ES2557492A1 - Pirolizador móvil y autotérmico - Google Patents

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Abstract

Pirolizador móvil y autotérmico. La invención se refiere a un pirolizador móvil y autotérmico que comprende una cámara vertical de pirolisis donde se produce la reacción del material a pirolizar caracterizado porque comprende una carcasa de material refractario dispuesta de manera concéntrica y separada de la cámara vertical de pirolisis, definiendo entre ambas una cámara de combustión que proporciona el calor para llevar a cabo la pirolisis sin aporte externo de energía térmica.

Description

PIROLIZADOR MOVIL Y AUTOTERMICO
D E S C R I P C I O N
5 OBJETO DE LA INVENCION
La invention se refiere a un pirolizador movil y autotermico que permite pirolizar biomasa, principalmente de origen lignocelulosico, sin aporte externo de ene^a termica para llevar a cabo la pirolisis, lo cual reduce significativamente sus costes de operation
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El objeto de la invencion es un pirolizador movil y autotermico que no requiere de instalaciones auxiliares para su funcionamiento y puede trabajar a la intemperie, ademas de que puede ser transportado facilmente a distintas locaciones sin la necesidad de construir estructuras ni proporcionar instalaciones auxiliares en la nueva ubicacion.
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La flexibilidad del sistema para ser recolocado permite llevar el reactor a zonas cercanas a la ubicacion de la materia prima, reduciendo asi los costes de transporte que resultan significativos cuando se trata de materiales de baja densidad.
20 Otra ventaja de la invencion es la facilidad de acceso a partes del equipo que requieren limpieza para mantener un funcionamiento optimo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
25 La pirolisis es un proceso termico para la descomposicion de la materia prima a tratar, que puede ser biomasa, que se calienta en ausencia de aire, oxigeno o cualquier agente reductor. Sin embargo hay sistemas que permiten la combustion de una pequena fraction de la biomasa para dar energia termica al sistema. Los productos que se obtienen por la descomposicion termica de la biomasa son gases, liquidos y solidos.
La production de biochar o carbon vegetal (dependiendo de su aplicacion) como material carbonizado proveniente de la pirolisis, ha estado presente a lo largo de la historia de la humanidad.
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Los procesos tradicionales, utilizando pozos, montlculos u hornos, por lo general implican la combustion directa de una fraccion de la biomasa como fuente de calor en el horno. Los gases y llquidos a menudo no son recolectados con los consiguientes problemas medioambientales y de salud a las personas que all! trabajen o vivan en las cercanlas.
En cuanto a procesos industriales, por ejemplo en los hornos, estos utilizan para el calentamiento la combustion de parte del material a ser carbonizado. Estos hornos trabajan por tandas y son construidos in-situ. Los ciclos de carga, carbonizado y enfriamiento duran desde unas horas hasta 20 dlas en el caso de hornos tipo Missouri de alrededor de 165 m3 de capacidad.
Existe una gran variedad de sistemas para pirolisis con tornillos helicoidales para el transporte del material por el interior del reactor y especialmente en posicion horizontal, como los recogidos en el documento EP1405895A1. Estos sistemas pueden presentar atascos especialmente si el tamano de partlcula no es de las dimensiones ideales. El pretratamiento de la materia prima para reducir su tamano, especialmente si se buscan partlculas pequenas y homogeneas, puede incrementar los costes de operation. El tamano de partlcula tambien es de relevancia cuando se trata de sistemas de lecho fluidizado, como el descrito en el documento US7943014B2 ya que la corriente fluidizante debe ser capaz de mover el material a tratar.
El sistema anterior presenta dependencia energetica para mantener las condiciones de pirolisis, requiriendo de combustibles fosiles.
En la patente US6048374 se describe un sistema autotermico para la pirolisis de biomasa. Dicho sistema es un reactor en posicion vertical con varias secciones claramente diferenciadas. El material entra por la parte superior y es conducido a un estrechamiento del reactor por medio de un tornillo helicoidal conico. En la parte estrecha del reactor se lleva a cabo la pirolisis o gasification. Dicha zona de estrechamiento es calentada mediante el contacto directo con la camara de combustion que la rodea. El material carbonizado es evacuado de la zona de reaction y quemado en la camara de combustion para dar energla al sistema.
En la patente EP1970424 se describe un aparato autotermico y un metodo para la pirolisis de biomasa, en el cual la combustion de los gases se lleva a cabo en una camara de
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combustion externa y los gases de combustion son utilizados para el calentamiento indirecto del material en el interior del reactor.
