BR112018077033B1

BR112018077033B1 - Método para produzir uma composição de biomassa modificada com um alto poder calorífico

Info

Publication number: BR112018077033B1
Application number: BR112018077033-7A
Authority: BR
Inventors: Lari Vãhãsalo; Nicholas Lax; Sebastian Von Schoultz
Original assignee: Ch-Bioforce Oy
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2022-06-14
Also published as: PL3478803T3; RU2018146167A; RU2018146167A3; LT3478803T; BR112018077033A2; EP3478803B1; CA3029114C; WO2018002451A1; FI128486B; RU2739025C2; CA3029114A1; CN109415639A; ES2898828T3; PT3478803T; DK3478803T3; US20190316051A1; US11001777B2; EP3478803A1; FI20165558A; SI3478803T1

Abstract

a presente invenção refere-se ao aumento do valor de aquecimento de combustível biomassa através da extração de hemicelulose e subsequente secagem por prensagem. após a extração da hemicelulose, a biomassa restante é macia e facilmente seca por prensagem até um alto teor de secagem de até 80%. o método envolve a remoção da maioria das hemiceluloses de ligação à água e a retenção da maior parte da lignina na biomassa. a lignina pode ser ou retida na biomassa durante a extração ou combinando a lignina, que foi separada do extrato hemicelulósico, com a biomassa extraída.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se à conversão de biomassa. Em particular, a presente invenção refere-se a um método de conversão de biomassa, tal como biomassa fresca, em uma composição de biomassa modificada que é adequada para utilização como combustível.

[002] A presente invenção também se refere à biomassa modificada e à sua utilização.

Técnica Anterior

[003] Um problema comum com a combustão de biomassa é que a biomassa fresca tipicamente não pode ser usada como tal devido ao seu alto teor de água de aproximadamente 60%. Além disso, aparas de madeira frescas são difíceis de desidratar por meio de prensagem. Em vez disso, os toros ou as aparas precisam ser armazenados por períodos prolongados para que o teor de água diminua através da secagem no ar em temperatura ambiente. A secagem em altas temperaturas aumentará a taxa de remoção de água, mas não é economicamente viável. Além do armazenamento de biomassa, especialmente de árvores coníferas, os compostos orgânicos voláteis (COV), tal como terpenos e isoprenos, que têm um poder calorífico muito alto, são perdidos.

[004] Durante o armazenamento por períodos prolongados de tempo, quantidades significativas da biomassa (10 a 15%) são degradadas principalmente através da atividade microbiana (Heinek e outros, 2013). A degradação microbiana reduz o poder calorífico da biomassa, e as consequências econômicas da utilização de biomassa degradada em comparação com o uso de biomassa fresca são significativas.

[005] A preparação de peletes a partir de biomassa foi discutida na técnica. O documento US 2015167969 descreve o uso de extração de água quente para a preparação de peletes de biomassa e açúcares fermentáveis e o documento US 2015037859 descreve um método de produção de peletes de lignina a partir de biomassa. Sumário da Invenção Problema técnico

[006] É como objetivo da presente invenção eliminar ao menos uma parte dos problemas relacionados com a técnica e fornecer um novo método de conversão de biomassa em uma forma adequada para utilização como um combustível. Solução para o problema

[007] A presente invenção baseia-se na ideia de aumentar o poder calorífico da biomassa, tal como biomassa fresca, reduzindo o teor de água da mesma por prensagem.

[008] Descobriu-se inesperadamente que, quando se submete a biomassa, tal como um material de madeira, por exemplo, aparas de madeira, primeiro à extração de hemicelulose, um material de biomassa modificado que é obtido é macio e particularmente adequado para ser submetido à prensagem para remoção de água.

[009] Assim, prensando tal biomassa modificada, um aumento do teor de matéria seca da biomassa que é alcançado não pode ser alcançado prensando-se a biomassa não modificada, por exemplo, a biomassa fresca.

