ES2611602T3 - Aparato y procedimiento de tratamiento de residuos - Google Patents

Abstract

Un aparato para tratar continuamente material de residuo sólido, que comprende; un recipiente (30) no presurizado con una entrada (32) para introducir material de residuo a una velocidad predeterminada de modo que, durante el funcionamiento, el material de residuo solo llene el recipiente no presurizado (30) hasta un nivel conocido, una salida (33) para el material de residuo tratado, y una pluralidad de entradas (38) de vapor fijadas al recipiente (30) no presurizado para inyectar selectivamente vapor en el interior de dicho recipiente (30) no presurizado, comprendiendo el interior del recipiente (30) no presurizado una primera zona y una segunda zona en las que, durante su uso, la primera zona está principalmente llena de material de residuo y la segunda zona está esencialmente vacía de material de residuo, en el que un accionamiento está dispuesto para girar el recipiente (30) no presurizado y por lo tanto, durante el funcionamiento, mover las entradas (38) de vapor entre la primera zona y la segunda zona, de tal manera que solamente algunas de las entradas (38) de vapor se encuentren en dicha primera zona en cualquier momento, y el aparato comprende además un medio (36) de control de vapor que comprende una válvula de distribución para dirigir vapor desde un generador de vapor hasta una entrada de vapor, comprendiendo dicha válvula de distribución un cuerpo de válvula que tiene una abertura de entrada (52) fluidamente conectable al generador de vapor y una pluralidad de aberturas de salida (54) fluidamente conectables a la entrada de vapor, en el que la válvula de distribución está dispuesta de manera que en cualquier momento al menos una de las aberturas de salida (54) esté fluidamente desconectada de la abertura de entrada (52) y en el que, durante su uso, el vapor solo se suministre a las entradas de vapor (38) en la primera zona, caracterizado porque el aparato incluye adicionalmente medios de calentamiento para calentar y/o mantener la temperatura del interior del recipiente (30) no presurizado a una temperatura de 150 °C a 200 °C, consistiendo los medios de calentamiento en medios para calentar aire y medios para insuflar dicho aire caliente en el recipiente (30) no presurizado.

Description

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DESCRIPCION

Aparato y procedimiento de tratamiento de residuos

La presente invencion se refiere al reciclaje de material de residuo y mas particularmente al reciclaje de residuos domesticos urbanos.

Hay varias maneras de tratar los residuos domesticos urbanos, tambien conocidos como residuos solidos urbanos, pero los dos procedimientos mas comunes son por vertedero o por incineracion. Ambos procedimientos llevan asociados problemas inherentes. Cuando se utilizan los vertederos, los residuos son enterrados sin clasificar. Se ocupa un espacio valioso y el terreno queda inservible durante muchos anos. Ademas, los efluentes toxicos pueden filtrarse en el terreno. Adicionalmente, los lugares adecuados para vertederos resultan cada vez mas diffciles de encontrar.

En lo que se refiere a la incineracion, esta requiere normalmente que los residuos sean clasificados en residuos combustibles y no combustibles, siendo los residuos incombustibles enviados a un vertedero y los residuos combustibles quemados. Sin embargo, la quema de residuos por lo general genera emisiones de azufre y requiere chimeneas altas y antiesteticas. Ademas, los incineradores no son eficientes debido a que requieren altas aportaciones de energfa.

Mas recientemente, se han hecho propuestas para deshacerse de los residuos urbanos utilizando un autoclave que se carga con el material de residuo a tratar y se alimenta con vapor procedente de un acumulador de vapor. Un ejemplo de esto esta descrito en el documento US-A-5.190.226 en el que se procesa material de residuo solido a una presion de 4 bar. Aunque estas propuestas son una solucion mas ecologica que los dos procedimientos comunes anteriores que se han descrito, resultan ineficientes porque son procesos por lotes. Un proceso continuo ha sido desarrollado, por ejemplo, en el documento US-A-6.752.337, pero se propone un equipo especial con el fin de mantener una unidad de tratamiento con vapor a alta presion que es a la vez costoso y peligroso. Otro aparato de la tecnica anterior esta descrito en el documento US 5.556.445.

El documento WO 2006/056768 A2 desvela un ejemplo de tratamiento de residuos que comprende un autoclave. El autoclave comprende un recipiente a presion que tiene una primera parte de boca para recibir material de residuo y una segunda parte de boca para descargar material tratado. El autoclave es rotativo sobre un eje longitudinal para agitar el material de residuo durante el tratamiento y para descargar el material de residuo desde el autoclave.

La presente invencion busca proporcionar una solucion para reciclar residuos domesticos municipales que sea a la vez eficiente en cuanto a energfa y respetuoso con el medio ambiente. La planta de proceso es de diseno modular y tomara residuos sin clasificar y los tratara termicamente utilizando un proceso continuo por vapor. Preferentemente, el sistema tambien aborda el problema del olor generado por la planta.

Segun la presente invencion, se proporciona un aparato para el tratamiento de material de residuo solido segun se define en la reivindicacion adjunta 1. Este aparato introduce ventajosamente vapor en el material de residuo para impartir la energfa necesaria para permitir el proceso de descomposicion, en particular de los materiales organicos contenidos en los residuos, de modo que los residuos sean tratados de manera eficiente.

