre nas tubulações, distribuidores, válvulas, trocadores de calor etc.

[0069] O acesso à alimentação de fluido no misturador de matérias-primas é fechado por pelo menos uma válvula Ve, cuja abertura pode ser variada. O circuito de recirculação tem igualmente uma válvula Vk, que libera ou fecha o circuito. A primeira posição é o preenchimento do circuito com uma válvula de circuito fechada Vk e uma válvula de alimentação aberta Ve. A segunda posição é a posição de circulação com a válvula de circulação Vk aberta e a válvula de alimentação Ve fechada. Posições de misturação entre elas são possíveis e algumas vezes vantajosas.

[0070] Um desenvolvimento da invenção compreende ainda um misturador de alimentação de matérias-primas sólidas, opcionalmente equipadas com um ativador, e matérias- primas fluidas, de preferência pré-aquecidas. O misturador de matérias-primas compreende um trecho de compressão com acionamento motorizado, que forma um tampão de matéria-prima estanque a líquido e se forma continuamente, na medida em que no misturador de matéria-prima é misturada uma matéria-prima sólida. O tampão continuamente formado e consumido efetua uma vedação à prova de pressão contra a matéria-prima líquida alimentada sob pressão e contra as áreas de ativação, nas quais a matéria-prima misturada é termicamente ativada.

[0071] Em um desenvolvimento especial a vedação do tampão é garantida por uma técnica de controle inovadora. A técnica de controle até então convencional regula o número de rotações da bomba de pressurização. Surpreendentemente verificou-se que esta não fornece a segurança desejada contra a penetração do líquido contra a direção de transporte. De acordo com a invenção, uma válvula de controle é então regulada na alimentação de fluido de matérias-primas e se apropriado, para segurança, conectada em série a uma válvula de gaveta, com o que o fluxo é rapidamente reduzido, caso a vedação não esteja mais presente no misturador de matérias- primas. O misturador de matérias-primas produz automaticamente, por sua ação, um tampão de matérias-primas consumido continuamente, que possui propriedades de vedação. Essas propriedades de vedação são tão melhores, quanto melhor foi compactada a massa, de modo que não permaneça nenhum canal de fluidos.

[0072] Em um modo de execução, o dispositivo de acordo com a invenção compreende uma alimentação de agentes formadores de gel para secagem da matéria-prima. Porque em uma situação de teste com matérias-primas mal vedadas verificou-se, surpreendentemente, que uma adição de agentes formadores de gel pré-misturados na mistura das matérias- primas sólidas, ou então no misturador das próprias matérias- primas, tem como efeito o fato de que se formam tampões particularmente estanques a pressão. Essa forma de execução compreende, portanto um misturador de matérias-primas com um dispositivo de alimentação para formadores de gel. Formadores de gel apropriados são, por exemplo, preparados de quitina ou preparados de quitosana ou óleos ou preparados em gel, particularmente aqueles que são líquidos, a temperaturas elevadas e estão na forma de gel a temperaturas abaixo de 60 °C. As quantidades adicionadas fazem com que os canais de fluido no tampão sejam fechados. Os tampões, entretanto, são frequentemente consumidos na operação e o material é misturado. Deve-se, portanto, misturar constantemente para se ter novos formadores de gel.

FIGURAS E EXEMPLOS DE EXECUÇÃO

[0073] A invenção é a seguir detalhadamente esclarecida por meio de exemplos de execução e figuras, sem que isso seja compreendido como limitante a uma forma de execução determinada.

[0074] Elas mostram:

[0075] Figura 1: um esquema do dispositivo de acordo com a invenção,

[0076] Figura 2: uma forma de execução do dispositivo de acordo com a invenção com um misturador de matérias-primas para matérias-primas sólidas,

[0077] Figura 3: uma forma de execução do dispositivo de acordo com a invenção com um misturador de matérias-primas para matérias-primas sólidas e matérias- primas líquidas,

[0078] Figura 4: uma forma de execução do dispositivo de acordo com a invenção com um dispositivo para a recuperação de calor, e

[0079] Figura 5: uma outra forma de execução do dispositivo de acordo com a invenção em uma vista esquemática.

[0080] Figura 6: uma comparação da quantidade de biogás obtido no processo de acordo com a invenção e no processo do estado da técnica.

