ES2546008T5 - Sistema de tuberías desde un reactor hasta un separador y método para controlar un flujo de procedimiento - Google Patents
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Description
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DESCRIPCION
Sistema de tuberías desde un reactor hasta un separador y método para controlar un flujo de procedimiento Antecedentes de la invención
Los sistemas por explosión de vapor actuales consisten habitualmente en un recipiente de reactor, un sistema de tuberías y un dispositivo de separación. El recipiente de reactor contiene biomaterial infundido con vapor a presión. El material de biomasa infundido con vapor se despresuriza rápidamente en el sistema de tuberías a medida que se transporta desde el recipiente de reactor hasta el dispositivo de separación. El dispositivo de separación vuelve a captar vapor y otros gases deseables.
Los sistemas de tuberías han sido tradicionalmente propensos a taponamiento, bloqueo u obstrucción por el material de biomasa que fluye a través de los mismos. Cuando se obstruyen, los sistemas por explosión de vapor tradicionales se ponen generalmente fuera de funcionamiento para su mantenimiento. Esto puede dar como resultado una pérdida de producción. Muchas características de sistemas de tuberías que contribuyen a este problema.
Breve descripción de la invención
En sistemas por explosión de vapor, resulta deseable y típico que las tuberías en estos sistemas de tuberías tengan un diámetro pequeño para minimizar el consumo de vapor porque un uso de vapor excesivo aumenta los costes de producción. Los diámetros de tubería pequeños pueden ayudar a lograr este objetivo pero, desafortunadamente, estos diámetros pequeños también contribuyen al bloqueo.
Las tuberías en los sistemas de tuberías contienen normalmente varios dispositivos de restricción tales como válvulas, curvas, acodamientos y pasos largos. Las válvulas pueden establecerse algunas veces en posiciones parcialmente abiertas para lograr diferentes velocidades de flujo deseadas de material de biomasa y vapor. Estas válvulas parcialmente abiertas pueden presentar bordes de válvula dentro de las tuberías que son propensos a atrapar depósitos de material de biomasa. A medida que se acumulan estos depósitos de biomasa, las tuberías se taponan, bloquean u obstruyen.
Además, velocidades de flujo que se aproximan a la velocidad del sonido son típicas en sistemas que funcionan con una alta caída de presión desde el reactor hasta el dispositivo de separación. Como resultado, las válvulas y otras partes móviles dentro de los sistemas de tuberías pueden desgastarse con frecuencia, requiriendo reparación o sustitución.
Esfuerzos para reducir la cantidad de taponamiento, bloqueo u obstrucción en un sistema de tuberías han implicado generalmente acortar la longitud de tuberías entre el recipiente de reactor y el dispositivo de separación. También puede aumentarse el diámetro de las tuberías, pero esto puede requerir una cantidad aumentada de uso de vapor. Acortar las tuberías reduce el área de superficie y los bordes en los que pueden quedar atrapados depósitos de biomasa. Para acortar las tuberías, el recipiente de reactor y el dispositivo de separación deben estar físicamente cerca uno de otro. Limitaciones de espacio y otros equipos pueden imponer dificultades en la ubicación próxima de un recipiente de reactor y un dispositivo de separación.
Existe una necesidad desde hace mucho tiempo de sistemas de tuberías usados en sistemas por explosión de vapor que sean menos propensos a depósitos de biomasa y que tengan relativamente pocos componentes que sean propensos a desgaste, al tiempo que también se permitan unos medios para ajustar el flujo de vapor desde el recipiente de reactor hasta el dispositivo de separación.
A la luz de esta necesidad desde hace mucho tiempo, la presente invención proporciona un aparato y un método para el tratamiento por explosión de vapor de material de biomasa tal como se expone en las reivindicaciones independientes adjuntas. En las reivindicaciones dependientes respectivas se mencionan características opcionales preferidas.
La presente realización se refiere de manera general a sistemas de tuberías para mezclas de vapor y material de biomasa que fluye desde un recipiente de reactor presurizado, y particularmente se refiere a sistemas de tuberías entre un recipiente de reactor presurizado para un procedimiento de explosión de vapor y un dispositivo de separación. Esta realización permite que vapor y material de biomasa fluyan a través del sistema de tuberías, lo que puede ajustarse cambiando las longitudes de tuberías y ajustando la ubicación del colector de recogida-expansión con respecto a las líneas de descarga del recipiente de reactor presurizado.
