ES2216695A1 - Metodo para el tratamiento termico de biomasa. - Google Patents

Abstract

El método para el tratamiento térmico de biomasa incluye la carga del material en el convertidor, la pirolisis de éste a una temperatura entre 650-950ºc, en un medio de gas desoxidante, el suministro de vapor después de fin alizada la pirolisis y la salida del residuo sólido; el gas desoxidante es obtenido a partir de combustible hidrocarbónico con un coeficiente a de consumo de aire de entre 0,85-1,1, mezclado con los productos obtenidos a partir de la combustión y los gases de la pirolisis de biomasa en una proporción con los productos de la combustión de (1-3):1. El método sugerido de tratamiento de biomasa permite que ésta sea usada en calidad de combustible ecológico con una obtención paralela de carbón activo con gran superficie específica de 280-500 ml/100 gr.

Description

Método para el tratamiento térmico de biomasa

Campo técnico

La presente invención esta relacionada con la pirolisis térmica, más exactamente con la modificación térmica de biomasa.

Estado de la técnica

Es conocido el método de tratamiento de material de origen vegetal, que incluye la obtención de carbón vegetal como resultado de la pirolisis (RU-A-2039078).

El método se caracteriza por una gran demanda energética (el paso de calor a través de una pared), prolongada pirolisis y una baja actividad de adsorción del carbón vegetal (40-50 ml / 100 gr).

Es también conocido el método de tratamiento de material de origen vegetal, que incluye la carga de material, su pirolisis y la descarga del residuo sólido (carbón vegetal) (SU-A-1808003).

Y es conocido además el método de modificación de biomasa, con temperaturas entre 650 y 950ºC en un medio de gas desoxidante, obtenido por la ignición de combustible hidrocarbúrico con un coeficiente de consumo de aire \alpha de 0,4 a 0,85 (RU-A-2124547).

En este método también tienen lugar una gran demanda energética y una actividad adsorbente de carbón activado insuficiente (de hasta 250 ml / 100 gr).

Descripción de la invención

Como base de la invención se ha fijado la tarea de crear un método de tratamiento térmico de biomasa, que permita disminuir la demanda energética del proceso y aumentar la actividad adsorbente del carbón vegetal obtenido.

La presente tarea se soluciona teniendo en cuenta que al método de tratamiento térmico de biomasa se añade un convertidor en el que se carga el material, la pirolisis de éste se realiza a temperaturas entre 650 y 950ºC en un medio de gas desoxidante, el suministro de vapor se lleva a cabo después de concluida la pirolisis y la separación de los residuos sólidos, el gas desoxidante se obtiene de la ignición de combustible hidrocarbónico con un coeficiente de gasto de aire a que esta comprendido entre limites de 0,85 a 1,1, con una mezcla de los productos obtenidos de la combustión y los gases de la pirolisis de la biomasa en una proporción con los productos de la combustión de
(1-3):1.

La tarea se resuelve además gracias a que después de concluir la pirolisis se suministra vapor de agua saturado a una temperatura que va de 105 a 140ºC con una relación de masa con el material ya tratado de (0,1-0,25):1.

Breve descripción del dibujo

La presente invención se ilustra con un ejemplo concreto de realización, acompañado de un dibujo (figura 1), en el cual está representada la ejecución del tratamiento térmico de acuerdo con la invención.

Realización preferida de la invención

Es sabido que los mejores reactivos del gas desoxidante son H_{2}, CO, CO_{2}, H_{2}O, CH_{4}, C_{2}H_{4}, C_{n}H_{m} y así sucesivamente, la velocidad de la reacción de pirolisis dependerá (a temperatura constante) del volumen de la concentración de los mencionados componentes del gas. La composición puede variar dependiendo del coeficiente de consumo de aire durante la ignición del combustible hidrocarbúrico, según lo cual, con el incremento de combustible se incrementa la temperatura liberada, así como la cantidad de CO_{2} y H_{2}O en los productos de la ignición del combustible. Se ha establecido que los gases de la pirolisis de biomasa, que salen del convertidor a 220-350ºC, contienen los mismos componentes que los gases de la ignición con un a que va de 0,85 a 1,1, los cuales van del generador a la pirolisis de biomasa. La unión de los torrentes de los productos de la combustión con los gases de la pirolisis conllevan el retorno del calor al proceso y el incremento de la concentración de los reactivos necesarios para la pirolisis: H_{2}O, CO, CO_{2}, H_{2}, CH_{4}. Como resultado del retorno de los gases de la pirolisis, el proceso diminuye significativamente la demanda energética, así como el tiempo del proceso.

Los limites de la proporción masiva entre los gases de la pirolisis y los productos de ignición del combustible son (1-3):1, establecidos experimentalmente durante el tratamiento de materiales vegetales de diferente procedencia. El limite menor está condicionado por la obtención de altas temperaturas de pirolisis, el mayor por las más bajas.

