ES2327019A1 - Procedure of pyrolysis of a biomass load and subsequent gasification of the carbon obtained through such pirolisis and reactor to carry out it (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento de pirólisis de una carga de biomasa y posterior gasificación del carbón obtenido mediante dicha pirólisis y reactor para llevarlo a cabo.Pyrolysis procedure of a load of biomass and subsequent gasification of the coal obtained through said pyrolysis and reactor to carry it out.
La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de gas combustible a partir de biomasa, que comprende una etapa de pirólisis y una etapa de gasificación del carbón obtenido mediante esta pirólisis, que es óptimo energéticamente y también se refiere a un reactor de gran simplicidad que permite llevar a cabo este procedimiento.The present invention relates to a procedure for obtaining combustible gas from biomass, comprising a pyrolysis stage and a gasification stage of the carbon obtained by this pyrolysis, which is optimal energetically and also refers to a large reactor simplicity that allows to carry out this procedure.
Es conocida la transformación de biomasa en energía eléctrica a través de su gasificación y posterior quemado en un motor conectado a un alternador.Biomass transformation is known in electrical energy through its gasification and subsequent burning in an engine connected to an alternator.
Para ello existen varios tipos de gasificadores, de lecho fluido descendente, de presión atmosférica, de depresión, de alta presión, cuyos productos incluyen un gas pobre que debe ser escrupulosamente filtrado antes de reaccionar por combustión en el motor de gas.For this there are several types of gasifiers, of descending fluid bed, atmospheric pressure, depression, high pressure, whose products include a poor gas that must be scrupulously filtered before reacting by combustion in the gas engine
Todos los tipos de gasificadores regulan la entrada de aire del reactor para que se produzca una combustión incompleta de la madera y así, al agotarse el oxígeno del aire, se produce la reducción del gas pobre.All types of gasifiers regulate the reactor air inlet for combustion to occur incomplete wood and thus, when the oxygen in the air is depleted, it It produces the reduction of poor gas.
Por lo tanto, en el gas pobre quedan mezclados los humos y todos los componentes químicos, también llamados "ácidos piroleñosos", que no contienen oxígeno pero si nitrógeno, que permanece en el gas pobre procedente del aire de entrada, resultando en un freno para el motor, puesto que absorben energía en lugar de generarla.Therefore, in the poor gas they are mixed the fumes and all the chemical components, also called "pyroleinous acids", which do not contain oxygen but do nitrogen, which remains in the poor gas from the air of input, resulting in a brake for the engine, since they absorb energy instead of generating it.
Por lo tanto, los principales inconvenientes de los gasificadores son la trituración previa de la madera, la complejidad del proceso de limpieza de los gases que contienen "ácido piroleñosos" junto con partículas secas y además la presencia de nitrógeno que no se puede desprender del gas pobre hasta que no ha pasado por el motor, produciendo una gran pérdida de energía.Therefore, the main drawbacks of the gasifiers are the prior crushing of the wood, the complexity of the cleaning process of the gases they contain "pyroleinous acid" together with dry particles and also the presence of nitrogen that cannot be released from poor gas until it has not gone through the engine, producing a great loss of energy
La invención se enmarca en el sector de los gasificadores de carbón, es decir en los cuales no se gasifica directamente la biomasa si no en los que se realiza previamente una etapa de pirólisis para la obtención del carbón.The invention is part of the sector of coal gasifiers, that is to say in which it is not gasified directly the biomass if not in which a previous one is done Pyrolysis stage to obtain coal.
En éstos, para realizar la pirólisis es necesario un aporte suplementario de calor, puesto que se trata de una reacción endotérmica. Es conocido para ello hacer circular en continuo el material tratado, de modo que el calor que está siendo generado por una posterior etapa de gasificación es desviado parcialmente aguas arriba para contribuir al calor necesario para la pirólisis.In these, to perform pyrolysis is a supplementary contribution of heat is necessary, since it is about an endothermic reaction. It is known to circulate in continued the treated material, so that the heat that is being generated by a subsequent gasification stage is diverted partially upstream to contribute to the heat needed to Pyrolysis
Esto supone disponer de instalaciones complejas con partes móviles que necesitan un mantenimiento costoso en los que la transferencia de calor entre etapas también es compleja. Su complejidad hace que además sean costosas y poco manejables.This means having complex facilities with moving parts that need expensive maintenance in the that heat transfer between stages is also complex. its complexity also makes them costly and unmanageable.