Es ventajoso que el proceso de reciclaje sea un proceso continuo, que es mas facil de lograr cuando el recipiente es un recipiente alargado con la entrada por un extremo y la salida por el otro extremo. El accionamiento esta dispuesto para hacer girar el recipiente y asf transportar el material a lo largo del recipiente, mezclando a la vez el material de residuo para asegurar que sea tratado en su totalidad.

Normalmente, las entradas de vapor se proporcionan mediante tubenas de vapor. Las entradas de vapor estan fijas con respecto al interior del recipiente. Las entradas de vapor estan dispuestas para inyectar vapor a una temperatura de 150 °C a 200 °C, y asf proporcionar una gran cantidad de energfa cinetica y termica directamente en el material de residuo.

Se proporcionan medios de calentamiento para calentar y/o mantener el interior a una temperatura de 150 °C a 200 °C, ya que esta es una manera sencilla de llevar el material de residuo a una temperatura a la que se logre el proceso de descomposicion dentro de un periodo de tiempo razonable. Los medios de calentamiento se componen de medios para calentar aire y medios para insuflar dicho aire caliente en el recipiente no presurizado.

Como se describe en el presente documento, se proporcionan medios de calentamiento en forma de una camisa calentada por vapor. Esta es una tecnica particularmente ventajosa ya que es muy facil hacer controlable el calentamiento, evitar puntos calientes en el recipiente y conseguir eficiencia de combustible. En este caso, el recipiente puede estar dividido en una serie de secciones. La entrada de calor a cada seccion puede ser regulable, por ejemplo, para que el material de cada zona pueda ser llevado o mantenido a una temperatura deseada. Por ejemplo, se requerira mayor entrada de calor cerca de la entrada de residuos, ya que es necesario llevar los residuos relativamente fnos hasta la temperatura de proceso lo mas rapido posible. La zona mas proxima a la salida puede ser controlada para secar parcialmente el material de residuo.

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El procedimiento tiene la ventaja de no necesitar presion. Esto ofrece grandes ahorros de costos y aumenta la seguridad en comparacion con los sistemas a presion.

El material de residuo tratado comprende preferentemente una biomasa que contiene material de celulosa y que contiene menos de 1 % de azufre. La biomasa es util en un gran numero de formas, proporcionando beneficios clave del presente sistema. Normalmente, se proporciona una camara de clasificacion en la que el material de residuo tratado se separa en plasticos, metales ferrosos, metales no ferrosos y biomasa de material de celulosa. A continuacion se trasfiere la biomasa a un motor hiperbarico o una pila de combustible o a una unidad de conversion para convertir la biomasa en biodiesel, un alcohol organico tal como bioetanol o biobutanol, o un combustible de aviacion. El biocombustible puede ser utilizado para alimentar uno o varios generadores para producir energfa electrica o puede ser utilizado para alimentar otros motores (por ejemplo, motores aeronauticos) u otros generadores.

Como se describe en el presente documento, se proporciona una valvula de distribucion, para dirigir el vapor procedente de un generador de vapor o una caldera hasta una entrada de vapor, que comprende un cuerpo de valvula que tiene una abertura de entrada que se puede conectar fluidamente al generador de vapor y una pluralidad de aberturas de salida que se pueden conectar fluidamente a la entrada de vapor, cuya valvula esta dispuesta de manera que en cualquier momento al menos una de las aberturas de salida este desconectada fluidamente de la abertura de entrada. Este componente permite que el vapor se dirija a la tubena de vapor del canal deseado de una manera sencilla y robusta. Normalmente, la abertura de entrada esta dispuesta para ser conectada fluidamente a una sola abertura de salida a la vez, ya que normalmente solo habra a la vez una tubena de vapor dentro del material de residuo. Por supuesto, esto puede variar dependiendo de la instalacion.

La valvula de distribucion puede tener la abertura de entrada en conexion flrndica con un extremo de un elemento tubular de valvula alojado en un cuerpo de valvula en el que las aberturas de salida estan espaciadas alrededor de la circunferencia del cuerpo de valvula para que sean individualmente conectadas fluidamente al elemento de valvula por la rotacion del mismo en el cuerpo de valvula. De este modo la valvula de distribucion proporciona una manera elegante de poner en practica los medios de control de vapor de acuerdo con la primera realizacion de la invencion.

La valvula de distribucion descrita en el presente documento puede tener preferentemente la abertura de entrada en un colector de entrada con una conexion flrndica que se extiende en una direccion axial a traves de una camara de valvula rotativa hasta el cuerpo de valvula. Preferentemente, la camara de valvula rotativa tiene una alimentacion de vapor para suministrar vapor a una camisa de calentamiento y un retorno de condensado para recibir el condensado desde la camisa de calentamiento, y la alimentacion de vapor esta conectada fluidamente a una lmea de vapor en el colector de entrada y el retorno de condensado esta conectado fluidamente a una lmea de retorno en el colector de entrada. Esto proporciona una forma sencilla de conectar el suministro de vapor a la camisa de calentamiento con la camara de valvula rotativa que gira con el recipiente mientras que el resto de la valvula se mantiene estacionario.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un procedimiento para tratar material de residuo segun se define en la adjunta reivindicacion 3. De este modo se descompone el material de residuo en muchos productos utiles de una manera comercialmente eficiente y ambientalmente correcta. El procedimiento es un procedimiento continuo. El material de residuo puede ser introducido por la entrada del recipiente y el material de residuo tratado puede ser extrafdo por la salida del recipiente.