El suministro de vapor saturado después de realizada la pirolisis en una proporción (0,1-0,25):1 permite enfriar el carbón activo, elevando su actividad adsorbente (numero yódico y paso de luz del extracto de toluol). Un suministro de vapor inferior a 0,1 no permite aumentar significativamente el numero yódico, mientras que en cantidades superiores a 0,25 conlleva el incremento de éste, pero disminuye considerablemente la salida de carbón activo. Durante la obtención de carbón activo es conveniente utilizar vapor saturado a una temperatura de 105-140°C. El uso de vapor saturado permite retirar la aglomeración de hidrocarburos restantes presentes en la superficie del carbón, y obtener así carbón con un paso de luz del extracto de toluol de un 99,7-100%.

En el dibujo está representado el sistema de ejecución del método de tratamiento térmico de biomasa. En él se ilustran el convertidor 1, el generador 2, el mezclador 3, la carbonera de enfriado 4, el fuelle de aire 5, el fuelle de gas 6. Siguiendo la dirección de la flecha A se representa la dirección de carga de biomasa, la flecha B muestra el sentido en que se suministra el vapor de agua, la flecha C la dirección en que se realiza la descarga y la flecha D muestra la dirección de suministro de gas necesario para la pirolisis en la caldera.

El proceso se realiza de la siguiente manera. La biomasa, secada con anterioridad, se carga ininterrumpidamente por el alimentador hermético, de la carbonera (no ilustrado) al convertidor 1, éste es un cuerpo metálico, revestido en su interior con un material refractario, resistente al medio desoxidante. En la parte baja del convertidor 1, a través de un tubo y un sistema de orificios (no ilustrado), se juntan el material y el gas desoxidante. Éste ultimo se obtiene de la mezcla de los diferentes productos de la combustión, que provienen del generador 2, y los gases de la pirolisis de la biomasa, los cuales son tomados por un fuelle de gas 6 del convertidor 1 con. una temperatura de 230-350ºC y son conducidos al mezclador 3. Los gases de la pirolisis pasan a combustionar en aparatos térmicos (por ejemplo, calderas). Al convertidor 1, aguas abajo según el recorrido del material, le es suministrado el vapor de agua a 105-140ºC. Éste elimina la mayor parte del calor del carbón activo, al tiempo que limpia la superficie del carbón de los hidrocarburos restantes. El carbón activo de la parte baja del convertidor 1 pasa a ser enfriado gracias al fuelle de aire 5 de la carbonera de enfriado 4 que es de donde el aire calentado pasa a la ignición del combustible en el generador 2. El carbón activado resultante posee una superficie específica para el yodo de
280-500 ml/gr y un peso específico de 140-180 kg/m^{3}.

Ejemplo

Cargados en el convertidor 1 desechos de la industria maderera con una fragmentación preliminar de 15-33 mm y secados, se calientan con gas desoxidante, obtenido a partir de la mezcla de los productos de la ignición de combustible hidrocarbónico en el regenerador con \alpha = 0,8 y gases de la pirolisis en una relación de masa - productos de combustión de 2,8:1. Tiempo de la pirolisis 25 min. En la parte inferior del convertidor 1 se suministra vapor de agua saturado con una temperatura de 110ºC con relación al material a tratar 0,1:1. La salida de carbón activo 24,8%, su superficie al yodo 286 ml / 100 gr, paso de luz al extracto de toluol 99,7%, peso específico 173 kg/m^{3}. La parte que queda de gases de la pirolisis va al fogón de la caldera donde combustionan con el suministro complementario de combustible. En el humo de los gases no se registra 3-4-benzopireno, CO. El contenido de óxidos de nitrógeno es de 34 mg/m^{3}.

El método sugerido de tratamiento de biomasa permite que ésta sea usada en calidad de combustible ecológico con una obtención paralela de carbón activo de gran superficie específica.

Aplicación industrial

La invención descrita puede ser aplicada a la tecnología forestal industrial con el fin de utilizar los desechos madereros, así como en la agricultura para el uso, en parte, de la paja, las hojas y los tallos del maíz, el girasol, el arroz y similares.

Claims (2)

1. Método de tratamiento térmico de biomasa que incluye la carga del material en el convertidor, la pirolisis de éste a una temperatura entre 650-950ºC en un medio de gas desoxidante, el suministro de vapor después de finalizada la pirolisis y la salida del residuo sólido, caracterizado porque el gas desoxidante es obtenido a partir de combustible hidrocarbónico con un coeficiente \alpha de consumo de aire de entre
0,85-1,1, mezclado con los productos obtenidos a partir de la combustión y los gases de la pirolisis de biomasa en una proporción con los productos de la combustión de (1-3):1.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el suministro de vapor de agua saturado a una temperatura de 105-140°C con una relación de masa entre el vapor y el material tratado de (0,1-0,25):1.