Por lo tanto, es evidente la necesidad de disponer de un procedimiento de pirólisis y posterior gasificación de biomasa que permita superar los inconvenientes de la técnica.Therefore, the need for have a pyrolysis procedure and subsequent gasification of biomass that allows to overcome the inconveniences of technique.
Para ello, la presente invención propone un procedimiento de pirólisis de dos cargas de biomasa y posterior proceso de gasificación de los carbones obtenidos que se caracteriza por el hecho de que para cada carga de biomasa las reacciones de pirólisis y posterior gasificación se realizan en un mismo recinto, y por el hecho de que el proceso de pirólisis de una de las cargas y el de gasificación de la otra se realizan simultáneamente, de modo que parte del calor necesario para la pirólisis de una se obtiene de la gasificación de la otra.For this, the present invention proposes a Pyrolysis procedure of two biomass loads and later gasification process of the obtained coals that are characterized by the fact that for each biomass load the Pyrolysis reactions and subsequent gasification are performed in a same enclosure, and for the fact that the pyrolysis process of a of the charges and the gasification of the other are made simultaneously, so that part of the heat needed for Pyrolysis of one is obtained from the gasification of the other.
Este procedimiento resuelve la falta de eficiencia de los procedimientos del estado de la técnica y más concretamente:This procedure resolves the lack of efficiency of prior art procedures and more specifically:
- Es eficiente energéticamente, puesto que el calor obtenido de la gasificación no sale del sistema sino que es directamente aprovechado para la pirólisis de un proceso idéntico que se realiza en paralelo, aunque desplazado en el tiempo, es decir desfasado.- It is energy efficient, since the heat obtained from gasification does not leave the system but is directly used for the pyrolysis of an identical process which is done in parallel, although displaced in time, is say outdated
- Para realizar la pirólisis de una carga se dispone de un tiempo del mismo orden que el necesario para realizar la gasificación de otra, puesto que se realizan simultáneamente. De este modo, no es necesario triturar la madera previamente a la pirólisis, puesto que para esta se dispondrá de tiempo suficiente para que la reacción de pirólisis alcance a todos los puntos de la carga. Esta es una clara ventaja de la invención, porqué además la biomasa triturada, y más concretamente la leña triturada, ocupa mucho espacio, mientras que la leña cortada lo suficiente para caber en los recintos es muy densa y aprovecha mucho mejor el espacio disponible. Por otro lado, las máquinas trituradoras son caras y además consumen energía.- To perform the pyrolysis of a load, you have a time of the same order as necessary to perform the gasification of another, since they are performed simultaneously. From this way, it is not necessary to crush the wood before pyrolysis, since sufficient time will be available for this so that the pyrolysis reaction reaches all points of the load. This is a clear advantage of the invention, why also the crushed biomass, and more specifically crushed firewood, occupies a lot of space while the firewood cut enough to fit in the enclosures is very dense and takes much better advantage of the Available space. On the other hand, crushing machines are faces and also consume energy.
- Al realizarse los procesos a un ritmo lento, los gradientes de temperatura son mínimos, de modo que se los procesos se hacen menos irreversibles y por lo tanto se minimizan las pérdidas térmicas.- When the processes are carried out at a slow pace, the temperature gradients are minimal, so that the processes become less irreversible and therefore are minimized Thermal losses
- El procedimiento permite la obtención de gas combustible a partir de biomasa mediante la realización sucesiva de la reacción de pirólisis y de gasificación en un mismo recinto, de modo que no son necesarios transportes de productos intermedios (concretamente el carbón) durante el proceso, siendo por lo tanto únicamente necesario realizar el acondicionamiento de los recintos para cada reacción mediante un sistema de válvulas.- The procedure allows gas to be obtained fuel from biomass by successively performing the reaction of pyrolysis and gasification in the same enclosure, of so that intermediate product transports are not necessary (specifically coal) during the process, therefore being only necessary to carry out the conditioning of the enclosures for each reaction through a valve system.