El procedimiento se lleva a cabo utilizando el aparato de la invencion. El material de residuo tratado comprendera ventajosamente una biomasa de celulosa, plasticos, metales ferrosos y metales no ferrosos. La biomasa formada por el procedimiento es particularmente ventajosa, ya que es adecuada para ser tratada adicionalmente para formar: biodiesel, combustible para una pila de combustible, bioalcohol, por ejemplo bioetanol, un combustible fosil sustituto, o un combustible de aviacion, posiblemente mezclado con bioalcohol.

Para que se entienda mas facilmente la presente invencion, se describiran realizaciones de la misma a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Fig. 1 muestra una representacion esquematica de la planta de proceso de acuerdo con la presente invencion;

La Fig. 2 es un diagrama de flujo del proceso basico utilizado por la presente invencion;

La Fig. 3 es un diagrama esquematico de una primera unidad de tratamiento por vapor utilizada en la presente invencion;

La Fig. 4 es un diagrama esquematico que representa la produccion de etanol a partir del sistema de acuerdo con la presente invencion;

La Fig. 5 es un diagrama esquematico que representa la produccion de biodiesel a partir del sistema de acuerdo con la presente invencion;

La Fig. 6 es un diagrama de una valvula de distribucion como la descrita en el presente documento;

La Fig. 7 es un diagrama esquematico de una unidad de tratamiento por vapor utilizada en la presente invencion;

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La Fig. 8 muestra una segunda valvula de distribucion, como la descrita en el presente documento, en unas

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vistas en planta (Fig. 8A) y en perspectiva (Fig. 8B).

Refiriendose a la Figura 1, se muestra esquematicamente la planta de proceso preferida de acuerdo con la presente invencion. Los vetuculos de la basura traen residuos domesticos urbanos a un sitio A de transferencia en donde los residuos en bruto, sin clasificar, son introducidos continuamente, a traves de una unidad B de trituracion mecanica, en una unidad C de tratamiento por vapor. En la Figura 1 hay dos unidades de tratamiento por vapor que funcionan en paralelo, cada una con su propia tolva para almacenar los residuos triturados antes de introducirlos en la unidad. Por el termino "en bruto" se quiere indicar que no se anade a los residuos ninguna materia adicional, tal como productos qmmicos y/o agua, antes de introducirlos en la(s) unidad(es) de tratamiento por vapor.

La unidad C de tratamiento por vapor es operada de tal manera que los residuos se tratan durante aproximadamente 45 a 60 minutos y a continuacion, en una etapa E de separacion, se separan los residuos tratados en diferentes categonas, como biomasa o celulosa cruda, plasticos, metales ferrosos, metales no ferrosos, textiles y otros residuos y materiales. Las tecnicas y variaciones para separar la salida mezclada de la unidad C de tratamiento por vapor son bien conocidas para los expertos en la tecnica. Utilizando estas tecnicas, menos del 10 % en volumen de los residuos iniciales es enviado realmente al vertedero y los otros residuos clasificados pueden ser reciclados. Hay una reduccion de hasta el 60 % en el volumen de residuos. La biomasa cruda y los plasticos reciben un tratamiento adicional indicado por las unidades G y H y/o pueden ser almacenados, secados y luego enviados a una unidad convertidora de gas (un gasificador - no representado), o tratados para introducirlos en una pila de combustible (no representada) que puede ser utilizada para generar electricidad. Tambien se puede tratar la biomasa para formar combustible para un motor hiperbarico (no representado) o enviarla a N para utilizarla en la produccion de biocombustible, por ejemplo, bioetanol, biobutanol o biodiesel, segun se describe con mayor detalle a continuacion. El biocombustible se puede utilizar como combustible de un generador electrico, si se desea. Si todo el combustible producido a pleno funcionamiento por una planta como la representada en la Figura 1 se utilizara de este ultimo modo, los generadores producinan entre 6 MW y 20 MW de electricidad. Las Figs. 4 y 5 muestran un tratamiento alternativo del material de celulosa o parte del mismo. Los otros materiales se almacenan en F segun se indica. El material plastico clasificado procedente de la unidad P puede ser dirigido a una unidad J de recuperacion de plastico.

Por su propia naturaleza, el material de residuo producira olores desagradables tanto a la entrada como a la salida de la unidad C de tratamiento por vapor. Por esta razon, se propone extraer el aire de la unidad de tratamiento por vapory tratarlo con un proceso de eliminacion de olores, segun se indica por D en la Figura 1, tal como el descrito en la solicitud internacional No. PCT/GB2006/000888, en la que el aire es tratado por ozono generado mediante luz ultravioleta. Una caractenstica de esta tecnica es que si se genera suficiente ozono y se mantiene en contacto con el aire a tratar durante un penodo de tiempo suficiente, se logran reducciones sustanciales de olor. Esto requiere, sin embargo, proporcionar luz ultravioleta adicional a una longitud de onda diferente de la utilizada para crear el ozono con el fin de asegurar que ningun ozono activo este presente en el aire descargado a la atmosfera por el proceso. La unidad C de tratamiento por vapor no esta sellada para la contencion de presion, pero normalmente se utilizaran pantallas o cortinas para que los gases y el vapor puedan salir de la unidad C de tratamiento por vapor a traves de los caminos deseados.