[0010] Além disso, submetendo-se a biomassa à extração de hemiceluloses antes da prensagem, de modo que uma porção significativa das hemiceluloses seja removida, o poder calorífico da matéria sólida da biomassa pode ser ainda aumentado, o que em combinação com o teor reduzido de água fornecerá uma biomassa modificada que é bem adequada para utilização como um combustível, em particular como um combustível sólido. A extração da hemicelulose é preferencialmente realizada em condições que deixarão os outros componentes da madeira, tal como a lignina e a celulose, essencialmente intactos.

[0011] De acordo com a presente invenção, a biomassa, em particular a biomassa fresca, é primeiro submetida à extração com água quente para extração de hemicelulose; a biomassa assim tratada é recuperada; e a biomassa é submetida à prensagem para remover a água enquanto a biomassa ainda está quente, a fim de aumentar o teor de matéria seca da biomassa para 55% em peso ou mais.

[0012] Utilizando o método, uma biomassa lignocelulósica é produzida, tendo um teor de ao menos 90% em peso seco, a biomassa contendo menos do que 50% das hemiceluloses e ao menos 90% em peso da lignina da biomassa lignocelulósica correspondente, em particular, a biomassa lignocelulósica fresca. Tal biomassa lignocelulósica pode ser usada como matéria-prima para a produção de energia ou como um combustível.

[0013] Mais especificamente, o método de acordo com a presente invenção é caracterizado principalmente pelo que é declarado na parte caracterizante da reivindicação 1.

[0014] O produto da presente invenção e a sua utilização são caracterizados pelo que é indicado nas partes caracterizantes das reivindicações 15 e 16. Efeitos Vantajosos da Invenção

[0015] Como discutido acima, após a extração da hemicelulose, a biomassa restante pode ser seca através da secagem por prensagem ou também seca ao ar mais facilmente do que as hemiceluloses contendo biomassa. Isso permite a secagem da biomassa fresca extraída até um teor de secos de 90% muito mais facilmente do que é possível para a madeira fresca.

[0016] O teor de hemiceluloses na biomassa é reduzido. A secagem da biomassa torna-se mais eficiente devido ao fato de que as hemiceluloses são polímeros amorfos hidrofílicos que se ligam à água, enquanto a lignina é hidrofóbica e a celulose é cristalina, ambas sem a mesma capacidade de retenção de água como a hemicelulose (Olsson e outros, 2004).

[0017] Além disso, durante a extração da hemicelulose, metais e outros sais minerais são removidos em grande parte da biomassa, o que reduz a quantidade de cinzas e precipitados de cinzas que se formam durante a combustão da biomassa.

[0018] Além disso, ao remover as hemiceluloses, o poder calorífico da biomassa seca restante pode ser aumentado, por exemplo, de um pouco mais de 18 MJ / kg para mais de 19,5 MJ / kg; isto porque as hemiceluloses têm um poder calorífico mais baixo, 13,6 MJ / kg, do que, por exemplo, a lignina, 27,0 MJ / kg (Lundgren e outros, 2009, Van Heiningen, 2006).

[0019] Outra vantagem é que a biomassa é estéril a partir de micróbios devido à temperatura de extração da extração com água quente, que normalmente varia acima de 150° C.

[0020] As hemiceluloses são mais facilmente digeridas pelos micróbios do que a lignina e a celulose. Portanto, o armazenamento de biomassa sem hemicelulose sem mais degradação microbiana também é possível.

[0021] A biomassa extraída pode ser usada para a preparação de óleo pirolítico que tem um poder calorífico ainda maior.

[0022] Em seguida, as modalidades da presente tecnologia serão descritas em mais detalhes com referência aos desenhos em anexo. Breve Descrição dos Desenhos

[0023] A Figura 1 mostra o efeito da técnica de secagem por prensagem e extração de hemicelulose no menor poder calorífico da biomassa.

[0024] A Figura 2 mostra a velocidade de secagem de 2 gramas de biomassa úmida após extração de hemicelulose. A técnica de extração ASE dissolve parte da lignina que provavelmente obstrui parte da estrutura porosa, tornando a secagem mais lenta em comparação com a técnica BLN.