- El gas combustible finalmente obtenido es rico y limpio, puesto que se obtiene de la gasificación de un carbón obtenido por pirólisis de biomasa y no de la gasificación directa de biomasa.- The fuel gas finally obtained is rich and clean, since it is obtained from the gasification of a coal obtained by biomass pyrolysis and not from direct gasification of biomass
Preferentemente, al finalizar el proceso de gasificación de una de las cargas en un primer recinto y el de pirólisis de la otra de las cargas en un segundo recinto, el primer recinto es cargado con una nueva carga de biomasa y acondicionado para la reacción de pirólisis y el segundo recinto es acondicionado para la reacción de gasificación, de modo que permite continuar el procedimiento de forma continua y cíclica, sin necesidad de parar el reactor.Preferably, at the end of the process of gasification of one of the charges in a first enclosure and that of pyrolysis of the other of the charges in a second enclosure, the first enclosure is loaded with a new biomass load and conditioning for the pyrolysis reaction and the second enclosure is conditioned for the gasification reaction, so that it allows to continue the procedure continuously and cyclically, without stopping the reactor
Ventajosamente, los acondicionamientos de ambos recintos se realizan mediante un sistema de válvulas, y más preferentemente de forma simultánea, de modo que no es necesario desplazar las cargas a diferentes recintos para realizar las dos reacciones, si no que es suficiente con realizar las conexiones convenientes con el sistema de válvulas, que podrá ser automático o manual.Advantageously, the conditioning of both enclosures are made using a valve system, and more preferably simultaneously, so that it is not necessary move loads to different enclosures to perform both reactions, if not enough to make connections convenient with the valve system, which can be automatic or manual.
Preferentemente el sistema de válvulas está adaptado para conectar alternativamente cada recinto:Preferably the valve system is adapted to alternately connect each enclosure:
- --
- con una salida de los productos obtenidos de la destilación seca, en el caso de la pirólisis y,with an output of the products obtained from dry distillation, in the case of pyrolysis and,
- --
- con una entrada controlada de oxidante, que puede ser aire, vapor o una combinación de ambos, y con una salida de los gases producto de la gasificación, en el caso de la gasificación.with a controlled oxidant inlet, which can be air, steam or a combination of both, and with an exit of the gases product of the gasification, in the case of gasification.
De modo que para cada reacción el recinto está adaptado a las condiciones óptimas.So for each reaction the enclosure is adapted to the optimal conditions.
Más ventajosamente, en caso necesario, previamente al proceso de recarga se extraen las cenizas del recinto.More advantageously, if necessary, prior to the recharge process the ashes of the enclosure.
Finalmente, según el procedimiento de la invención, el gas combustible obtenido de la pirólisis es quemado en un motor que acciona un generador, de modo que la producción eléctrica del generador indica en que fase de la pirólisis se encuentra la carga que está en el(los) recinto(s) en los que se realiza la pirólisis y más concretamente, se dispone de un indicador de que la pirólisis en un recinto ha finalizado y de que se puede iniciar el proceso de gasificación en ese recinto.Finally, according to the procedure of the invention, the combustible gas obtained from the pyrolysis is burned in an engine that drives a generator, so that production electric generator indicates at what stage of the pyrolysis find the load that is in the enclosure (s) in those who perform pyrolysis and more specifically, have an indicator that the pyrolysis in an enclosure has ended and of that you can start the gasification process in that enclosure.