Se han concebido un método y un sistema para controlar o limitar el flujo de vapor fuera del recipiente de reactor presurizado en los que un recipiente de reactor presurizado se conecta mediante tuberías a un dispositivo de separación. Para los fines de esta solicitud, “tuberías” o “tubería” se refieren a cualquier conducto que puede usarse en un sistema de explosión de vapor. El sistema de explosión de vapor incluye un recipiente de reactor presurizado,
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tal como un recipiente de reactor presurizado de explosión de vapor que tiene al menos dos líneas de descarga que permiten que el material de biomasa y el vapor desde el recipiente de reactor presurizado fluyan hasta un punto en el que las líneas de descarga se conectan con un único conducto. Este conducto se conoce como “línea de recogida” y el punto en el que se conectan las líneas de descarga se conoce como “colector de recogida-expansión”. A medida que el material de biomasa y el vapor fluyen a través del colector de recogida-expansión, se produce una rápida liberación de presión. Esta rápida liberación de presión provoca que el material de biomasa experimente un procedimiento de explosión de vapor a medida que fluye a través de la línea de recogida y al interior del dispositivo de separación.
Cada línea de descarga individual puede tener un diámetro diferente de cada una de las demás líneas de descarga individuales. En otras realizaciones, dos o más líneas de descarga pueden compartir sustancialmente el mismo diámetro. Cada línea de descarga individual también puede tener una válvula en un extremo de entrada. Estas válvulas pueden usarse para controlar la velocidad de flujo de material de biomasa y vapor al interior de cada línea de descarga individual. Usando estas válvulas y líneas de descarga con diámetros diferentes, los operarios pueden ajustar la velocidad de flujo de material de biomasa y vapor desde el recipiente de reactor presurizado.
La longitud de las líneas de descarga también puede cambiarse para permitir el ajuste de la velocidad de flujo de material de biomasa y vapor a través de las líneas de descarga. La proximidad del colector de recogida-expansión hasta las salidas de recipiente de reactor puede ajustarse añadiendo o retirando longitud de tuberías, para así regular la cantidad de material de biomasa y vapor que sale del recipiente de reactor presurizado en condiciones de funcionamiento normales. Adicionalmente, si se desea, hay otros componentes opcionales tales como elementos de inserción de boquillas, placas con orificio y válvulas que pueden usarse según se necesite para ajustar la velocidad de flujo de material de biomasa y vapor a través de las líneas de descarga. Además, la válvula en una o más de las aberturas para el extremo de entrada de las líneas de descarga puede definir un paso de flujo. Este “paso de flujo” se refiere al diámetro interno de una línea de descarga, que puede ser constante con el diámetro de una válvula dada. El paso de flujo puede tener un área en sección transversal que es mayor o menor que el área en sección transversal del paso de flujo definido por otra válvula ubicada en otro extremo de entrada de otra línea de descarga. Por ejemplo, una o dos de las válvulas pueden definir un paso de flujo que tiene un área en sección transversal que es la mitad del área en sección transversal del paso de flujo definido por las demás válvulas.
Se ha concebido un aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material de biomasa que comprende: un recipiente de reactor presurizado configurado para contener material de biomasa y vapor, al menos dos líneas de descarga acopladas, cada una, a una salida del recipiente de reactor presurizado, en el que cada línea de descarga tiene un área en sección transversal, y en el que cada línea de descarga está configurada para recibir el material de biomasa y el vapor descargado desde el recipiente de reactor presurizado, un colector de recogida-expansión conectado a extremos de salida de cada una de las líneas de descarga, una línea de recogida que tiene una entrada conectada al colector de recogida-expansión, en el que la línea de recogida está configurada para recibir el material de biomasa y el vapor que fluyen desde los extremos de salida de las líneas de descarga, y en el que la línea de recogida tiene un área en sección transversal que es sustancialmente mayor que el área en sección transversal acumulativa de la al menos una línea de descarga, y un dispositivo de separación acoplado a un extremo de salida de la línea de recogida para recibir el material de biomasa y el vapor desde la línea de recogida, y el dispositivo de separación incluye una salida de gas y una salida de material de biomasa.