[0081] Na Figura 1 diversas matérias-primas (50, 51... 55), que são operacionais em um dispositivo de preparação 61-62, se tornam passíveis de emprego. Esses dispositivos de preparação 61-62 podem, por exemplo, ser misturadores de matérias-primas sólidas-líquidas, tais como EnergyJet, misturadores de matérias-primas líquidas-líquidas, pré-fermentadores, etapas de hidrólise ou desintegradores térmicos ou dispositivos separadores. Em geral, é fornecido ao dispositivo de acordo com a invenção um material de biomassa (1) escoável, bombeável e condutor de calor que apresenta um teor economicamente interessante de biomassa contendo lignina dificilmente digerível (no caso de palha como matéria-prima, em sistemas convencionais até 60% e mais, não são digeríveis nos tempos de residência relevantes para instalações econômicas). Típico para o material de biomassa (1) são 30% até 80% da substância orgânica como biomassa contendo lignina. Para possibilitar a digestão de lignina, até agora impossível, e com isso a posterior liberação de carreadores de energia, tais como CH4 (metano), é adicionado um ativador que em seguida é ativado. A adição pode ocorrer basicamente já na etapa da preparação (61-62), ela deve ocorrer no mais tardar antes da etapa de ativação (21). O dispositivo de ativação como um todo consiste de diversos elementos (41, 31, 21 etc.) e estabelece as condições apropriadas de ativação. A adição do ativador (42) gera aqui os pressupostos biológicos (por adição de micro-organismos termófilos que agem ativando, que podem gerar localmente agentes bioquímicos que atuam desprendendo a biomassa de lignina). A adição do ativador ocorre por meio de um sistema de dosagem em quantidades tipicamente de 0,1 até 10 litros por tonelada da biomassa total. O sistema de dosagem (41) é opcionalmente de tal modo projetado que ele também pode dosar o nível de pressão de ativação elevado (por exemplo, 400 kPa (4 bar)). Após a dosagem, a biomassa e o ativador são misturados e colocados em contato, por exemplo, pelo efeito da misturação de um sistema de alimentação sólido-líquido (por exemplo, EnergyJet) ou o efeito da misturação de uma bomba de fluido (p. ex. bomba centrífuga). Adicionalmente à misturação neste elemento alimentador (31) também é gerado um aumento de pressão na pressão de ativação maior do que Pa. Então efetua-se, um aumento da temperatura para uma temperatura de ativação é tornada maior do que Ta. Para o aumento da temperatura é empregado um elemento de aquecimento (21) selecionado de (trocadores de calor, padrões de aquecimento, fontes de aquecimento interno reativo, p. ex. aditivos que reagem exotermicamente). Após a ativação (no mais tardar ocorrendo em um dispositivo de ativação 21) ocorre primeiramente o desprendimento da biomassa contendo lignina e depois disso, passo a passo, a digestão da biomassa contendo lignina, sendo que a biomassa então dificilmente digerível é convertida em uma mistura de substância fermentável, que contem especialmente compostos de carbono de cadeia curta.

[0082] A Figura 2 mostra um dispositivo de acordo com a invenção com misturador de matérias-primas, aqui denominado de (9). O misturador (9) produz a matéria-prima (1) para o próprio sistema de ativação. Vê-se também que a bomba (31) é posicionada no circuito de líquido. Decisiva é a pressão após o misturador (9) e no dispositivo de ativação térmica (21), para a qual vale que P>Pa assim como T>Ta. A matéria-prima depois ativada é aqui denominada de (58).