Con referencia a la Fig. 2, el vapor es generado en una disposicion de caldera 10 que proporciona vapor a una presion elevada, normalmente entre 12 y 15 bar, y en la realizacion ilustrada 14 bar, y a una temperatura preferida de entre 190 °C y 200 °C, que es introducido en una seccion 12 de tratamiento por vapor que puede incluir una o mas unidades individuales que operan en paralelo. Los residuos procedentes de la zona de recepcion y alimentacion representada por el bloque B son introducidos en la planta de tratamiento por vapor a la temperatura y la presion que se indican a continuacion. Los residuos tratados son despues transportados a un clasificador E.

Ademas, cualquier vapor que se escape de la unidad de tratamiento por vapor es capturado por un sistema de conductos 16 y enviado a una unidad 17 de tratamiento de olores donde es tratado segun se ha descrito anteriormente antes de ser venteado a la atmosfera.

Con referencia ahora a la Fig. 3, se muestra con mas detalle una forma de la unidad C de tratamiento por vapor de la planta. Comprende un recipiente alargado 30 que esta provisto de una disposicion de cinta transportadora 31 para desplazar el material de residuo desde una entrada 32 hasta una salida 33. La entrada 32 esta representada en la Fig. 3 como un dispositivo de tipo tolva, aunque tambien podna usarse una cinta transportadora vibratoria como se muestra en la Fig. 7, u otro dispositivo.

La disposicion preferida del recipiente 30 es convertirlo en un transportador de tipo tambor rotativo cuya superficie interna esta equipada con uno o mas alabes helicoidales continuos. El tiempo durante el cual se trata el material de residuo es, por supuesto, funcion de la velocidad rotacional del transportador y de la longitud del transportador y estas se ajustan de manera que los residuos sean tratados durante aproximadamente 45 a 60 minutos.

El interior del recipiente se mantiene a una temperatura de entre 150 °C y 200 °C, de preferencia con una temperatura inferior de 160 °C e, independientemente, una temperatura superior de 180 °C. A temperaturas inferiores a 150 °C la velocidad de conversion para la descomposicion del material de residuo es muy lenta y sena necesario mantener los residuos en el recipiente 30 durante un penodo de tiempo que sena comercialmente

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inaceptable. A la temperatura de 200 °C, los materiales plasticos de los residuos probablemente empezanan a descomponerse, por ejemplo por pirolisis, lo que genera gases toxicos y otros compuestos toxicos que complicanan en gran medida el tratamiento y por eso es importante evitar o minimizar la generacion de tal material toxico.

Los residuos se tratan mediante el uso de vapor inyectado en el recipiente 30 por medio de unos tubos 35. El vapor inyectado esta preferentemente a 150 °C -180 °C, pero puede estar a una temperatura de hasta 200 °C. El vapor se inyecta en el material de residuo de la camara 30 a una presion comprendida entre 5 y 12 bar, de preferencia 10 bar. El vapor se dirige unicamente al interior del material de residuo. A las presiones y temperaturas utilizadas en el proceso, el vapor proporciona una cantidad de energfa cinetica relativamente alta que se transfiere eficientemente al material de residuo cuando el vapor es inyectado en su interior. El vapor inyectado descompone por lo tanto eficientemente los materiales de residuo. En particular, el vapor inyectado procesa eficientemente el material organico de los residuos de modo que se convierta en una biomasa de material de celulosa que contiene poco o nada de azufre.

Ademas de la entrada y salida 32, 33, la camara 30 o tambor puede disponer de una tolva inferior para la recogida y extraccion de cualquier material del fondo resultante del tratamiento por vapor. Ademas, puede proporcionarse un venteo de gas para la eliminacion de los gases resultantes del proceso. Estos gases se pueden limpiar y separar para poder utilizar hidrocarburos utiles en otras partes de la planta y/o extraer de los mismos cualquier energfa calonfica y reintroducirla en el proceso.

Cuando la planta de procesamiento general se utiliza para los residuos generales, puede ser necesario pre-proceso de los residuos para que sea mas uniforme en tamano por medio de un proceso de trituracion antes de la alimentacion a la entrada de la unidad. Esto asegurara que no haya obstrucciones en la entrada de la unidad de tratamiento y proporcionar un producto mas consistente. Sin embargo, para la invencion, solo es necesario que el material este en piezas, es decir, forma de partfculas.

Se describira ahora con mas detalle la construccion de una unidad C de tratamiento por vapor (Fig. 1) con referencia a la Figura 3. La unidad C de tratamiento por vapor comprende un tambor giratorio 30 montado horizontalmente sobre unos rodillos 35 y dispuesto para ser accionado por una cadena (no mostrada) arrastrada por un motor 34. El tambor 30 tiene un area de seccion transversal uniforme en toda su longitud y esta provisto en su superficie interna de un numero de alabes espaciados. Los alabes se pueden formar a partir de un solo elemento de tornillo helicoidal continuo o de una serie de alabes parcialmente helicoidales que se extiendan en una configuracion helicoidal sustancialmente a lo largo de la longitud del tambor 31. Si es necesario, pueden proporcionarse unos alabes dispuestos axialmente entre las vueltas de las secciones helicoidales con el fin de promover la elevacion y el volteo del material cuando esta cargado en el recipiente.