La longitud de cada una de las líneas de descarga puede ser sustancialmente más corta que la longitud de la línea de recogida. Más comúnmente, la longitud de cada una de las líneas de descarga es sustancialmente más corta que la longitud total de la línea desde la salida de recipiente de reactor presurizado hasta la entrada de dispositivo de separación en un sistema convencional. En sistemas convencionales, la línea de descarga conecta el recipiente de reactor presurizado al dispositivo de separación. En algunas realizaciones, el diámetro de paso interno de cada una de las líneas de descarga es uniforme a través de la línea de descarga. Los diámetros de paso internos de cada una de las líneas de descarga pueden variar ampliamente. Sin embargo, en algunas realizaciones, los diámetros de paso internos pueden encontrarse dentro de un intervalo de desde 0,125 pulgadas (3,175 mm) hasta 120 pulgadas (3048 mm). Además, para recipientes de reactor presurizados que miden dos metros por tres metros, los diámetros de paso internos pueden tener un intervalo de 0,25 pulgadas (6,35 mm) a 6,0 pulgadas (152,4 mm), o de 0,125 pulgadas (3,175 mm) a 0,75 pulgadas (19,05 mm), o de 1,0 pulgadas (25,4 mm) a 2,5 pulgadas (63,5 mm), o un intervalo en el que el límite superior es de 4,0 pulgadas (101,6 mm).
Con respecto al colector de recogida-expansión, el colector de recogida-expansión puede ser una placa plana que tiene un primer lado del colector de recogida-expansión conectado a las líneas de descarga y un lado opuesto conectado a la línea de recogida con aberturas a través del colector de recogida-expansión, cada una de las cuales está alineada con una de las líneas de descarga.
Con respecto a la línea de recogida, el área en sección transversal interna del paso en la línea de recogida puede ser de al menos dos a cuatrocientas veces el área en sección transversal interna del paso en una línea de descarga individual. La presión en la entrada de la línea de recogida puede ser sustancialmente menor, tal como menos de tres cuartos, incluso menos de la mitad, de la presión en la salida de la línea de descarga. Una válvula, tal como una válvula completamente abierta, puede colocarse entre el recipiente de reactor presurizado y la entrada de cada una
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de las líneas de descarga o en la línea de descarga. El número de líneas de descarga es de al menos dos o tres, o más líneas de descarga.
En otra realización, se ha concebido un aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material de biomasa que comprende: al menos dos líneas de descarga que se extienden desde el recipiente de reactor presurizado en salidas de recipiente de reactor, en el que cada una de las al menos dos líneas de descarga tiene un área en sección transversal, y en el que las al menos dos líneas de descarga están configuradas para recibir el material de biomasa y el vapor descargado desde el recipiente de reactor presurizado, un colector de recogida-expansión conectado a extremos de salida de cada una de las líneas de descarga, una línea de recogida que tiene una entrada conectada al colector de recogida-expansión, en el que la línea de recogida está configurada para recibir el material de biomasa y el vapor que fluyen desde las líneas de descarga, y en el que la línea de recogida tiene un área en sección transversal que es sustancialmente mayor que el área en sección transversal de cualquiera de las líneas de descarga, y un dispositivo de separación acoplado a un extremo de salida de la línea de recogida, en el que el dispositivo de separación está configurado para recibir el material de biomasa y el vapor desde la línea de recogida.
Se ha concebido un método para el tratamiento por explosión de vapor que comprende: presurizar e infundir material de biomasa con vapor, hacer pasar el material de biomasa a presión e infundido y el vapor a través de varias líneas de descarga, desde cada una de las líneas de descarga, hacer pasar el material de biomasa a presión e infundido a través de un colector de recogida-expansión y al interior de una línea de recogida, reducir rápidamente la presión sobre el material de biomasa infundido a medida que el material de biomasa infundido entra en la línea de recogida desde el colector de recogida-expansión, tratar el material de biomasa infundido con un procedimiento de explosión de vapor debido a la rápida reducción de presión, y transportar el material de biomasa sometido a explosión de vapor a través de la línea de recogida hasta un dispositivo de separación en el que el material de biomasa sometido a explosión de vapor se separa de gases que fluyen con el material de biomasa sometido a explosión de vapor en la línea de recogida. Este dispositivo de separación puede ser un separador de ciclón, un sedimentador por gravedad, un separador por impactos o cualquier otro dispositivo de separación usado para recuperar gas a partir de mezclas.
La distancia recorrida por el material de biomasa a través de las líneas de descarga puede ser sustancialmente más corta que la distancia que recorre el material de biomasa a través de la línea de recogida. Adicionalmente, la distancia recorrida por el material de biomasa y el vapor a través de las líneas de descarga es sustancialmente más corta que la longitud total de las tuberías desde las salidas de reactor hasta la entrada de dispositivo de separación en un sistema convencional. Por ejemplo, las líneas de descarga pueden ser del 10% al 60% de la longitud total de las tuberías que discurren desde las salidas de reactor hasta la entrada de dispositivo de separación dependiendo de disposiciones de equipos específicas de proyecto. Al menos una de las líneas de descarga puede cerrarse al material de biomasa mediante una válvula entre el recipiente de reactor presurizado y el extremo de entrada de la al menos una línea de descarga mientras que al menos otra línea de descarga se abre al material de biomasa y al vapor.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo de procedimiento que muestra una vista lateral de un recipiente de reactor presurizado, líneas de descarga, un colector de recogida-expansión, una línea de recogida y un dispositivo de separación.