[0025] A Figura 3 apresenta uma representação esquemática do reator utilizado no exemplo 3.

[0026] A Figura 4 é um gráfico de barras mostrando o efeito da remoção de lignina da biomassa durante a extração de hemicelulose no maior poder calorífico (HHV) da biomassa restante.

Descrição de Modalidades :

[0027] Em uma modalidade, o presente método para produzir uma composição de biomassa modificada com um alto poder calorífico compreende as etapas de primeiro fornecer biomassa fresca contendo celulose, lignina e hemiceluloses; e submeter a biomassa fresca a uma etapa de extração com água quente a uma temperatura predeterminada superior a 100° C. A extração com água quente é continuada, de modo a remover ao menos 50% em peso das hemiceluloses e menos de 10% em peso da lignina da biomassa. A extração com água quente é realizada no vaso do reator, tal como um vaso de pressão.

[0028] Geralmente, "extração com água quente" significa um método de extração de componentes de biomassa pelo contato da biomassa com água ou uma solução aquosa a temperaturas superiores a aproximadamente 50° C. Em particular, no presente contexto, a extração com água quente é realizada como extração com água quente pressurizada usando temperaturas superiores a 100° C.

[0029] A biomassa extraída é submetida a uma etapa adicional de desidratação. Em uma modalidade, a biomassa é recuperada removendo-a do reator e depois submetendo-a a ao menos uma etapa na qual a água é mecanicamente removida.

[0030] Uma modalidade preferencial compreende submeter a biomassa extraída à secagem por prensagem, de modo a obter uma biomassa com um teor de matéria seca superior a 50% em peso. Em particular, a biomassa extraída é seca por prensagem para um teor de secos de 60 a 90% em peso.

[0031] Verificou-se que após a extração da hemicelulose, os produtos de biomassa, tais como aparas de madeira, são macios e permitem a sua prensagem a um teor de secos predeterminado.Em particular, a biomassa é seca por prensagem para um teor de matéria seca que é superior ao teor máximo de matéria seca da correspondente biomassa lignocelulósica não extraída (fresca) após secagem sob prensagem.

[0032] Durante a prensagem, também as hemiceluloses dissolvidas são removidas da biomassa, desde que a biomassa não tenha resfriado significativamente.

[0033] Em uma modalidade, a biomassa que é submetida à secagem por prensagem tem uma temperatura da superfície superior a 30° C, em particular ao menos 40° C. De um modo preferencial, a prensagem é realizada de tal modo que a biomassa nunca foi resfriada abaixo de 35° C entre a extração e a prensagem. Em particular, a secagem por prensagem é efetuada em uma biomassa que não foi resfriada ou que não foi deixada resfriar até uma temperatura de superfície inferior a 35° C, em particular inferior a 40° C, entre as etapas de extração e secagem por prensagem.

[0034] Em uma modalidade, a extração de hemicelulose é realizada em temperaturas abaixo da solubilidade da lignina. A solubilidade da lignina aumenta significativamente quando a extração com água quente é realizada acima de 160° C.

[0035] Uma modalidade compreende realizar a etapa de extração com água quente removendo ao menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente a uma temperatura máxima de 160° C, preferencialmente a 135° C a 160° C.

[0036] Após a extração, o extrato livre é removido da biomassa, ou por lavagem de deslocamento ou por qualquer outro meio. Depois disso, a biomassa é seca através de secagem ao ar ou secagem por prensagem ou uma combinação dos mesmos, a fim de atingir o teor de secos desejado. O teor de secos alvo está na faixa de 55 a 90%, com ao menos 95% da lignina original restante na biomassa.

[0037] A secagem por prensagem representa um tratamento, tipicamente um tratamento mecânico, no qual o material é comprimido para retirar a água ou a umidade contida no material. Em particular, a biomassa resultante é seca por prensagem usando prensas de filtro, prensas de parafuso, prensas hidráulicas e qualquer outro tipo de prensa (por exemplo, prensa de pistão) que pode gerar pressão suficiente para desidratar a biomassa.