Asimismo, la invención se refiere a un reactor para pirólisis de biomasa y gasificación del carbón obtenido, que se caracteriza por el hecho de que comprende al menos dos recintos en contacto térmico con un volumen común de intercambio de calor, comprendiendo cada uno de dichos recintos una compuerta de recarga y medios de conexión a:Also, the invention relates to a reactor for biomass pyrolysis and gasification of the coal obtained, which It is characterized by the fact that it comprises at least two enclosures in thermal contact with a common volume of heat exchange, each of said enclosures comprising a recharge gate and means of connection to:
- una fuente de oxidante, que puede ser aire, vapor o una combinación de ambos, de caudal controlado para el proceso de gasificación,- a source of oxidant, which can be air, steam or a combination of both, of controlled flow for the gasification process,
- una unidad de tratamiento de los productos de la gasificación,- a treatment unit for the products of gasification,
- una unidad de tratamiento de los productos de la pirólisis,- a treatment unit for the products of pyrolysis,
de modo que es posible poner alternativamente cada recinto en las condiciones adecuadas para la pirólisis o la gasificación, según este contenga biomasa en proceso de pirólisis o carbón en proceso de gasificación.so that it is possible to put alternately each enclosure in the proper conditions for pyrolysis or gasification, as it contains biomass in the process of pyrolysis or coal in the process of gasification.
Este reactor, además de permitir llevar a cabo el procedimiento de la invención, presenta las siguientes características ventajosas, a saber:This reactor, besides allowing to carry out The process of the invention presents the following advantageous features, namely:
- No tiene más partes móviles que las compuertas de alimentación de las cargas y las válvulas de acondicionamiento de los recintos.- It has no more moving parts than the gates of load supply and conditioning valves of the enclosures.
- Se puede hacer de cualquier tamaño, siendo únicamente necesario disponer de biomasa, en especial leña, cortada lo suficiente para caber en los recintos, y por lo tanto su aplicación es posible tanto para unidades móviles en ámbito rural para aprovechar pequeñas cantidades de biomasa como en plantas industriales de gran tamaño.- It can be made of any size, being only necessary to have biomass, especially firewood, cut enough to fit in the enclosures, and therefore its application is possible for both mobile units in rural areas to take advantage of small amounts of biomass as in plants large industrial.
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del procedimiento de la instalación y del reactor que permite llevarlo a cabo.For a better understanding of how much has been exposed Some drawings are accompanied in which, schematically and only by way of non-limiting example, a case study is represented of carrying out the installation and reactor procedure that allows to carry it out.
La figura 1 es un diagrama temporal en el que se ilustran las diferentes fases del procedimiento en los dos recintos y la relación que hay entre ellos.Figure 1 is a time diagram in which they illustrate the different phases of the procedure in both enclosures and the relationship between them.
La figura 2 es una vista en alzado de una instalación de pirólisis y gasificación provista del reactor de la invención.Figure 2 is an elevation view of a pyrolysis and gasification installation provided with the reactor of the invention.
Las figuras 3 y 4 ilustran las reacciones que se producen en los diferentes recintos de un reactor provisto de ocho recintos y su disposición relativa.Figures 3 and 4 illustrate the reactions that are produced in the different enclosures of a reactor equipped with eight enclosures and their relative disposition.
Según una realización preferida y tal como se esquematiza en el diagrama temporal de la figura 1, en el procedimiento de la presente invención se realizan los procesos de pirólisis P de dos cargas 1 y 2 y para cada una un posterior proceso de gasificación G de los carbones obtenidos mediante estas pirólisis.According to a preferred embodiment and as schematized in the time diagram of figure 1, in the The process of the present invention performs the processes of Pyrolysis P of two charges 1 and 2 and for each one a posterior gasification process G of the carbons obtained by these pyrolysis
En la figura, la flecha inferior representa el tiempo t, y las dos filas superiores representan los procesos que se realizan en los recintos 1 y 2. Los círculos representan los momentos de recarga de los recintos.In the figure, the bottom arrow represents the time t, and the top two rows represent the processes that are performed in precincts 1 and 2. The circles represent the Recharging moments of the enclosures.
Concretamente, para cada carga de biomasa 1 y 2 las reacciones de pirólisis P y posterior gasificación G se realizan en un mismo recinto, y el proceso de pirólisis P de una de las cargas y el de gasificación G de la otra se realizan simultáneamente, de modo que parte 3 del calor necesario para la pirólisis P de una se obtiene de la gasificación G de la otra.Specifically, for each biomass load 1 and 2 Pyrolysis reactions P and subsequent gasification G are performed in the same enclosure, and the pyrolysis process P of one of the charges and the gasification G of the other are made simultaneously, so that part 3 of the heat needed for the Pyrolysis P of one is obtained from gasification G of the other.