La figura 2 es un diagrama de flujo de procedimiento que muestra una vista desde arriba del recipiente de reactor presurizado, líneas de descarga, un colector de recogida-expansión, la línea de recogida y el dispositivo de separación.
La figura 3 es un diagrama esquemático de una realización de ejemplo de parte del recipiente de reactor presurizado, un elemento de inserción de boquilla, válvula, placa de orificio y extremo de entrada a una línea de descarga.
La figura 4 es una vista esquemática de una vista de extremo del colector de recogida-expansión.
La figura 5 es un diagrama esquemático de una vista lateral del colector de recogida-expansión.
Descripción detallada de la invención
Las figuras 1 y 2 ilustran un procedimiento de explosión de vapor en el que se infunde vapor a presión en un material de biomasa, tal como material lignocelulósico. Liberando rápidamente la presión, el vapor se expande dentro del material de biomasa y hace estallar las células del material de biomasa o elimina fibras del material de biomasa. El material de biomasa puede ser material lignocelulósico. El material lignocelulósico incluye, pero no se limita a: material vegetal tal como madera, virutas de madera, desechos de aserradero y fábrica de papel, rastrojo de maíz, bagazo de caña de azúcar, y otros residuos agrícolas, cultivos energéticos dedicados, residuos de papel municipales, y cualquier otro material de biomasa compuesto por celulosa, hemicelulosa y lignina.
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En esta realización de ejemplo de un aparato para el tratamiento por explosión de vapor, un recipiente 20 de reactor presurizado recibe el material 10 de biomasa a través de un dispositivo 12 de transferencia de alta presión que transporta el material 10 de biomasa al interior de un entorno a alta presión en el recipiente 20 de reactor presurizado. El material 10 de biomasa puede fluir de manera continua hasta el recipiente 20 de reactor presurizado. En otras realizaciones de ejemplo, el material 10 de biomasa puede alimentarse al interior del recipiente 20 de reactor presurizado en un procedimiento discontinuo, semidiscontinuo o semicontinuo.
Se añade vapor 14 al recipiente 20 de reactor presurizado para añadir energía al material 10 de biomasa. La energía aumenta la temperatura y la presión del material 10 de biomasa en el recipiente 20 de reactor presurizado. La temperatura en el recipiente 20 de reactor presurizado puede estar en un intervalo de 120°C a 300°C, posiblemente de 150°C a 260°C, posiblemente de 160°C a 230°C. La temperatura del material 10 de biomasa también puede estar fuera de este intervalo, dependiendo del tipo de material de biomasa y el procedimiento de explosión de vapor al que va a someterse el material de biomasa.
El recipiente 20 de reactor presurizado tiene múltiples salidas 21 de recipiente de reactor. Cada salida de recipiente de reactor puede comunicarse con una válvula 22 y una línea 24 de descarga. Cada línea 24 de descarga tiene un extremo 27 de salida de línea de descarga conectado a un colector 26 de recogida-expansión. El colector 26 de recogida-expansión proporciona una conexión entre cada extremo 27 de salida de línea de descarga y una única línea 28 de recogida de gran diámetro.
Los flujos de vapor y de material de biomasa desde las líneas 24 de descarga pasan a través del colector 26 de recogida-expansión, y entran y se fusionan en la línea 28 de recogida. La posición del colector 26 de recogida- expansión con respecto al material de biomasa y el vapor que salen del recipiente 20 de reactor presurizado puede ajustarse añadiendo o retirando longitud de tubería, para así regular la cantidad de vapor que sale del recipiente 20 de reactor presurizado en condiciones de funcionamiento normales. La presión en la entrada 29 de la línea 28 de recogida puede ser sustancialmente menor, tal como menos de tres cuartos, incluso menos de la mitad, con respecto a la presión en cada uno de los extremos 27 de salida de línea de descarga que están abiertos al flujo de material de biomasa y vapor. Se produce una rápida liberación de presión a medida que el material de biomasa y el vapor pasan a través del colector 26 de recogida-expansión y al interior de la línea 28 de recogida. La rápida liberación de presión provoca que el material de biomasa se someta a un procedimiento de explosión de vapor a medida que fluye al interior de la línea 28 de recogida.