[0038] Em uma modalidade, as hemiceluloses são extraídas com um método em que também a lignina é dissolvida no extrato hemicelulósico. Depois que o extrato é removido da biomassa sólida, a lignina é separada da hemicelulose e misturada com a biomassa sólida.

[0039] Em uma modalidade, as hemiceluloses são extraídas da biomassa em temperaturas acima de 160° C e depois de ao menos 60% em peso das hemiceluloses estarem em solução, a lignina dissolvida é precipitada de volta para a biomassa adicionando um produto químico de precipitação de lignina ou abaixando a temperatura do extrato abaixo da solubilidade da lignina ou de ambos. Após a extração, a biomassa é seca ao ar ou seca por prensagem ou utilizando uma combinação dos dois para um teor de secos de ao menos 60% em peso.

[0040] Outra modalidade compreende realizar a etapa de extração com água quente removendo ao menos 50% em peso, em particular ao menos 60% em peso, de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente a uma temperatura mínima em excesso de 160° C, em particular a uma temperatura de até 220° C.

[0041] Em uma modalidade, a extração com água quente compreende

[0042] • remover ao menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente; e

[0043] • precipitar a lignina dissolvida a partir da solução de extração de volta para a biomassa extraída; e

[0044] • secar por prensagem a biomassa resultante a um teor de secos de ao menos 60% em peso.

[0045] A extração com água quente pode ser realizada usando a tecnologia conhecida como "BLN-technology" descrita em WO2014009604 e WO2016104460 (cujo teor é aqui incorporado por referência), ou precipitando a lignina dissolvida de volta para a biomassa dentro ou fora do reator de extração.

[0046] A lignina pode ser precipitada em ou a partir de uma solução aquosa contendo hemicelulose de extração com água quente, pela etapa de

[0047] a) adicionar um produto químico precipitando lignina à solução;

[0048] ou por

[0049] b) abaixar a temperatura da solução de extração abaixo da solubilidade da lignina;

[0050] ou por

[0051] c) uma combinação das etapas a e b.

[0052] A extração de hemicelulose pode ser realizada em ambiente de falta de oxigênio. As reações oxidativas diminuem ainda mais o poder calorífico da biomassa antes da combustão.

[0053] Assim, em uma modalidade, que pode ser combinada com qualquer dos métodos anteriores de extração de hemicelulose, as hemiceluloses são removidas da biomassa em um ambiente, no qual a concentração de oxigênio é inferior a 0,1 kg de oxigênio / kg da dita solução de extração aquosa, de modo a impedir reações oxidativas na biomassa durante a extração com água quente.

[0054] No presente contexto, a matéria-prima pode compreender qualquer material lignocelulósico adequado.

[0055] Em particular, o material lignocelulósico, tal como biomassa lignocelulósica fresca, pode ser selecionado a partir de biomassa compreendendo materiais à base de madeira, tal como o gênero Pinus, Betula, Populus ou Picea, e/ou de materiais não lenhosos, tal como bambu, bagaço, cânhamo, palha de trigo ou arroz. Em uma modalidade, a biomassa compreende madeira, em particular, madeira na forma de aparas ou pó de serra, de preferência aparas esmagadas.

[0056] O presente método é preferencialmente executado utilizando biomassa fresca, isto é, biomassa que não foi seca, em particular, não seca para remover a umidade interna, ou de outra forma, modificada para alterar a sua composição química antes do presente tratamento. O exemplo dessa biomassa é a madeira verde e plantas anuais e perenes recém-colhidas e suas combinações. Contudo, o método pode ser executado para qualquer biomassa que contenha componentes extraíveis, em particular hemicelulose ou lignina ou suas combinações, em combinação, por exemplo, com celulose. Assim, a biomassa pode ser biomassa que foi seca para remover ao menos uma parte da água ou umidade contida na biomassa fresca. A biomassa também pode ser reciclada ou recuperada.