En el esquema de la figura 1, las flechas verticales indican el flujo de calor, y tal como se puede apreciar, va de un recinto en el que se está realizando la gasificación a otro en el que se realiza la pirólisis.In the scheme in Figure 1, the arrows verticals indicate heat flow, and as you can see, goes from an enclosure where gasification is being carried out to another in which the pyrolysis is performed.
Obviamente, para realizar la primera pirólisis se necesita un calor 4 que puede aportarse mediante un combustible especialmente dedicado al arranque.Obviously, to perform the first pyrolysis a heat 4 is needed that can be supplied by a fuel Especially dedicated to boot.
Tal como se aprecia en la figura, al finalizar el proceso de gasificación P en algún recinto, que se hará coincidir preferentemente con la finalización del proceso de pirólisis en otro recinto, el recinto en el que ha finalizado la gasificación se limpiará de cenizas y se volverá a cargar con una nueva carga de biomasa, tal como se ha indicado, este proceso de recarga se esquematiza con un circulo situado en una transición de etapa, la cual está representada mediante segmentos verticales que separan las etapas de pirólisis de las de gasificación.As seen in the figure, at the end the process of gasification P in some enclosure, which will be done preferably coincide with the completion of the process of pyrolysis in another enclosure, the enclosure in which the gasification will be cleaned of ashes and recharged with a new biomass load, as indicated, this process of reload is schematized with a circle located in a transition from stage, which is represented by vertical segments that they separate the pyrolysis stages from the gasification stages.
Una vez cargado el recinto con una nueva carga de biomasa, este es acondicionado para la reacción de pirólisis y el o los recintos en los que ha finalizado la pirólisis son acondicionados para la reacción de gasificación.Once the enclosure is loaded with a new load of biomass, this is conditioned for the pyrolysis reaction and The enclosure (s) in which the pyrolysis has ended are conditioned for the gasification reaction.
En el reactor 5 de la invención, tal como se aprecia en la figura 2, al estar los recintos 6 y 7 (que corresponden a los recintos 1 y 2 de la figura 1) parcialmente en un mismo volumen 8, que hace de intercambiador de calor entre aquellos en los que se está realizando la pirólisis y aquellos en los que se está realizando la gasificación, es posible la transferencia de calor 3 entre ambos conjuntos de recintos.In the reactor 5 of the invention, as appreciate in figure 2, being enclosures 6 and 7 (which correspond to enclosures 1 and 2 of figure 1) partially in a same volume 8, which acts as a heat exchanger between those in which the pyrolysis is being performed and those in which gasification is being carried out, the transfer of 3 heat between both sets of enclosures.
El mínimo número de recintos para poner en práctica el procedimiento son dos, aunque es posible e incluso preferible que haya una pluralidad de recintos en los que se está realizando simultáneamente el mismo proceso, puesto que de está manera se logra tener más homogeneidad en el conjunto, al ser la temperatura más estable y al permitir disposiciones simétricas entre los que realizan la pirólisis y los que realizan la gasificación, evitando la estratificación del fluido de intercambio de calor en el volumen de intercambio y favoreciendo las corrientes de aire que homogeneizan su temperatura.The minimum number of enclosures to put in practice the procedure are two, although it is possible and even preferably there are a plurality of enclosures in which you are simultaneously performing the same process, since way is achieved to have more homogeneity in the set, being the more stable temperature and allowing symmetrical arrangements between those who perform pyrolysis and those who perform gasification, avoiding stratification of the exchange fluid of heat in the exchange volume and favoring the currents of air that homogenize its temperature.