El área en sección transversal de la línea 28 de recogida es sustancialmente mayor que una cualquiera de las áreas en sección transversal de las líneas 24 de descarga y puede ser incluso sustancialmente mayor que la suma de las áreas en sección transversal de las líneas 24 de descarga. El área en sección transversal de la línea 28 de recogida puede ser mayor que el área en sección transversal de una cualquiera de las líneas 24 de descarga en al menos un factor de dos. En otras realizaciones de ejemplo, el área en sección transversal de la línea 28 de recogida puede ser mayor que el área en sección transversal de una cualquiera de las líneas de descarga en al menos un factor de cinco o al menos un factor de seis. El cambio del área en sección transversal puede lograrse mediante un repentino agrandamiento de tubería, un escalonado o una serie de escalonados, secciones de tubería cónicas, reductores de tubería excéntricos y concéntricos, agrandadores de tubería u otros medios graduales para cambiar el diámetro de tubería.
La entrada 29 de la línea 28 de recogida está en el colector 26 de recogida-expansión. Aunque puede usarse cualquier dispositivo de separación, en esta realización de ejemplo un separador 30 de ciclón se comunica con la línea 28 de recogida. El separador 30 de ciclón puede usarse para separar la biomasa sometida a explosión de vapor y el vapor desde la línea 28 de recogida para producir la biomasa 32 procesada y gas 34. Puede haber múltiples separadores 30 de ciclón y múltiples líneas 28 de recogida.
La longitud de cada una de las líneas 24 de descarga puede ser relativamente corta, tal como en un intervalo de 0,4 metros a 30 metros. Limitar la longitud de las líneas 24 de descarga reduce el área de superficie interna, conocida como el área de superficie “humedecida”, en los pasos de menor diámetro de las líneas 24 de descarga y permite que las líneas 24 de descarga estén relativamente libres de acoplamientos de tuberías, curvas, acodamientos y otras posibles fuentes de recogida de depósitos de biomasa. Además, el área en sección transversal interna del paso para al menos una línea 24 de descarga puede diferir, por ejemplo, en más del 50 por ciento o el 100 por ciento, de un área en sección transversal interna de otra o más de otras de las líneas 24 de descarga conectadas al recipiente 20 de reactor presurizado.
Las múltiples líneas 24 de descarga, que pueden abrirse o cerrarse individualmente a través de las válvulas 22, proporcionan un intervalo de velocidades de flujo de material de biomasa y de vapor a través de las líneas de descarga abiertas que pueden seleccionarse. Por ejemplo, puede lograrse una velocidad de flujo relativamente baja abriendo sólo una válvula 22 y cerrando las demás válvulas 22 de manera que el material de biomasa y el vapor fluyen a través de tan sólo una de las líneas 24 de descarga. La velocidad de flujo de material de biomasa y vapor puede aumentarse de manera incremental abriendo las válvulas 22 para cada una de las demás líneas 24 de descarga. El número de velocidades de flujo que pueden seleccionarse abriendo y cerrando selectivamente las válvulas 22 puede ser mayor que el número de líneas 24 de descarga si los pasos de las líneas 24 de descarga
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tienen áreas en sección transversal internas diferentes. Por ejemplo, si al menos todas menos una de las líneas 24 de descarga tienen un paso de material de biomasa y vapor que tiene un área en sección transversal interna que es dos veces (un 100 por ciento mayor que) el área en sección transversal interna del paso de la línea 24 de descarga restante, la línea 24 de descarga restante puede abrirse o cerrarse para proporcionar un incremento del flujo de la mitad de lo que se produce cuando se abren o se cierran las válvulas 22 hacia las demás líneas 24 de descarga.
Las líneas 24 de descarga pueden estar cada una relativamente libres de dispositivos de control tales como válvulas de mariposa, elementos de inserción de boquillas, válvulas de orificios reducidos, placas con orificio y otros dispositivos de restricción. Las válvulas 22 en los extremos de entrada de las líneas de descarga en las salidas 21 de recipiente de reactor pueden ser el único dispositivo de control en cada línea 24 de descarga. Para controlar el flujo de vapor y material de biomasa desde el recipiente 20 de reactor presurizado las válvulas 22 están en una posición de funcionamiento completamente abierta, parcialmente abierta o completamente cerrada para seleccionar una o más de las líneas 24 de descarga como pasos para el vapor y material de biomasa. Minimizar los dispositivos de restricción en las líneas 24 de descarga reduce la tendencia de las líneas 24 de descarga a taponarse, bloquearse u obstruirse con material de biomasa y/o material extraño y reduce el riesgo de fallo debido a dispositivos de restricción desgastados.