[0057] Pela presente tecnologia, a biomassa modificada é fornecida, tendo, em um teor de matéria seca predeterminado, por exemplo, a um teor de matéria seca predeterminado de 90% ou mais, um poder calorífico ao menos 10% superior ao poder calorífico da biomassa lignocelulósica não tratada correspondente, com o mesmo teor de matéria seca.

[0058] Assim, em uma modalidade, a presente biomassa lignocelulósica extraída e seca tem um teor de secos de ao menos 90% em peso, a dita biomassa contendo menos de 50% das hemiceluloses e ao menos 90% em peso da lignina da correspondente biomassa lignocelulósica fresca. A biomassa contém ao menos 90% em peso da celulose da biomassa lignocelulósica correspondente. O material pode ser usado como matéria-prima para produção de energia ou como um combustível.

Exemplos: Exemplo 1

[0059] A hemicelulose foi extraída de aparas de pinus (pinus sylvestris) usando dois métodos: a chamada tecnologia BLN (WO2014009604) e uma extração por batelada mais tradicional usando um Extrator de Solvente Acelerado (Dionex ASE 200) operado a uma temperatura de 170° C durante 60 minutos. A composição da biomassa original foi: água 46%, celulose 23%, lignina 16% e hemicelulose 15%.

[0060] Após as extrações, a biomassa foi drenada da água livre e as hemiceluloses dissolvidas. O extrato de BLN continha 1% e o extrato de ASE continha 11% da lignina na biomassa original. A biomassa restante após a extração e a drenagem de BLN do extrato apresentaram a seguinte composição: água 75%, celulose 13%, lignina 9% e hemicelulose 3%. Correspondentemente, após a extração de ASE, a composição foi: água 75%, celulose 14%, lignina 8% e hemicelulose 3%.

[0061] A biomassa drenada e quente (aproximadamente 60° C) foi então seca por prensagem utilizando uma prensa de parafuso com quatro configurações de prensagem diferentes para os seguintes teores secos: 59%, 60%, 66% e 80% e o teor de hemicelulose resultante das aparas úmidas foi de 2%, 2%, 1,5% e 1%, respectivamente. Na Figura 1, o poder calorífico mais baixo (LHV) para 100 kg de biomassa original úmida é comparado com a biomassa extraída e seca por prensagem das duas extrações.

[0062] Como esperado, o LHV segue o teor de secos da biomassa. Por meio da secagem por prensagem da hemicelulose, a biomassa extraída é possível atingir 80% de teor de secos, o que aumenta o LHV para 172% em comparação com a biomassa original. Outra conclusão significativa foi que o LHV da extração de BLN foi em média 8% maior em comparação com as extrações de ASE. Durante a extração de ASE, há um pouco de ar dentro do vaso de extração, o que, em parte, por processos oxidativos, explica a diferença entre as técnicas de extração.

[0063] Os resultados demonstram claramente que o uso de uma técnica de extração de hemicelulose que opera em ambientes com falta de oxigênio e não dissolve a lignina da biomassa é superior em relação à energia térmica.

Exemplo 2

[0064] De modo a avaliar o efeito da técnica de remoção de hemicelulose na secagem ao ar de aparas de madeira, os fragmentos extraídos de hemicelulose original e não prensada do exemplo 1 foram secos ao ar em uma escala de infravermelhos. Antes da secagem, todas as aparas foram embebidas em água a 40° C durante 15 minutos, seguido de centrifugação. O teor de secos resultante das aparas foi de 33% nos três casos. A Figura 2 mostra a velocidade de secagem das três amostras. Os resultados mostram que as aparas extraídas de hemiceluloses são secas ao ar aproximadamente 10% a 20% mais rápido que as aparas não extraídas. As hemiceluloses são polímeros higroscópicos que retêm água, após a extração da hemicelulose a estrutura do poro é mais benéfica para a secagem ao ar. Também foi surpreendente que o efeito da técnica de extração tivesse um efeito tão grande. O ASE extraído é extraído a 170° C, enquanto a extração de BLN é feita a 150° C. O aumento da solubilidade da lignina em temperaturas mais altas durante a extração de ASE provavelmente obstrui os poros das fibras, tornando a secagem ao ar mais lenta em comparação com o procedimento de extração de BLN.