[0083] O fluxo de matéria do ativador (42) é opcionalmente adicionado à mistura de matérias-primas (50,..., 55) ou à mistura de matérias-primas (1) preparadas a partir delas. Além disso, a matéria-prima (1) é levada a uma pressão P>Pa e a uma temperatura T>Ta. Com isso obtém-se a ativação e os componentes microbiológicos do ativador (42) começam a se tornar ativos. Após a ativação ocorre uma rota de reação, sendo que aqui a temperatura pode, mas não deve, ser novamente reduzida. A redução da temperatura, por exemplo, pelo recuperador é opcionalmente usada, em fermentadores mesófilos, para limitar um aumento da temperatura no fermentador subsequente. Em fermentadores termófilos pode-se prescindir, por exemplo, do resfriamento após a ativação. Uma execução particularmente preferida utiliza, para produção da mistura de matérias-primas (1), um teor de resíduos sólidos digeridos, de preferência do armazenamento definitivo. Esses são, por exemplo, separados por um dispositivo de separação (filtro, separador, etc.) e introduzidos no misturador de matérias-primas e lá misturados com palha. Uma outra forma particularmente preferida de execução utiliza um teor de resíduos líquidos digeridos, ou porções de fermentação com teor de substância orgânica seca, tipicamente abaixo de 10%, de preferência abaixo de 6%, particularmente abaixo de 4%, para aquecer essa fração de fluidos separadamente, comprimir e equipar com ativador. Subsequentemente, a misturação é realizada com matérias- primas secas-sólidas, em um dispositivo de misturação apropriado, como por exemplo, EnergyJet da Vogelsang. A matéria-prima assim originada já é passível de ativação por adição do ativador e de mistura já passível de ativação. A pressão prévia também pode ser utilizada, para formar pelo menos parcialmente a pressão de ativação. Também a temperatura Tv de entrada obtida após a misturação é uma boa posição de partida para o aquecimento posterior acima da temperatura de Ta. Em caso especial é até mesmo suficiente a temperatura de entrada do misturador Tv, para atingir a temperatura de ativação Ta. Em regra, uma outra rota de aquecimento (21) é conectada fluxo abaixo, para ultrapassar a Ta. O aquecimento é feito ou por troca de calor, por exemplo, com água de resfriamento do motor, ou por eletroaquecedores com excesso de corrente, ou é obtido por meio de reagentes exotérmicos.

[0084] É particularmente preferida, além disso, a introdução do fluido com um teor de substância orgânica seca (OTS) em um dispositivo de preaquecimento, por exemplo, trocador de calor de recirculação, a um nível de pressão elevado Pv, que se situa acima da pressão de ativação Pa. Para tanto, uma etapa de aumento de pressão (31) é empregada, e opcionalmente um outro dispositivo de recirculação (32). A adição do ativador (42) ocorre, à escolha, antes do misturador de matérias-primas (do lado fluido, ou do lado sólido, utilizam a eficácia de misturação) ou após o misturador de matérias-primas (então combinado com o misturador ativador subsequente como parte de (41)), em todo caso porém antes do dispositivo de ativação (21) que atua termicamente (21). O ativador (42 ou 70) também pode ser adicionado após o misturador (9), o que não é vantajoso, porque então um misturador de ativação adicional (41) seria necessário. É preferida a adição do ativador (42) antes do misturador de matérias-primas (9) ou no sistema (61-62) na Figura 2, porque então o efeito da misturação do misturador de matérias-primas empregado é utilizado com o ativador (42 ou 70).

[0085] A Figura 3 mostra uma outra forma de execução do dispositivo de acordo com a invenção com um dispositivo para a misturação de matérias-primas sólidas e líquidas. Após o misturador 9), a matéria-prima (1) está disponível para a ativação. O pré aquecimento das matérias- primas líquidas (53) é seguido por uma via térmica (22), por exemplo, um trocador de calor ou um elemento aquecedor, opcionalmente complementado por um circuito de recirculação com um dispositivo bombeador 32. A pressão de ativação é de preferência construída por uma etapa de aumento de pressão ou dispositivo de bombeamento (31). A seção de aquecimento (21) garante que seja atingida, por toda a matéria-prima, pelo menos uma T>Ta. A matéria-prima ativada (58 ou 2) vem na via de reação, na qual a lignina dissolvida é microbiologicamente dissolvida ou digerida. Opcionalmente é reduzida aqui ou depois a temperatura da matéria-prima ativada. A Figura 3 mostra outra disposição particular de bombas. Com isso o dispositivo de bombeamento (31) gera a elevada pressão de trabalho. O dispositivo bombeador 32 serve para a circulação das matérias-primas fluidas (53) no circuito de preaquecimento, inclusive uma via térmica (22) que pode ser realizada especialmente como trocador de calor, aquecido, por exemplo, por calor de motor.

[0086] Ao invés de um trocador de calor como forma de execução para as vias de aquecimento (21 e ou 22), poderia ser igualmente utilizado um aquecedor elétrico ou componentes de reação bioquímicos, que são empregados para aquecimento. Essencial é apenas que nessas vias de aquecimento seja atingido um estado térmico T>Ta e mantido por um tempo Z>Za.