La línea 28 de recogida es un conducto de gran diámetro que puede tener una superficie humedecida lisa que está expuesta al material de biomasa y al vapor. Debido al gran diámetro interno y gran área en sección transversal de la línea de recogida, la línea 28 de recogida puede ser menos propensa a taponarse, bloquearse u obstruirse por biomasa que se deposita sobre la superficie humedecida de la línea 28 de recogida.
Debido a su gran diámetro, la línea 28 de recogida puede extenderse una distancia sustancialmente más larga que las líneas 24 de descarga sin un riesgo significativo de taponarse, bloquearse u obstruirse por depósitos de biomasa. La longitud de la línea 28 de recogida puede ser sustancialmente más larga que una cualquiera de las líneas 24 de descarga, tal como de dos a veinte veces la longitud de cada una de las líneas 24 de descarga.
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra el acoplamiento de al menos una, posiblemente dos o más, de las líneas 24 de descarga al recipiente 20 de reactor presurizado. El acoplamiento entre cada una de las líneas 24 de descarga y el recipiente 20 de reactor presurizado puede ser sustancialmente el mismo que el acoplamiento mostrado en la figura 3. La pared 36 lateral del recipiente 20 de reactor presurizado tiene una abertura, salida 21 de recipiente de reactor, para permitir que el material de biomasa y vapor salgan del recipiente 20 de reactor presurizado y pasen al interior de la línea 24 de descarga. Una salida 40 de anclaje rodea la abertura, salida 21 de recipiente de reactor, y está fijada a la superficie exterior de la pared 36 lateral. La salida 40 de anclaje soporta la válvula 22 que proporciona el acoplamiento entre el recipiente 20 de reactor presurizado y la línea 24 de descarga. Un elemento 42 de inserción de boquilla opcional puede ajustarse en la abertura creada por la salida 21 de recipiente de reactor y proporcionar una trayectoria lisa, de baja resistencia, para el vapor y material de biomasa desde el recipiente 20 de reactor presurizado hasta la línea 24 de descarga. El elemento 42 de inserción de boquilla puede estar en la abertura, salida 21 de recipiente de reactor, o en la salida 40 de anclaje. El elemento 42 de inserción de boquilla puede ser un elemento de inserción sustituible y usarse para reducir el tamaño de la abertura creada por la salida 21 de recipiente de reactor para adaptar la abertura al diámetro del paso de flujo en la línea 24 de descarga. El elemento 42 de inserción de boquilla puede o bien retirarse o bien sustituirse por un elemento 42 de inserción de boquilla que tiene un paso de tamaño diferente si se sustituye la línea 24 de descarga por una línea 24 de descarga que tiene un diámetro diferente. Los elementos 42 de inserción de boquillas para este uso pueden ser similares a los presentados y descritos en la solicitud estadounidense en tramitación junto con la presente 13/029.801, incorporada en el presente documento como referencia y de la cual se adjunta una copia.
Durante el funcionamiento normal y si se selecciona la línea 24 de descarga correspondiente para estar activa, la válvula 22 puede tener una posición completamente abierta, que no restringe el flujo de material de biomasa y vapor a través de la válvula 22. Si se selecciona la línea de descarga para estar inactiva, la válvula 22 puede tener una posición completamente cerrada que bloquea totalmente la entrada del material de biomasa y el vapor en la línea 24 de descarga.
Una placa 44 con orificio puede estar situada entre la válvula 22 y la línea 24 de descarga. La placa 44 con orificio puede ser anular y tener una abertura 46 generalmente circular que permite que material de biomasa y vapor fluyan al interior de las una o más líneas 24 de descarga. La abertura 46 generalmente circular en la placa 44 con orificio puede estar dimensionada para alcanzar una restricción de velocidad de flujo deseada para el material de biomasa y el vapor que fluyen al interior de la línea 24 de descarga. Pueden estar disponibles diversas placas 44 con orificio para su colocación entre la válvula 22 y la línea 24 de descarga. Una de las placas 44 con orificio puede seleccionarse para alcanzar una restricción de flujo deseada en la entrada a la línea 24 de descarga. La placa 44 con orificio, el elemento 42 de inserción de boquilla, la válvula 22, las líneas 24 de descarga, el colector 26 de recogida-expansión y la línea 28 de recogida pueden formarse de un material, tal como un metal, material de polímero duro o material cerámico, seleccionado para resistir los productos químicos del material de biomasa, vapor y otras consideraciones del entorno.