El vapor es introducido en el recipiente 30 por una pluralidad de tubos 38 que se extienden a lo largo de la longitud del recipiente, en este caso estos estan dispuestos sobre las superficies internas del recipiente 30 y tienen unas aberturas centralizadas en cada centro del paso. Un extremo de cada tubo 38 esta cerrado y el otro extremo esta unido a la valvula de distribucion 36. La valvula de distribucion 36 esta situada en el eje central del recipiente. La valvula 36 esta conectada fluidamente a una tubena de suministro procedente de una fuente de vapor. La valvula de distribucion 36 esta representada con detalle en la Fig. 6. La valvula de distribucion 36 comprende una entrada 52 de la valvula, situada en la carcasa 50 de la valvula, a traves de la cual entra el vapor desde la caldera 10 de vapor. La carcasa 50 de la valvula tambien tiene 3 salidas 54 de la valvula, cada una conectada a una respectiva tubena 38 de vapor. La valvula de distribucion 36 puede simplemente conectar fluidamente el suministro de vapor a cada una de las tubenas 38 de vapor. Sin embargo, se prefiere que la valvula 36 suministre vapor a cada tubo 38 de vapor por turno a medida que el recipiente 30 gira. Como se explica con mas detalle a continuacion, el recipiente 30 es alimentado con residuos a una velocidad predeterminada de modo que los residuos solo llenen el recipiente hasta un nivel conocido. Este nivel separa el recipiente 30 en dos zonas, la primera zona principalmente llena de material de residuo, la segunda zona casi totalmente vacfa de residuos. Cada tubo 38 de vapor esta fijado al recipiente 30 y por lo tanto se mueve entre las dos zonas cuando gira el recipiente 30. La valvula 36 tiene unas bocas internas dentro de la carcasa 50 conectadas flrndica e individualmente a cada una de las salidas 54 de vapor de modo que solo el tubo o tubos 38 de vapor de la primera zona esten conectados al suministro de vapor en un momento dado. De esta manera el vapor solo se inyecta en el material de residuo.

El extremo del recipiente se encuentra dentro de una cubierta que sirve para contener el vapor dentro del recipiente y tambien sirve como salida para los residuos tratados.

Cuando el recipiente 30 gira, en funcionamiento, a 1-2 rpm, el vapor es inyectado en el material cuando este cubre uno de los tubos 38 como se describe con mas detalle anteriormente.

El interior del recipiente 30 se calentara de 150 °C a 200 °C, preferentemente un a valor inferior de 160 °C e independientemente a un valor superior de 180 °C por un medio de calentamiento. El calentamiento se lleva a cabo insuflando aire caliente en la camara.

La Fig. 7 muestra una version preferida de la unidad C de tratamiento por vapor de la planta. La unidad C de tratamiento por vapor es generalmente similar a la unidad C de tratamiento por vapor que se muestra en la Fig. 3 y

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se utilizan los mismos numeros de referencia para designar las partes de la unidad que sean iguales.

Los residuos son introducidos en el recipiente 130 sobre un transportador vibratorio 132. El transportador vibra con el fin de evitar que el material de residuo se aglomere. El transportador vibrante es alimentado con material de residuo por un transportador 133 estandar. El material de residuo es transferido a la salida 33 por el medio transportador 31 del recipiente 130. El interior del recipiente 130 es igual al interior del recipiente 30 con alabes proporcionados para transferir el material de residuo segun gira el recipiente.

La principal diferencia entre el recipiente 30 y el recipiente 130 es que no se introduce vapor en el recipiente 130 para calentar la camara y el material de residuo hasta la temperatura de tratamiento, aunque sigue utilizandose el vapor para tratar el material de residuo a traves de las tubenas 38. La camara y el material de residuo se calientan ahora por medio de una camisa calentada 140 que rodea todo el recipiente 130 y que se explica con mas detalle a continuacion.

El recipiente 130 tiene una camisa de calentamiento 140 que encierra el recipiente 130. La camisa de calentamiento 140 comprende una red de tubenas de vapor que son alimentadas con vapor desde la valvula 136. Con el fin de calentar rapidamente el recipiente 130 y el material de residuo a la deseada temperatura de tratamiento de 150 °C a 200 °C, la camisa de calentamiento esta dividida en cuatro secciones 140a-d, que se extienden desde la seccion de entrada 140a a traves de la primera seccion de tratamiento 140b y la segunda seccion de tratamiento 140c hasta la seccion de salida 140d. La mayor demanda de calor esta en la seccion de entrada 140a, en la que el material de residuo debe ser llevado desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de tratamiento en el menor tiempo que sea practicamente posible y normalmente se requiere un 40-60 % de la energfa en la seccion de entrada 140a. A medida que los residuos atraviesan el recipiente 130, los residuos retienen mas energfa calonfica y por lo tanto se requiere menos energfa para mantener el material de residuo a una temperatura de tratamiento adecuada. Por ejemplo, en las secciones de tratamiento 140b, 140c se requiere alrededor de 55-30 % de la energfa. En la seccion final de salida 140d, el material de residuo tambien se seca parcialmente hasta un contenido de humedad tfpico de 20 a 40 %.