[0087] No emprego de um trocador de calor pode- se desistir quando, após a misturação do ativador, a mistura de matérias-primas é trazida a uma consistência passível de transporte, por exemplo, por misturação com fluidos, e antes disto ou depois, devido a uma liberação de calor especial, é trazida a uma temperatura real Tt acima da temperatura de ativação Ta e é mantido nesta temperatura pelo menos pelo tempo Za. A liberação particular de calor pode, por exemplo, ocorrer por reações exotérmicas, como elas, por exemplo, podem ocorrer sob utilização de agentes de oxidação trazidos e ou outros agentes de reação. A introdução de oxigênio, por exemplo, ocorreu na alimentação de materiais sólidos do espaço atmosférico, e podem ser adicionados, adicionalmente, agentes passíveis de reação.

[0088] Na Figura 4 é mostrada uma outra variante no dispositivo descrito mais detalhadamente na Figura 3. Esse apresenta então, adicionalmente, um dispositivo para recuperação de calor (recuperador). A mistura de matérias- primas após a ativação tem inicialmente uma alta temperatura maior do que Ta e, por isso, transporta muito calor específico. Esse calor, por exemplo, pode ser empregado para aquecer o fluido de matérias-primas. Trata-se, portanto, de uma recuperação de calor que reduz o consumo de energia da instalação. Além disso, a entrada de calor no fermentador é reduzida. Temperaturas preferidas após o recuperador são, por exemplo, de 55 °C. Comparado com a forma de execução indicada na Figura 3, o dispositivo de acordo com a Figura 4 mostra também um recuperador (23) para recuperação do calor da matéria-prima ativada (58). O calor recuperado pode, por exemplo, ser empregado para o preaquecimento da matéria-prima (53) fluida. Em uma outra forma de execução, o recuperador (53) pode também aquecer um resfriador simples.

[0089] Na Figura 5 é mostrado um desenho esquemático de um dispositivo de acordo com a invenção. Nesta forma de execução especial é vantajosamente evitada em particular a flutuação de palhas picadas por ativação e misturação de biomassa contendo lignina com o fluido de ativação e reciclado no dispositivo para entrada de sólidos (9).

[0090] A dificuldade da transferência de calor a uma mistura de palha-água é solucionada assim, pelo fato de que primeiramente é separado um fluido líquido fino por meio do separador (2), que pode ser facilmente bombeado. Esse é pré aquecido no recuperador (21) e aquecido na circulação do pré aquecedor por trocador de calor do preaquecedor (22) a cerca de 70 °C até 80 °C. Como fonte de calor emprega-se, por exemplo, uma água de resfriamento de motor.

[0091] No processo de recirculação, ou periodicamente, a válvula (41) é fechada e através da válvula dosadora (42) do circuito de preaquecimento é removida a quantidade necessária de massa orgânica preparada no reciclado/fluido separador e comprimida a uma pressão manométrica de, por exemplo, até 600 kPa (6 bar).

[0092] A biomassa contendo lignina deve, de acordo com a invenção, ser aquecida por pelo menos alguns segundos a uma temperatura de preferência de 75 °C, particularmente preferido de 80 °C.

[0093] Imediatamente após a introdução dos sólidos, a mistura de biomassa-ativador possui uma temperatura de misturação abaixo de 70 °C. Depois disso, aquece-se posteriormente no trocador de calor a cerca de 80 °C. Com isso a reação microbiológica é iniciada e a dissociação de lignina se inicia.

[0094] Após a dissociação, a mistura é opcionalmente resfriada, por exemplo, no trocador de calor em contracorrente. A temperatura aqui cai abaixo de 60 °C e a mistura é conduzida ao fermentador. No fermentador a composição de biomassa é levada à fermentação. Então as frações de biomassa previamente protegidas contra lignina são digeridas e são convertidas em biogás, que então pode ser reagido em uma usina de cogeração e que então fornece a energia necessária para o processo de acordo com a invenção, de modo que se forma um circuito fechado de energia.