Las figuras 4 y 5 son diagramas esquemáticos de una vista de extremo (figura 4) y una vista lateral (figura 5) del
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colector 26 de recogida-expansión. El colector 26 de recogida-expansión puede ser una placa metálica circular que tiene un anillo 52 anular exterior que sirve como brida de acoplamiento para una brida 48 coincidente en la entrada de la línea 28 de recogida. Disposiciones circulares coincidentes de orificios 50 para pernos en el anillo 52 anular exterior y la brida 48 proporcionan pasos para pernos de conexión que fijan el colector 26 de recogida-expansión a la línea 28 de recogida. En otras realizaciones de ejemplo, el colector 26 de recogida-expansión puede conectarse a la línea 28 de recogida mediante otros medios, tales como soldadura. La línea discontinua circular en la figura 4 representa el perímetro del paso a través de la línea 28 de recogida.
Los extremos 27 de salida de línea de descarga pueden conectarse a un lado del colector 26 de recogida-expansión y la entrada de la línea 28 de recogida se conecta al otro lado del colector 26 de recogida-expansión. Las líneas 24 de descarga están alineadas con orificios 50 para pernos que se extienden a través de la superficie del colector 26 de recogida-expansión. Los extremos 27 de salida de línea de descarga de las líneas 24 de descarga pueden fijarse al colector 26 de recogida-expansión soldándose al colector 26 de recogida-expansión (tal como se muestra en la figura 5), acoplándose mediante una brida en cada línea 24 de descarga que se sujeta con pernos al colector 26 de recogida-expansión, o acoplándose de alguna otra manera. Puede no haber ninguna restricción al flujo de material de biomasa y vapor a medida que fluyen a través de las líneas 24 de descarga, pasan a través del colector 26 de recogida-expansión y al interior de la línea 28 de recogida. El lado del colector 26 de recogida-expansión que se conecta a la línea 28 de recogida puede incluir rebajes que permiten la inclusión de boquillas o elementos de inserción de desgaste en la salida de cada línea 24 de descarga. Esta disposición permitirá la sustitución de la parte o partes de colector 26 de recogida-expansión desgastadas sin requerir la sustitución de todo el colector 26 de recogida-expansión.
Puede usarse una opción para una boquilla o combinación de boquillas independiente para inyectar agua o productos químicos antes, en, cerca o después del colector 26 de recogida-expansión.
La posición del colector 26 de recogida-expansión y la longitud de la línea 28 de recogida pueden seleccionarse para obtener líneas 24 de descarga relativamente cortas y de ese modo reducir el riesgo de taponamiento, bloqueo u obstrucción en las líneas debido a depósitos de biomasa y/o material residual, y para adaptarse al diseño de la planta y a los equipos existentes. Además, puede que el colector 26 de recogida-expansión pueda sustituirse para permitir cambios en el número de líneas 24 de descarga. En otras realizaciones de ejemplo, el colector 26 de recogida-expansión puede tener conexiones para líneas 24 de descarga adicionales que pueden añadirse posiblemente tras instalarse inicialmente el colector 26 de recogida-expansión.
Aunque se ha descrito la invención en relación con lo que actualmente se considera que es la realización más práctica y preferida, debe entenderse que la invención no debe limitarse a la realización dada a conocer, sino que, por el contrario, se pretende que cubra diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1.
10
15
20
2.
25
30
35
3.
40 4.
5.
45
6.
50
7.
55
8.
60
9.
65 10.
REIVINDICACIONES
Aparato para el tratamiento por explosión de vapor de material (10) de biomasa que comprende:
al menos dos líneas (24) de descarga dispuestas para extenderse desde un recipiente (20) de reactor presurizado en salidas (21) de recipiente de reactor, en el que cada una de las al menos dos líneas (24) de descarga tiene un área en sección transversal interna y en el que las líneas (24) de descarga están configuradas para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) descargado desde el recipiente (20) de reactor presurizado;
un colector (26) de recogida-expansión conectado a extremos (27) de salida de cada una de las líneas (24) de descarga;
una línea (28) de recogida que tiene una entrada (29) conectada al colector (26) de recogida-expansión, en el que la línea (28) de recogida está configurada para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) que fluyen desde las líneas (24) de descarga, y en el que la línea (28) de recogida tiene un área en sección transversal interna que es sustancialmente mayor que el área en sección transversal interna de cualquiera de las líneas (24) de descarga; y
un dispositivo (30) de separación acoplado a un extremo de salida de la línea (28) de recogida, en el que el dispositivo (30) de separación está configurado para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) desde la línea (28) de recogida.