Exemplo 3

[0065] Neste exemplo, o efeito da precipitação de lignina no LHV de aparas de madeira foi investigado. Aparas de madeira de bétula frescas foram extraídas em um reator contínuo de fluxo descendente. Um esquema do reator é mostrado na Figura 3. O número de referência 1 refere-se ao reator.

[0066] A seção superior 2 do reator 1 foi mantida entre 150° C e 170° C com um tempo de permanência de aproximadamente 60 minutos e circulação constante do extrato da parte inferior 3 para a parte superior 4 da seção superior 2 do reator. Na seção inferior 5 do reator, o extrato foi resfriado a 60° C.

[0067] A seção inferior 5 do reator 1 tinha duas alças de circulação 6, 7 equipadas com trocadores de calor 8, 9.

[0068] Dependendo do calor aplicado na seção superior, várias quantidades de lignina são dissolvidas no extrato hemicelulósico. A lignina pode ser depositada de volta nas aparas de madeira, abaixando a temperatura do extrato hemicelulósico dentro do reator.

[0069] No que diz respeito a esta tecnologia, referência é feita ao pedido de patente pendente FI20165264, intitulado "Method for producing hemicelulose extract", cujo conteúdo é aqui incorporado por referência.

[0070] Quatro frações de aparas foram produzidas com quantidade variável de lignina removida da biomassa durante a extração de hemicelulose: A: 0,1%, B: 4,9%, C: 8,9% e D: 14%. Após a extração da hemicelulose, as aparas de madeira quentes foram secas por prensagem até 80% de sólidos secos. A remoção geral da hemicelulose foi de aproximadamente 90% para todas as amostras. As aparas foram então secas em forno a 105° C e o maior aquecimento HHV das aparas foi medido.

[0071] Os resultados do HHV são mostrados na Figura 4.

[0072] A seguir, são apresentadas várias modalidades:

[0073] 1. Um método para produzir uma composição de biomassa modificada com um alto poder calorífico, compreendendo as etapas de:

[0074] • fornecer biomassa fresca contendo celulose, lignina e hemiceluloses;

[0075] • submeter a biomassa fresca a uma etapa de extração com água quente a uma temperatura predeterminada superior a 100° C;

[0076] • continuar a extração com água quente, de modo a remover ao menos 50% em peso das hemiceluloses e menos de 10% em peso da lignina da biomassa, de modo a produzir uma biomassa extraída;

[0077] • recuperar a biomassa extraída, e

[0078] • submeter a biomassa quente extraída à secagem por prensagem, de modo a obter uma biomassa com um teor de matéria seca superior a 50% em peso.

[0079] 2. O método da modalidade 1, compreendendo secar por prensagem a biomassa que tem uma temperatura de superfície superior a 30° C, em particular ao menos 40° C.

[0080] 3. O método da modalidade 1 ou 2, compreendendo secar por prensagem a biomassa que não foi resfriada até uma temperatura de superfície inferior a 35° C, em particular abaixo de 40° C, entre as etapas de extração e secagem por prensagem.

[0081] 4. O método de qualquer uma das modalidades 1 a 3, em que a biomassa é prensada a seco para um teor de matéria seca que é superior ao teor máximo de matéria seca da biomassa lignocelulósica fresca seca por prensagem.

[0082] 5. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo executar a etapa de extração com água quente removendo ao menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente a uma temperatura máxima de 160° C, preferencialmente a 135 - 160° C e, em seguida, secar por prensagem a biomassa resultante.

[0083] 6. O método de qualquer das modalidades 1 a 4, compreendendo executar a etapa de extração com água quente removendo ao menos 50% em peso, em particular ao menos 60% em peso, de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente à temperatura mínima em excesso de 160° C, em particular, a uma temperatura até 220° C.

[0084] 7. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo

[0085] - executar a etapa de extração com água quente por

[0086] • remover ao menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente; e

[0087] • precipitar a lignina dissolvida a partir da solução de extração de volta para a biomassa extraída; e

[0088] - secar por prensagem a biomassa resultante a um teor de secos de ao menos 60% em peso.