[0095] Isto significa, dependendo da matéria- prima (por exemplo, palha), que é obtida uma maior produção de até 300% (até 600 metros cúbicos por tonelada de matéria orgânica seca) se comparado com os processos do estado da técnica.EXEMPLOS DE EXECUÇÃO (OS ÍNDICES DE REFERÊNCIA REFEREM-SE À FIGURA 5) EXEMPLO 1

[0096] Com o repowering das instalações existentes, o armazenamento final ainda tem inicialmente um alto teor de sólidos das substâncias. Do armazenamento final (1), o resíduo da fermentação é removido e conduzido a um separador (2). Esse separa o resíduo da fermentação em uma porção fixa de sólidos (51), por exemplo, com 25% de OTS, e uma porção fluida (52), por exemplo, de 4% de OTS. O fluido do separador é armazenado no recipiente de fluido do separador (3) e caso necessário aquecido para proteção contra congelamento.

[0097] A porção sólida (51) é igualmente armazenada e caso necessário transportada para o lado da entrada do misturador de sólidos (8), para ser misturado ao material de alimentação. A porção de fluido (52), por exemplo, com 4% de OTS, é aspirada do recipiente de armazenamento (3) por uma bomba pressurizadora (31) e comprimida a uma pressão de alimentação de até 500 kPa (5 bar).

[0098] Com uma pequena perda de carga, este fluido separador (53) de baixa viscosidade e quimicamente alcalino flui através de um trocador de calor (21), no qual ele absorve o calor de um contrafluxo (57) aquecido. O contrafluxo é a mistura de matérias-primas prontas aquecida e ativada no caminho para o fermentador (58).

[0099] O fluido separador preaquecido é pressurizado na alimentação para a câmara de misturação (82) e produz deste modo, no circuito de recirculação (55), uma pressão do sistema de até 400 kPa (4 bar). A alimentação aqui é somente possível com a válvula (43) aberta. Opcionalmente constrói-se no circuito de recirculação (55) do preaquecedor um armazenador tampão com separador (4), que contem um elemento armazenador preenchível.

[00100] O circuito de recirculação (55) é acionado por uma bomba de recirculação (32), que é menos projetada para o aumento da pressão, para tanto é, porém, especialmente resistente a corrosão e particularmente resistente a temperatura. A diferença de pressão a ser gerada é igual à perda de carga no circuito de recirculação devido ao trocador de calor (22) e às câmaras de misturação (82, 83, 84).

[00101] O preaquecedor (8) é projetado como um trocador de calor tubular. É aquecido em contracorrente por água de refrigeração do motor, que é extraída da usina de cogeração de biogás (BHKW). O aquecimento ocorre, portanto, de forma 100% regenerativa.

[00102] O circuito de recirculação flui através de uma saída da câmara de misturação (84), na qual a velocidade é reduzida, de modo que uma contrapressão atua na válvula dosadora (42). Quando a válvula do motor (42) se abre, o fluido separador (55) aquecido a cerca de 80 °C ou mais pode fluir para a alimentação de sólidos (9).

[00103] No caminho para a alimentação de sólidos (9) encontra-se uma injeção para o ativador (Fluido Bionik) do tanque (6) e água aquecida purificada, e essa desemboca na câmara (81).

[00104] A alimentação da matéria-prima ocorre através de um misturador de sólidos (8). Esse mistura a biomassa fresca de acordo com a necessidade com o reciclado (51) do separador (2) e palha cominutada e acrescenta, além disso, um componente funcional biologicamente muito importante do tanque (7), o ativador. A matéria-prima é aqui também cominutada a um tamanho de grão / comprimento da haste abaixo de 30 mm, de preferência cerca de 0 mm.

[00105] A matéria-prima pré-misturada é comprimida no dispositivo de alimentação de sólidos (9) e misturada intimamente com o fluido separador preaquecido da câmara (81). Aqui é preferido que o fluido separador possua o maior teor de massa e tenha, além disso, o maior calor específico. Origina-se o preparado de biomassa (56) com uma temperatura de misturação, por exemplo, abaixo de cerca de 70 °C. Esse preparado de biomassa (56) é reagido com o ativador, mas ainda não é totalmente ativado. O mesmo é, portanto, ainda mais aquecido até a ativação e então um pouco resfriado no recuperador. De lá vai para o fermentador, onde se origina o biogás, que é conduzido ou capturado e é empregado em uma usina de cogeração BHKW, que por sua vez conduz o processo anteriormente descrito para a ativação ou depois nas etapas de PreMix, por exemplo, conduz a energia térmica necessária, que é obtida pela combustão do biogás, para as tubulações de água quente.EXEMPLO 2