Se suministra calor a la camisa de calentamiento en forma de vapor desde la misma caldera de vapor utilizada para suministrar el vapor inyectado en el material de residuo. Una forma eficiente para conectar fluidamente la camisa de calentamiento 140 a la caldera es utilizar un diseno revisado de la valvula de distribucion 136, segun se muestra en la Figura 8. La valvula de distribucion 136 que se muestra en la Figura 8 es generalmente similar a la valvula de distribucion 36 que se muestra en la Fig. 6 y se utilizan los mismos numeros de referencia para designar las partes de la unidad que sean las mismas.

La valvula de distribucion 136 comprende una entrada 152 de vapor situada en un colector de entrada 158. Una conexion flrndica se extiende por el interior de una camara 156 de la valvula hasta la carcasa 50 de la valvula. La camara 156 de la valvula puede girar sobre el eje central del recipiente 130, pero el colector de entrada 158 y la carcasa 50 de la valvula son estacionarios. La camara 156 de la valvula tiene una alimentacion 160 de vapor que alimenta el vapor a la camisa de calentamiento 140 y un retorno 162 de condensado que devuelve el condensado de la camisa de calentamiento 140. La rotacion del recipiente 130 esta acoplada a la camara 156 de la valvula a traves de la alimentacion 160 de vapor y del retorno 162 de condensado. El colector de entrada 158 tambien incluye una lmea 164 de vapor conectada fluidamente a la alimentacion 160 de vapor y una lmea 166 de retorno conectada fluidamente al retorno 162 de condensado. Internamente, la camara de la valvula esta dividida en un primer espacio anular, que conecta la alimentacion 160 de vapor a la lmea 164 de vapor a traves de un espacio anular en el colector de entrada 156, y un segundo espacio anular que conecta la lmea 166 de retorno al retorno 162 de condensado a traves de otro espacio anular en el colector de entrada 152. Todos los espacios anulares rodean la conexion flrndica entre el vapor de entrada 152 y la carcasa 50 de la valvula. El primer y segundo espacios anulares estan fluidamente separados uno del otro. Por supuesto, la precisa configuracion interna de la valvula se puede variar.

Para asegurar una eliminacion eficiente de condensado, cada seccion 140a-d incorporara al menos un purgador de vapor. El purgador de vapor esta disenado para evitar la inclusion de vapor vivo en el condensado que se devuelve a la caldera. El purgador de vapor esta conectado a su vez a un deposito de condensado. Este comprendera normalmente una tubena de gran diametro que esta situada alrededor de la circunferencia del tambor. El condensado drena al deposito por varios puntos alrededor de la circunferencia, y el condensado gira con el tambor hasta que pueda ser drenado al sistema de tubenas de extraccion cuando el orificio de salida alcanza la parte inferior del ciclo de rotacion.

El proceso basico se muestra en la Fig. 2. El proceso crea un gran volumen de biomasa que comprende principalmente material de celulosa. Ventajosamente, es posible utilizar la biomasa como combustible para la propia planta de proceso o como un producto separado tal como bioetanol, biobutanol u otro producto derivado, segun se describe con mas detalle a continuacion. La fibra de celulosa contenida en la biomasa que sale de la unidad de tratamiento por vapor tiene un valor calonfico bruto de 11 MJ/kg, que proporciona tres kW de energfa. Si se seca, el valor calonfico bruto del material de celulosa aumenta hasta 17 a 18 MJ/kg. Esta biomasa practicamente no contiene azufre y, por lo tanto, cuando se quema, es mucho mas limpia que el combustible fosil y por lo tanto se utiliza como sustituto del combustible fosil.

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La fibra de celulosa podna ser vendida como materia prima o podna ser enviada a un gasificador de biomasa que produzca combustible gaseoso a partir de esta biomasa de celulosa, segun se describe con mas detalle a continuacion. Este combustible gaseoso podna entonces ser tratado adicionalmente con el fin de proporcionar el hidrogeno de entrada a una pila de combustible para producir una salida electrica de corriente continua. Alternativamente, el material de celulosa podna ser tratado adicionalmente como se muestra en las Figs. 4 y 5 para producir bioetanol, biobutanol, biodiesel y combustible de aviacion antes de tratar cualquier resto solido segun se ha descrito anteriormente.

Pasando ahora a las Figs. 4 y 5, estas muestran como la biomasa y/o los plasticos producidos a partir de la salida del tratamiento por vapor pueden ser manipulados para producir bioetanol/diesel, representados generalmente en la Figura 1 como unidades N y J respectivamente.