[0089] 8. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo remover as hemiceluloses da biomassa em um ambiente com falta de oxigênio utilizando uma solução aquosa de extração, em particular, as hemiceluloses são removidas da biomassa em um ambiente no qual a concentração de oxigênio é inferior a 0,1 kg de oxigênio / kg da dita solução aquosa de extração, de modo a impedir as reações oxidativas na biomassa durante a extração com água quente.

[0090] 9. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo extrair hemiceluloses da biomassa utilizando uma solução aquosa na qual a quantidade de oxigênio é inferior a 0,01 kg de oxigênio / kg da dita solução aquosa, de preferência inferior a 0,005 kg de oxigênio / kg da dita solução aquosa, em particular menos do que 0,0001 kg de oxigênio / kg da dita solução aquosa durante a extração.

[0091] 10. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, em que a lignina é precipitada em ou a partir de uma solução aquosa contendo hemicelulose de extração com água quente, pela etapa de

[0092] a) adicionar um produto químico precipitando lignina à solução; ou por

[0093] b) abaixar a temperatura da solução de extração abaixo da solubilidade da lignina,

[0094] ou por

[0095] c) uma combinação das etapas a e b.

[0096] 11. O método para qualquer uma das modalidades anteriores, em que a biomassa extraída é seca por prensagem até um teor de secos de 60 a 90% em peso.

[0097] 12. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, em que a biomassa lignocelulósica fresca compreende madeira, em particular a biomassa é formada por aparas ou pó de serra, preferencialmente, aparas esmagadas.

[0098] 13. O método de qualquer uma das modalidades anteriores, compreendendo recuperar biomassa tendo, em um teor de matéria seca predeterminado, um poder calorífico que é ao menos 10% superior ao poder calorífico da correspondente biomassa lignocelulósica não tratada, no mesmo teor de matéria seca.

[0099] 14. Biomassa lignocelulósica com um teor de secos de ao menos 90% em peso, a dita biomassa contendo menos de 50% das hemiceluloses e ao menos 90% em peso da lignina da biomassa lignocelulósica fresca correspondente, e utilização de tal biomassa lignocelulósica

[00100] - como matéria-prima para a produção de energia ou

[00101] - como um combustível.

Aplicabilidade Industrial:

[00102] A presente invenção pode ser aplicada para modificação da biomassa utilizada como combustível em caldeiras e fornos onde a biomassa é convencionalmente utilizada, tal como em instalações de aquecimento urbano. As consequências econômicas da capacidade de prensagem para usar madeira fresca em vez de madeira armazenada na combustão de biomassa são enormes. Outra grande vantagem deste método é que a biomassa pode ser seca por prensagem para um teor de secos significativamente maior em comparação com a madeira fresca. Em teoria, a remoção das hemiceluloses, que representam 25% da matéria seca da biomassa, não reduz o menor poder calorífico da biomassa restante. Em outras palavras, os restantes 75% de sólidos secos têm o mesmo ou maior teor de energia térmica que os 100% de sólidos secos originais, principalmente devido ao menor teor de água. Isso permite que as usinas de combustão de biomassa produzam a mesma quantidade de energia a partir de uma quantidade significativamente menor de biomassa úmida, o que reduzirá o custo das instalações de armazenamento de combustível. Além disso, o menor teor de cinzas torna a combustão de biomassa menos propensa a depósitos de cinzas e, assim, o tempo de inatividade do processo. A biomassa pode ser utilizada para produzir óleo pirolítico com um alto poder calorífico. Lista de Símbolos de Referência: 1 Reator 2 Seção superior do reator 3 Parte inferior da seção superior 4 Parte superior da seção superior 5 Seção Inferior do Reator 6 , 7, 8 Malha de circulação 9, 10 Trocador de calor 11 - 14 Válvula M Medidor de taxa de fluxo Lista de Citações: Literatura de Patente WO2014009604 WO2009122018 US2015167969 US2015037859 Literatura Não Patente Lundgren, Joakim; Helmerius, Jonas, "Integration of a hemicellulose extraction process into a biomass based heat and power plant", Proceedings of ECOS 2009: 22nd International Conference on Efficiency, Cost, Optimization Simulation and Environmental Impact of Energy Systems. Foz do Iguaçú : ABCM, Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2009 Leppanen e outros: "Pressurized hot water extraction of Norway spruce hemicelluloses using a flow-through system", Wood Sci Technol (2011) 45: 223 a 236 Van Heiningen, A., "Converting a kraft pulp mill into an integrated forest biorefinery." Pulp and Paper Canada, 2006, pág. 141 a 146 Heinek S. e outros.: "Biomass conditioning degradation of biomass during the storage of woodchips", 21th European Biomass Conference, Copenhagen, 2013, p. . Olsson A-M. e Salmén, L.: "The association of water to cellulose and hemicellulose in paper examined by FTIR spectroscopy". Carbohydrate Research 339(4):813-8, Abril 2004.