[00106] Em operação contínua, o preparado de biomassa do sistema de acordo com a invenção no fermentador é rapidamente totalmente reciclado. Com isso o teor de sólidos orgânicos cai (TS ou O (= orgânico) TS) após alguns poucos meses no armazenamento final (1) a valores abaixo de 4%. Assim não é necessário nenhum separador (2). O líquido do receptáculo final pode ser empregado diretamente como matéria-prima (52) líquida.EXEMPLO 3

[00107] Como matéria-prima deve ser empregada, por exemplo, principalmente palha seca, p. ex. porque essa é um rejeito de uma grande operação agrícola. Neste caso a palha deve ser picada. O teor de TS da palha está acima de 85%. Para o processamento deve ocorrer uma misturação com líquido, por exemplo, líquido do fermentador. Esse tem um teor de mineral crescentemente elevado. Consequentemente, além disso, mistura-se água ao preparado de matéria-prima, para não deixar a concentração de minerais no fermentador e no armazenamento final ficar muito elevada com o tempo.EXEMPLO 4

[00108] No esterco de galinha como matéria-prima há uma super oferta de amônia. Então de um recipiente dosador (5) no separador (4) dosa-se um agente precipitador, para precipitar fertilizantes de amônia do líquido (55) circulante aquecido. Deste modo podem também ser precipitados da recirculação preaquecida íons metálicos e outros constituintes.EXEMPLO 5

[00109] O fluido de recirculação da biomassa deve ser enxaguado. Para isso a válvula de alimentação (43) deve ser aberta e a válvula de circulação (41) fechada. A válvula dosadora (42) é aberta e a alimentação de sólidos é contornada caso necessário, ou seja, quando houver um vazamento (não mostrado). Então o fluido transportado das bombas (31) e (32) flui por todo o trocador de calor e limpa o mesmo. Após o recuperador (21) o fluido também pode ser novamente bombeado para o recipiente (3) (não mostrado). EXEMPLO 6

[00110] Biomassas com teores de lignina extremamente altos de 20% e mais baseado na massa seca total requerem uma ativação particularmente forte a elevadas temperaturas. Então, primeiramente a válvula dosadora (42) é fechada e o fluido separador (55) é circulado pelo trocador de calor (22) e se aquece 85%. Respectivamente apenas um pouco de sólido é alimentado e produz-se uma elevada temperatura de misturação no E-Mix (56). Essa é ainda aumentada no pós aquecedor (23). Se necessário o recuperador (21) também pode ser convertido ao modo de aquecimento, para aumentar ainda mais a ativação do fluido (57).

[00111] A Figura 6 mostra os resultados da produção de biogás (60% de metano, 37% de CO2 e 3% de água) de uma mistura de chorume fino (designado separador de líquido ou separador de fluido (55) ver acima) e palha de trigo (picado em diferentes tamanhos) em uma proporção de mistura de 4:1 a um valor de TS de cerca de 25 a diferentes temperaturas. O processo de acordo com a presente invenção (G9-S3, G11-S4, G17-S7 e G19-S8) mostrou, em comparação com o processo de acordo com o estado da técnica que foi executado sem dispositivo ativador 21 (G5-S1, G7-S2, G13-S5, G15-S6), obteve uma quantidade visivelmente mais elevada de biogás, sendo que foi obtido o máximo de biogás a uma temperatura de 63°C (G19-S8). O processo foi executado em uma instalação 60 de acordo com a figura 5, sendo que, como já foi dito acima, no processo do estado da técnica, não estava presente nenhum dispositivo ativador 21 na instalação.ÍNDICES DE REFERÊNCIALISTA DE ÍNDICES DE REFERÊNCIA PARA A FIGURA 5 1 Tanque de armazenamento final2 Separador3 Tanque de fluido separador4 Separador5 Precipitador6 Tanque de Bionik HAT7 Tanque de Bionik LT8 Misturador de sólidos9 Alimentação de sólidos21 Trocador de calor recuperador22 Trocador de calor preaquecedor23 Trocador de calor pós-aquecedor31 Bomba pressurizadora 400 kPa (4 bar) 20 a 50 °C32 Bomba de recirculação 100 kPa (1 bar) 70 a 90 °C41 Válvula de recirculação no circuito de preaquecimento42 Válvula de dosagem para alimentação de sólidos43 Válvula de alimentação para o preaquecedor44 Válvula de transbordamento do preaquecedor no fluido separador45 Válvula de descarga do separador51 Material sólido resíduo da digestão no separador52 Fluido separador TS04 frio de baixa viscosidade53 Fluido separador aquecido na manta externa54 Fluido separador através da válvula dealimentação 50 °C55 Fluido separador TS04 no circuito depreaquecimento 80 °C56 Mistura de edutos após a adição de sólidos <70 °C 57 Mistura de edutos TS12 após aquecimento 80 °C58 Mistura de edutos TS12 resfriada a 55 °C para o fermentador91 Água de resfriamento do motor aquece preaquecedor 2292 Água de resfriamento do motor aquece pós- aquecedor 2393 Água de resfriamento do motor aquece fluido separador 3 sob demanda94 Água de resfriamento do motor aquece tanque de Bionik HT 695 Água de resfriamento do motor aquece alimentação de sólidos sob demanda