Ocupandose en primer lugar del material de celulosa y segun se indica en la Fig. 4, la biomasa procedente de la unidad de tratamiento por vapor de la Fig. 1 ha sido tratada para desinfectar el material deteniendo sustancialmente los procesos anaerobicos indeseables y para hacerlo mas proclive a la hidrolisis, segun se muestra generalmente en la etapa 1 de la Fig. 4. En la etapa 2 mostrada en la Figura 4, la biomasa es almacenada en el silo 50a de biomasa durante aproximadamente 8 horas. La biomasa se introduce entonces en el recipiente 51a de tratamiento acido y despues se trata con acido sulfurico, procedente del tanque 50b de acido, para someterla a hidrolisis acida durante aproximadamente 8 horas. El agua es proporcionada desde un deposito 50c de agua. Entonces se filtra el producto y se eliminan los solidos (lignina) que pueden ser utilizados como combustible para la caldera de la planta de tratamiento por vapor. Se anade cal procedente de la tolva 50d de almacenamiento de cal para neutralizar el producto lfquido en el recipiente 51b de neutralizacion por eliminacion del acido y se purifica y filtra adicionalmente. La hidrolisis se usa para descomponer la biomasa solida en celulosa y hemicelulosa, ya que estos son los azucares principales contenidos en la biomasa. El proceso tambien elimina ventajosamente los metales pesados. Como se menciono anteriormente, la hidrolisis acida tambien sirve para suministrar combustible a la caldera en forma de lignina que constituye los residuos no hidrolizables principales.

En una etapa alternativa 1, no representada, en lugar de ser sometida a hidrolisis acida, la biomasa es cargada en un tanque en el que se descompone anadiendo una enzima tal como la enzima aspergillum o usando microorganismos celulolfticos y un nutriente. Se puede anadir agua adicional. En esta etapa tambien se puede inyectar en el tanque ozono activo procedente de un generador. Se deja que la masa resultante repose durante un penodo de tiempo y luego se extrae el lfquido que contendra azucares solubles.

En cualquier caso, se introduce entonces el lfquido en unos recipientes 52 de fermentacion en los cuales se lleva a cabo la fermentacion anadiendo al lfquido levadura adicional procedente de un silo 53 de levadura. La levadura sera normalmente saccharomyces cerevisiae, que puede ser reciclada segun se muestra. La fermentacion tardara normalmente alrededor de 72 horas. El resultado es un lfquido que contiene etanol y otros productos, y luego este lfquido se lleva a la etapa 4 que comprende una columna de destilacion 54 para destilar y recoger el etanol en el tanque 55 de almacenamiento de etanol. La destilacion tomara la mezcla fermentada que comprendera una solucion de etanol al 12 a 14 % y concentrara la mezcla hasta aproximadamente 99 % o mas de etanol. Esto se consigue en dos etapas, siendo la primera una destilacion convencional que producira una solucion de etanol aproximadamente al 94 % y el resto agua, que sera eliminada por un tamiz molecular.

El proceso ilustrado en la Figura 4 estara frecuentemente provisto de una serie de unidades paralelas para que el proceso pueda ejecutarse de forma continua.

El etanol u otro biocombustible producidos por el procedimiento y el aparato de la presente invencion se pueden usar en forma normal si se desea. Ventajosamente, el combustible se puede utilizar para alimentar directamente, segun se muestra en la Figura 2, generadores situados en el emplazamiento para evitar cualquier desperdicio implicado en el transporte o similares. Los generadores representados comprenderan normalmente varios motores de 1,5 a 3 MW, tal como los producidos por los grandes fabricantes de motores como Cummins, Perkin, Caterpillar y General Electric. Estos pueden ser facilmente modificados para funcionar con biocombustibles. Una planta a pleno rendimiento como la representada en la Figura 1 debena producir suficiente combustible para generar alrededor de 6 MW a 15 MW de electricidad. La produccion y el generador pueden variar dependiendo de la instalacion particular.

Pasando ahora al material plastico recuperado del tratamiento por vapor, segun se muestra en la Fig. 5, este se introduce en un tanque 60 donde se anade un disolvente y se deja reposar la mezcla resultante en un tanque de evaporacion 61. Tras un periodo adecuado de tiempo, se extrae el vapor resultante a traves de un catalizador 62 de zeolita y luego se destila en una torre de destilacion 63 para recoger diesel. Si se desea, tambien se puede inyectar ozono en el tanque 60.

El ozono inyectado en los tanques 51 y 60 se puede generar de la misma manera utilizada para la eliminacion de olores del aire en las proximidades de la unidad de tratamiento por vapor y del generador. El ozono puede ser suministrado desde un generador o generadores independientes. Ademas, si es necesario, el aire en el entorno del proceso de etanol puede ser sometido a tratamiento de ozono para eliminar cualquier exceso de ozono activo que quede en los tanques 51 y 60.

La presente invencion se ocupa de los residuos solidos urbanos y otros materiales organicos que requieran reciclado y recuperacion. Estos materiales tienen un alto contenido de biomasa y son propensos a una contaminacion, por microorganismos presentes en el entorno natural, que puede resultar en reacciones de fermentacion y degradacion indeseables. Es importante controlar estos organismos para minimizar la contaminacion de la materia prima que 5 entra en las etapas posteriores de conversion de biomasa, en especial aquellas que dependen de la fermentacion.

Tambien es preferible recubrir el interior de algunos o todos los tanques 51, 52, 60, 61 con un agente anti- microbiano. De preferencia, el agente sera no lixiviante y no volatil, y no sera consumido por los microorganismos. Son agentes particularmente adecuados aquellos que puedan ser revestidos sobre una superficie.