Por ejemplo, el reactor podría tener ocho recintos, tal como se muestra en la figura 2, de modo que mientras cuatro de ellos están realizando el proceso de pirólisis de cuatro cargas de biomasa, los otros cuatro estarán realizando el proceso de gasificación, tal como se muestra en la figura 3. Una vez finalizada en cada recinto la etapa que en él se desarrolla, se invierten las condiciones internas de los recintos de modo que los que antes realizaban la reacción de pirólisis ahora realizan la de gasificación y viceversa, tal como se muestra en la figura 4.For example, the reactor could have eight enclosures, as shown in figure 2, so that while four of them are performing the pyrolysis process of four biomass loads, the other four will be performing the process gasification, as shown in figure 3. Once At the end of each stage, the stage that takes place there is reverse the internal conditions of the enclosures so that the who previously performed the pyrolysis reaction now perform the gasification and vice versa, as shown in figure 4.
Este proceso de inversión de condiciones, que se realiza sin desplazar su contenido, se hace mediante un sistema de válvulas 10 que permite conectar alternativamente cada recinto:This process of conditions inversion, which is performs without shifting its content, is done through a system of 10 valves that allow each enclosure to be connected alternately:
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- con una salida de los productos obtenidos de la destilación seca, en el caso de la pirólisis y,with an output of the products obtained from dry distillation, in the case of pyrolysis and,
- --
- con una entrada controlada de oxidante y con una salida de los gases producto de la gasificación, en el caso de la gasificación.with a controlled oxidant inlet and with a gas outlet gasification product, in the case of gasification.
tal como se puede apreciar en la figura 2.as can be seen in figure 2.
El reactor de la invención, tal como se ilustra en la figura 2, está integrado en una instalación de producción de electricidad a partir de biomasa, en la cual el gas combustible obtenido de la gasificación del carbón es quemado en un motor 12 que acciona un generador.The reactor of the invention, as illustrated in figure 2, it is integrated into a production facility of electricity from biomass, in which combustible gas obtained from the gasification of coal is burned in an engine 12 that drives a generator.
Según esta realización, la instalación comprende otro motor 13 destinado a quemar los gases combustibles producidos en la última etapa de pirólisis.According to this embodiment, the installation comprises another engine 13 intended to burn the combustible gases produced in the last stage of pyrolysis.
En esta realización preferida de la invención, los ácidos piroleñosos son recogidos en el condensador 11 y serán posteriormente valorizados para otros procesos industriales o bien para la producción de biodiesel.In this preferred embodiment of the invention, the pyroleinous acids are collected in the condenser 11 and will be subsequently valued for other industrial processes or for the production of biodiesel.
La eficiencia global del sistema puede aumentarse aún más transfiriendo parcialmente el calor de los gases de escape al volumen de intercambio de calor. Esta transferencia se puede realizar por introducción de parte de los gases escape en el volumen de intercambio de calor. Obviamente, habiéndose descrito una realización preferida a título ilustrativo no limitativo, a partir de esta el experto en la materia podrá concebir otras disposiciones del reactor sin salir por ello del alcance de la invención, como por ejemplo realizar el reactor con formas más compactas, con más o menos unidades, destinando el producto obtenido para su almacenamiento en lugar de producción directa de energía eléctrica, etc.The overall efficiency of the system can be further increased by partially transferring the heat of the gases Exhaust to heat exchange volume. This transfer it can be done by introducing part of the exhaust gases in The heat exchange volume. Obviously, having been described a preferred embodiment by way of illustration not limitation, to from this the expert in the field may conceive other reactor arrangements without thereby leaving the scope of the invention, such as carrying out the reactor with more shapes compact, with more or less units, allocating the product obtained for storage instead of direct production of electric power, etc.
Claims (10)
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- con una salida de los productos obtenidos de la destilación seca, en el caso de la pirólisis y,with an output of the products obtained from dry distillation, in the case of pyrolysis and,
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- con una entrada controlada de oxidante y con una salida de los gases producto de la gasificación, en el caso de la gasificación.with a controlled oxidant inlet and with a gas outlet gasification product, in the case of gasification.
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| ES200801136A ES2327019B1 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | PROCEDURE FOR THE PIROLISIS OF A BIOMASS LOAD AND AFTER CARBON GASIFICATION OBTAINED THROUGH THESE PIROLISIS AND REACTOR TO CARRY OUT IT. |
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|---|---|
| ES2327019B1 (en) | 2010-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091022 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2327019B1 Country of ref document: ES |