Entre los sistemas autotermicos y portatiles, la patente US7943014B2 divulga un sistema de pirolisis movil para residuos biomasicos de agricultura. Este sistema busca la maximizacion de llquidos y trabaja con lecho fluidizado. La energla termica del proceso es proporcionada por la combustion de los gases no condensables que se producen durante la pirolisis.
Al ser un sistema de lecho fluidizado, es necesario llevar a cabo un estricto control del tamano de partlcula alimentada, del tiempo de residencia del material, de la limpieza de corriente de gas-vapor para separar el llquido buscado del gas y de los finos suspendidos.
El pirolizador movil y autotermico de la presente invention solventa todos los inconvenientes anteriores mediante un diseno simple, robusto y autosuficiente termicamente. El diseno y la simplicidad del sistema permiten la reduction de costes de operation al aceptar materiales casi sin pre tratamiento, ademas de que es facil trasladarlo a distintas ubicaciones sin la necesidad de instalaciones auxiliares para su funcionamiento.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un pirolizador movil y autotermico que comprende una camara vertical de pirolisis donde se produce la reaction del material a pirolizar y una carcasa de material refractario dispuesta de manera concentrica y separada de la camara vertical de pirolisis, definiendo entre ambas una camara de combustion que proporciona el calor para llevar a cabo la pirolisis debido al calor trasmitido por las paredes de la camara vertical de pirolisis al material a pirolizar dispuesto en su interior.
La camara vertical de pirolisis no presenta ninguna entrada de aire para que no se produzca una gasification o combustion. En el pirolizador, el material ya carbonizado a la salida de la camara vertical de pirolisis no se emplea para el aporte de energla sino que la energla se obtiene de la quema de los gases y vapores condensables en la camara de combustion, conservando as! el residuo ya carbonizado para otros usos.
El pirolizador comprende unos medios de alimentation del material a pirolizar para su introduction en la camara vertical de pirolisis y unos medios estancos de descarga del
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material carbonizado o ya pirolizado que lo trasladan a un contenedor cerrado libre de aire donde se dispone el material ya carbonizado para su enfriamiento, evitando su autoignicion.
La camara vertical de pirolisis comprende unos orificios de salida de los gases de pirolisis, preferentemente dos orificios opuestos diametralmente dispuestos en su parte superior y unos tubos fijados a una pared externa de la camara vertical de pirolisis comunicados con los orificios de salida de los gases de pirolisis, donde los tubos se encuentran abiertos por su extremo inferior para dirigir los gases de pirolisis a la parte baja de la camara de combustion donde se mezclan con aire proveniente de una entrada de aire y son quemados aportando calor al sistema.
El pirolizador comprende un quemador de gas que permite llevar a cabo el calentamiento inicial de la camara vertical de pirolisis ademas de para que se produzcan los primeros gases de pirolisis y lograr su combustion. El proceso una vez alcanzado este punto opera en forma autotermica, es decir el gas externo ya no es necesario.
El pirolizador comprende un ventilador centrlfugo que permite extraer los gases calientes de la combustion de la camara de combustion y dirigirlos a una chimenea de salida.
Los gases de combustion en su camino a la chimenea de salida se utilizan para precalentar el material a pirolizar antes de ser alimentado a la camara vertical de pirolisis a traves de un conducto que rodea el tubo de alimentacion.
El pirolizador comprende unas sondas de temperatura que permiten monitorizar la temperatura en diferentes partes del mismo, ademas de un sistema de control automatico para variar los tiempos de alimentacion de material a pirolizar y de extraction del material ya carbonizado.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra una vista en alzado del pirolizador movil y autotermico de la presente invencion.
La figura 2 muestra una vista en planta de la camara vertical de pirolisis del pirolizador movil y autotermico de la presente invention.
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REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A continuation se describe de manera detallada el pirolizador movil y autotermico de la presente invention.
El pirolizador comprende una camara vertical (1) de pirolisis de section interna variable, preferentemente troncoconica para evitar atascos, donde se produce la reaction, que es alimentada por su parte superior mediante unos medios de alimentation (12, 13, 2, 21).
Estos medios de alimentation (12, 13, 2, 21) comprenden un elevador de cangilones (12) que recibe el material a pirolizar, preferentemente biomasa, de una cinta transportadora (13) que tambien hace la funcion previa de deposito de material a pirolizar, y un tubo de alimentation (2) que comprende un primer tornillo sinfln (21) que alimenta la camara vertical (1) de pirolisis. El material a pirolizar se mueve a lo largo de la camara vertical (1) de pirolisis por efecto de la gravedad.