Aparato según la reivindicación 1, que comprende además el recipiente (20) de reactor de presión, configurado para contener el material (10) de biomasa y el vapor (14); y en el que
cada una de las líneas (24) de descarga está acoplada a una salida (21) del recipiente (20) de reactor presurizado;
la línea (28) de recogida está configurada para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) que fluyen desde los extremos (27) de salida de las líneas (24) de descarga, y la línea (28) de recogida tiene un área en sección transversal interna que es sustancialmente mayor que las áreas en sección transversal internas acumulativas de las líneas (24) de descarga; y
el dispositivo (30) de separación incluye una salida de gas y una salida de material de biomasa.
Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el que una longitud de cada una de las líneas (24) de descarga es sustancialmente más corta que una longitud de la línea (28) de recogida.
Aparato según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el área en sección transversal interna de la línea (28) de recogida es al menos del doble a cuatrocientas veces el área en sección transversal interna de una cualquiera de las líneas (24) de descarga.
Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una presión en la entrada (29) de la línea (28) de recogida es sustancialmente menor que una presión en el extremo (27) de salida de cada línea (24) de descarga.
Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una válvula (22) para cada una de las líneas (24) de descarga, en el que cada válvula (22) está situada entre el recipiente (20) de reactor y una entrada de la línea (24) de descarga respectiva, y en el que cada válvula (22) tiene preferiblemente una posición de funcionamiento completamente cerrada y una completamente abierta.
Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un diámetro interno de cada una de las líneas (24) de descarga es sustancialmente uniforme a lo largo de la totalidad de cada una de las líneas (24) de descarga.
Aparato según la reivindicación 7, en el que al menos una de las líneas (24) de descarga tiene un área en sección transversal interna que es mayor o menor que un área en sección transversal interna de al menos otra línea (24) de descarga.
Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una pluralidad de líneas (28) de recogida, en el que cada línea (28) de recogida está configurada para recibir el material (10) de biomasa y el vapor (14) desde al menos una línea (24) de descarga.
Método para el tratamiento por explosión de vapor que comprende:
5
10
15
20
25
30
35
40
presurizar e infundir material (10) de biomasa con vapor (14) en un recipiente (20) de reactor presurizado que tiene una pluralidad de salidas (21) de recipiente de reactor desde las que se extienden una pluralidad de líneas (24) de descarga, para crear un material (10) de biomasa a presión e infundido;
hacer pasar el material (10) de biomasa a presión e infundido y el vapor (14) desde el recipiente (20) de reactor presurizado a través de al menos una de las salidas (21) de recipiente de reactor al interior de al menos una de las líneas (24) de descarga;
hacer pasar el material (10) de biomasa a presión e infundido desde la al menos una de las líneas (24) de descarga a través de un colector (26) de recogida-expansión conectado a extremos (27) de salida de cada una de las líneas (24) de descarga y al interior de una línea (28) de recogida;
reducir rápidamente la presión sobre el material (10) de biomasa a presión e infundido a medida que el material (10) de biomasa a presión e infundido entra en la línea (28) de recogida desde el colector (26) de recogida expansión para crear material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor; y
transportar el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor a través de la línea (28) de recogida hasta un dispositivo (30) de separación, en el que el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor se separa de gases que fluyen con el material (10) de biomasa sometido a explosión de vapor en la línea (28) de recogida.
Método según la reivindicación 10, en el que una distancia recorrida por el material (10) de biomasa a presión e infundido a través de la pluralidad de líneas (24) de descarga es sustancialmente más corta que una longitud de la línea (28) de recogida.
Método según la reivindicación 10 u 11, en el que al menos una de las líneas (24) de descarga se cierra al material (10) de biomasa a presión e infundido mediante una válvula (22) situada entre el recipiente (20) de reactor presurizado y una entrada de la al menos una de las líneas (24) de descarga mientras que al menos otra de las líneas (24) de descarga se abre a, y recibe, el material (10) de biomasa.
Método según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además abrir selectivamente al menos una de la pluralidad de líneas (24) de descarga para alcanzar una determinada velocidad de flujo combinada del material (10) de biomasa y el vapor (14) a través del colector (26) de recogida-expansión.
Método según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que al menos una de las líneas (24) de descarga o una boquilla (42) insertada próxima a una entrada de la al menos una de la pluralidad de líneas (24) de descarga define un paso de flujo que tiene un área en sección transversal interna que es sustancialmente menor que el área en sección transversal interna de al menos otra línea (24) de descarga de la pluralidad de líneas (24) de descarga.
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