[00112] O modo de operação do sistema BMT é de preferência em etapas.A. Etapa de alimentar e concomitante ejetar a circulação na misturaçãoB. Etapa de aquecer em circulação e concomitante pós-aquecer no trocador de calor 23 bem como resfriar no trocador de calor 21. Então novamente A.

Claims (20)

1. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM PREPARADO DE BIOMASSA, que compreende as etapas de:a) disponibilizar um eduto dificilmente digerível biologicamente,b) disponibilizar um agente para digestão do eduto, que é ativável quando uma temperatura TA é excedida, , ec) ativar uma combinação de eduto e ativador microbiológico para digestão do eduto por meio de um dispositivo para ativação térmica,caracterizado pelo ativador microbiológico compreender 1 milhão de micróbios termofílicos por mililitro,em que pelo menos um teor desses micróbios é formador de solvente,em que TA> 70 °C.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo eduto conter lignina.

3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo eduto ser sólido ou ser cominutado mecanicamente antes da etapa a).

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo eduto ser misturado com um fluido após a etapa a) ou b).

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela mistura ser levada a uma temperatura T1, sendo que Ti < TA.

6. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pela mistura ser ajustada a um valor TS entre 9 e i5.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela mistura ser ajustada a um valor TS entre 10 e 15.

8. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por após a etapa c) a mistura de reação ser levada a um fermentador.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela mistura de reação, antes da condução ao fermentador, ser resfriada a uma temperatura TF, onde TF < TA.

10. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por, antes ou durante a ativação, a combinação de eduto e ativador ser comprimida a uma pressão mais elevada do que uma pressão de ativação, em que a pressão de ativação é mais elevada do que 130 kPa (1,3 bar).

11. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela ativação provocar, que pelo menos um componente microbiológico comece a dissolver as camadas de lignina, e em seguida pelo menos um componente microbiológico comece a digerir fragmentos de lignina.

12. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo biogás que é formado no fermentador ser separado.

13. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60) PARA EMPREGO NA EXECUÇÃO DO PROCESSO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, para a preparação de um preparado de biomassa, que compreende:- um dispositivo (9, 31, 41) para alimentar um eduto dificilmente digerível biológico no dispositivo (10, 20, 30, 40, 60), - um dispositivo ativador (21) com um ativador microbiológico para digestão do eduto, que é ativável ao exceder uma temperatura TA, e com um dispositivo para ativação térmica do dispositivo de ativação (21),caracterizado pelo ativador microbiológicop compreender 1 milhão de micróbios termofílicos por mililitro, em que pelo menos um teor desses micróbios é formador de solvente,em que TA> 70 °C.

14. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo eduto biológico dificilmente digerível conter lignina.

15. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo dispositivo de ativação (21) compreender um trocador de calor ou um dispositivo de aquecimento.

16. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado por ainda compreender:- um dispositivo de misturação para edutos.

17. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado por ainda compreender:- um dispositivo de dosagem para uma adição dosada de agente para a digestão do eduto.

18. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado por ainda compreender:- um dispositivo de misturação para misturar os edutos de diferentes edutos sólidos, pastosos ou líquidos.

19. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 18, caracterizado por ainda compreender:- um dispositivo de aquecimento, que é aquecido por energia química ou calor de reação ou energia eletromagnética ou radiação.

20. DISPOSITIVO (10, 20, 30, 40, 60), de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 19, caracterizado por ainda compreender:- um dispositivo para a recuperação de calor.

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