El pirolizador comprende ademas unos medios estancos de descarga (3, 31) que comprenden un tubo de descarga (3) que a su vez comprende un segundo tornillo sinfln (31), donde la parte inferior de la camara vertical (1) de pirolisis se encuentra comunicada con el segundo tubo horizontal (3), donde el segundo tornillo sinfln (31) retira el material ya pirolizado o carbonizado del interior de la camara vertical (1) de pirolisis.
De manera concentrica a la camara vertical (1) de pirolisis y separada de esta, el pirolizador comprende una carcasa (5) de material refractario, preferentemente hormigon, definiendo entre la camara vertical (1) de pirolisis y la carcasa (5) de material refractario una camara de combustion (6) que proporciona el calor para llevar a cabo la pirolisis. El calor es trasmitido por las paredes de la camara vertical (1) de pirolisis al material dispuesto en su interior. La camara de combustion (6) comprende un orificio (22) de entrada de aire.
El pirolizador comprende un contenedor cerrado (4) libre de aire donde se dispone el material ya carbonizado a la salida del segundo tornillo sinfln (31) para su enfriamiento, a la vez que se evita su autoignicion. El contenedor cerrado (4) comprende unos sistemas manuales para la distribution del material ya carbonizado en su interior, preferentemente unas aspas interiores accionables mediante unas manivelas exteriores (no mostradas).
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La camara vertical (1) de pirolisis comprende unos orificios de salida de los gases de pirolisis, preferentemente dos orificios opuestos diametralmente dispuestos en su parte superior y unos tubos (7) fijados a la pared externa de la camara vertical (1) de pirolisis comunicados con los orificios de salida de los gases de pirolisis, donde los tubos se encuentran abiertos por su extremo inferior para dirigir los gases de pirolisis a la parte baja de la camara de combustion (6) donde se mezclan con el aire y son quemados dando calor al sistema, tal y como se observa en la Figura 2. Estos tubos (7) fijados a la pared externa de la camara vertical (1) de pirolisis se mantienen a la misma temperatura que la camara de combustion (6) con el fin de evitar condensaciones. Enb el pirolizador de la presente invention, unicamente los gases y vapores condensables son quemados en la camara de combustion (6).
El pirolizador comprende un quemador de gas (8) que permite llevar a cabo el calentamiento inicial de la camara vertical (1) de pirolisis, ademas de para que se produzcan los primeros gases de pirolisis y lograr su combustion. El proceso una vez alcanzado este punto opera en forma auto-termica, es decir el gas externo ya no es necesario quedando desactivado el quemador de gas (8).
El pirolizador comprende un ventilador centrlfugo (9) que permite extraer los gases calientes de la combustion de la camara de combustion (6) y dirigirlos a una chimenea de salida (10).
Los gases de combustion en su camino a la chimenea de salida (10) se utilizan para precalentar el material a pirolizar antes de ser alimentado a la camara vertical (1) de pirolisis a traves de un conducto (23) dispuesto en la aspiration del ventilador centrlfugo (9) que previamente rodea el tubo de alimentation (2).
El pirolizador comprende unas sondas de temperatura (11) que permiten monitorizar la temperatura en diferentes partes del mismo, ademas de un sistema de control automatico para variar los tiempos de alimentacion de material a pirolizar y de extraction del material ya carbonizado.
El pirolizador comprende ademas un generador electrico diesel integrado. Alternativamente, el pirolizador comprende intercambiadores de calor en la zona de la camara vertical (1) de pirolisis y en la conduction del material ya carbonizado a traves del tubo de descarga (3) al contenedor cerrado (4) donde se enfrla.
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El pirolizador comprende un quemador secundario (termino en ingles utilizado para describirlo “afterburner”) dispuesto a la salida de la chimenea de salida (10) para controlar los gases de priolisis en caso de que estos sobrepasen las necesidades energeticas y mantener un control sobre las emisiones a la atmosfera.
Dicho quemador secundario (no mostrado) comprende un intercambiador de calor para aprovechar el calor de combustion de los gases de pirolisis.
EJEMPLO
Los datos que a continuation se presentan son resultados experimentales utilizando como material a pirolizar biomasa residual proveniente del arranque de plantas de vid viejas o enfermas con una baja production de uva.
Una de las ventajas del pirolizador movil y autotermico de la presente invention es que puede tratar el material practicamente tal cual ha sido arrancado de la tierra. El material no requiere de complicados pretratamientos siendo asl heterogeneo en tamano de partlcula, abarcando desde material fino hasta trozos de aproximadamente 15 cm de longitud y hasta 5 cm de diametro aproximadamente. La densidad aparente del material fue de 256 kg/m3.