Claims

1. Método para produzir uma composição de biomassa modificada com um alto poder calorífico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: • fornecer biomassa contendo celulose, lignina e hemiceluloses; • submeter a biomassa a uma etapa de extração com água quente a uma temperatura predeterminada superior a 100°C; • continuar a extração com água quente, de modo a remover da biomassa pelo menos 50% em peso de hemiceluloses e menos de 10% em peso de lignina, de modo a produzir uma biomassa extraída; • recuperar a biomassa extraída; e • submeter a biomassa extraída quente à secagem por prensagem, de modo a obter uma biomassa com um teor de matéria seca superior a 50% em peso, em que a biomassa compreende madeira.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende secar por prensagem a biomassa que tem uma temperatura de superfície superior a 30°C, em particular pelo menos 40°C.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende secar por prensagem a biomassa que não foi resfriada até uma temperatura de superfície inferior a 35°C, em particular abaixo de 40°C, entre as etapas de extração e secagem por prensagem.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende executar a etapa de extração com água quente removendo pelo menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente a uma temperatura máxima de 160°C, preferencialmente a 135-160°C, e, em seguida, secar por prensagem a biomassa resultante.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende executar a etapa de extração com água quente removendo pelo menos 50% em peso, em particular pelo menos 60% em peso, de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a biomassa é submetida à extração com água quente em uma temperatura mínima superior a 160°C, em particular, a uma temperatura até 220°C.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende • executar a etapa de extração com água quente através de • remover pelo menos 60% em peso de hemiceluloses da biomassa por extração com água quente; e • precipitar lignina dissolvida a partir da solução de extração de volta para a biomassa extraída; e • secar por prensagem a biomassa resultante a um teor de secos de pelo menos 60% em peso.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende remover hemiceluloses da biomassa em um ambiente com falta de oxigênio utilizando uma solução de extração aquosa, em particular, as hemiceluloses são removidas da biomassa em um ambiente no qual a concentração de oxigênio é inferior a 0,1 kg de oxigênio/kg da dita solução de extração aquosa, de modo a impedir as reações oxidativas na biomassa durante a extração com água quente.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende extrair hemiceluloses da biomassa utilizando uma solução aquosa na qual a quantidade de oxigênio é inferior a 0,01 kg de oxigênio/kg da dita solução aquosa, de preferência inferior a 0,005 kg de oxigênio/kg da dita solução aquosa, em particular menos do que 0,0001 kg de oxigênio/kg da dita solução aquosa durante a extração.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que lignina é precipitada em ou a partir de uma solução aquosa contendo hemicelulose de extração com água quente, pela etapa de a) adicionar um produto químico que precipita lignina à solução; ou por b) abaixar a temperatura da solução de extração abaixo da solubilidade da lignina, ou por c) uma combinação das etapas a e b.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a biomassa extraída é seca por prensagem até um teor de secos de 60 a 90% em peso.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a biomassa é formada por aparas ou pó de serra, preferencialmente, aparas esmagadas.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a biomassa é madeira verde.