Como se ha descrito, el equipo utiliza gas propano para alcanzar la temperatura de trabajo. Para llegar a 790°C en la camara de combustion, iniciando el calentamiento desde una de temperatura de 17 °C, se requieren 19,65 kg de gas propano y aproximadamente 4 horas.
La alimentation del material a pirolizar se inicia antes de alcanzar la temperatura objetivo en la camara de combustion. De esta manera el material inicia la descomposicion termica liberando gases que son quemados en la camara de combustion. Alrededor de 10 minutos despues de haber iniciado la alimentacion de material, el suministro de gas propano se detiene y a partir de ese momento el pirolizador se encuentra trabajando en modo autotermico.
La combustion de los gases de pirolisis se mantiene por la alta temperatura en la camara de combustion y por la continuidad en la degradation termica del material en la camara de pirolisis, proporcionando un flujo constante de gas de pirolisis.
La temperatura promedio de la camara de combustion y de la camara de pirolisis es 753°C y 709°C respectivamente.
Se alcanzo un flujo medio de material alimentado de 55 kg/h. Este flujo de material cambiara 5 dependiendo del tipo de material a tratar y sus caracterlsticas flsicas tales como tamano de partlcula y densidad aparente entre otros.
En las condiciones de trabajo descritas el rendimiento del material carbonizado o biochar es del 26,67%.
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La temperatura media de los gases de combustion a la salida de la chimenea es de 312°C.

Claims (11)

  1. R E I V I N D I C A C I O N E S
    1. - Pirolizador movil y autotermico que comprende una camara vertical (1) de pirolisis donde se produce la reaccion del material a pirolizar caracterizado por que comprende una
    5 carcasa (5) de material refractario dispuesta de manera concentrica y separada de la camara vertical (1) de pirolisis, definiendo entre ambas una camara de combustion (6) que proporciona el calor para llevar a cabo la pirolisis.
  2. 2. - Pirolizador movil y autotermico segun reivindicacion 1 caracterizado por que comprende 10 unos medios de alimentacion (12, 13, 2, 21) del material a pirolizar para su introduction en la
    camara vertical (1) de pirolisis.
  3. 3. - Pirolizador movil y autotermico segun reivindicacion 2 caracterizado por que los medios de alimentacion (12, 13, 2, 21) comprenden un elevador de cangilones (12) que recibe el
    15 material a pirolizar de una cinta transportadora (13), y un tubo de alimentacion (2) que comprende un primer tornillo sinfln (21) que alimenta la camara vertical (1) de pirolisis.
  4. 4. - Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende unos medios estancos de descarga (3, 31) del material
    20 carbonizado o ya pirolizado y un contenedor cerrado (4) en atmosfera de vaclo donde se dispone el material ya carbonizado para su enfriamiento proveniente de los unos medios estancos de descarga (3, 31).
  5. 5. - Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 25 caracterizado por que la camara vertical (1) de pirolisis comprende unos orificios de salida de
    los gases de pirolisis y unos tubos (7) fijados a una pared externa de la camara vertical (1) de pirolisis comunicados con los orificios de salida de los gases de pirolisis, donde los tubos (7) se encuentran abiertos por su extremo inferior donde se encuentra un orificio (22) de entrada de aire a la camara de combustion (6).
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  6. 6. - Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la camara vertical (1) de pirolisis comprende un quemador de gas (8).
  7. 7.- Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un ventilador centrifugo (9) que extrae los gases calientes de la combustion de la camara de combustion (6) y los dirige a una chimenea de salida (10).
    5 8.- Pirolizador movil y autotermico segun revindication 7 caracterizado por que
    comprende un conducto (23) dispuesto en la aspiration del ventilador centrifugo (9) que previamente rodea el tubo de alimentation (2) de los medios de alimentation (12, 13, 2, 21) para precalentar el material a pirolizar antes de ser alimentado a la camara vertical (1) de pirolisis.
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  8. 9. - Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende ademas un generador electrico diesel integrado.
  9. 10. - Pirolizador movil y autotermico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8
    15 caracterizado por que comprende unos intercambiadores de calor en la zona de la camara
    vertical (1) de pirolisis y en el tubo de descarga (3) al contenedor cerrado (4).
  10. 11. - Pirolizador movil y autotermico segun reivindicacion 7 caracterizado por que
    comprende un quemador secundario dispuesto a la salida de la chimenea de salida (10).
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  11. 12. - Pirolizador movil y autotermico segun reivindicacion 10 caracterizado por que el quemador secundario comprende un intercambiador de calor.
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