Son formulaciones antimicrobianas adecuadas aquellas que incluyan como ingrediente activo una sal de amonio 10 cuaternaria, preferentemente un cloruro o bromuro de sal. El atomo de nitrogeno de la sal es preferentemente sustituido por un grupo silano, preferentemente un grupo trialquiloxisilano, mas preferentemente un grupo trimetiloxisilano. Mas preferentemente, el grupo silano se une al atomo de nitrogeno de la sal a traves de un grupo propilo. El atomo de nitrogeno de la sal tambien es preferentemente sustituido por otros tres grupos alquilo, al menos uno de los cuales es preferentemente metilo, y al menos uno de los cuales es preferentemente alquilo C8 a C20. Por 15 lo tanto, los compuestos preferidos tienen la siguiente estructura general:

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Donde: R1 es metilo;

R2 es metilo o alquilo C8 a C20, preferentemente metilo;

20 R3 es alquilo C8 a C20, preferentemente tetradecilo u octadecilo;

R4 es alquilo C1 - C4, preferentemente metilo; y X es bromo o cloro, preferentemente cloro.

Un ejemplo de un agente antimicrobiano util incorpora cloruro de 3-(trimetoxisilil)-propildimetiloctadecil amonio como ingrediente activo. Otro ejemplo de un agente antimicrobiano util incorpora cloruro de 3-(trimetoxisilil)- 25 propildimetiloctadecil amonio como ingrediente activo.

La presente invencion tiene preferentemente introducida la funcion microbicida como parte de una pelfcula polimerica aplicada a las superficies internas del equipo. La pelfcula polimerica se genera in situ utilizando un precursor organosilano que se dispersa usando una mezcla exclusiva de agentes humectantes polimericos y que puede volver a aplicarse o reponerse sin tener que desmontar la maquinaria. Experimentos y mediciones han 30 demostrado que este tipo de pelfculas microbicidas aplicadas son robustas, duraderas y ofrecen un amplio conjunto de efectos antimicrobianos temporales. En parte, la pelfcula polimerica destruye los microbios por la estructura superficial del recubrimiento.

Conversiones de biomasa

La biomasa producida en este proceso tiene diversos usos segun se ha descrito anteriormente. La biomasa 35 producida en la camara de reaccion C (Fig. 1) ha sido ventajosamente desinfectada y reducida en volumen. Es importante destacar que el tratamiento por vapor ha descompuesto la estructura de los materiales organicos, de modo que la celulosa y otros constituyentes quedan abiertos y mas facilmente disponibles para el posterior tratamiento. La biomasa es esencialmente una fuente de celulosa que ha sido tratada de manera que la celulosa este facilmente disponible para un tratamiento adicional, tal como para formar biocombustible, bioalcoholes o 40 similares.

Fermentacion de biomasa en alcohol combustible

La produccion de alcoholes por fermentacion de una biomasa es uno de los procedimientos biotecnologicos mas antiguos. Tambien el uso como fuente de energfa del etanol recuperado por fermentacion es conocido desde hace tiempo, pero no se ha utilizado comercialmente debido a que en el pasado los costes eran elevados en comparacion 45 con la recuperacion de petroleo. El posible uso de bioetanol tiene nueva importancia como fuente de energfa a medida que el suministro de petroleo es cada vez mas escaso y su coste aumenta.

El desarrollo de biocombustibles renovables es una prioridad internacional motivada por las preocupaciones tanto economicas como ambientales, incluyendo la reduccion de las emisiones de gases de efecto invernadero, la mejora del suministro de combustible domestico y el mantenimiento de la econoirna rural. El uso de microbios para producir 50 materiales biocombustibles es una forma particularmente atractiva para producir los biocombustibles,

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particularmente cuando los microbios lo hacen utilizando los productos de residuos generados por otros procesos. Gasificacion de biomasa

El gas de smtesis ("sintegas") fue desarrollado por primera vez como un importante subproducto de la gasificacion de carbon y de materiales carbonosos tales como cosechas y residuos agncolas. En contraste con la combustion, que produce principalmente dioxido de carbono y agua, la gasificacion se lleva a cabo bajo una alta relacion entre combustible y oxfgeno y produce esencialmente gas hidrogeno (H2) y monoxido de carbono (CO). Por lo tanto, el sintegas se compone esencialmente de H2 y CO, junto con pequenas cantidades de CO2 y otros gases. El sintegas se puede utilizar directamente como combustible de baja calidad o como alimentacion para pilas de combustible. Alternativamente, se puede utilizar en procesos cataltticos para generar una amplia variedad de productos qmmicos utiles, como metano, metanol y formaldetudo. La biomasa de la presente invencion es eminentemente adecuada como alimentacion para formar sintegas.

Los microorganismos anaerobios tales como las bacterias acetogenicas ofrecen una ruta viable para convertir el sintegas en productos utiles, en particular biocombustibles lfquidos como bioetanol y biodiesel. Tales bacterias catalizan la conversion del sintegas con mayor especificidad, mayores rendimientos y menores costos de energfa que los permitidos por el uso de procesos qmmicos. Se han identificado varios microorganismos capaces de producir biocombustibles a partir de gases residuales y otros sustratos.

Por ejemplo, se han descrito tres cepas de acetogenos para su uso en la produccion de combustibles lfquidos a partir de sintegas: Butyribacterium methylotrophicum; (Grethlein y otros, 1990; Jain y otros, 1994b); Clostridium autoethanogenum (Abrini y otros, 1994); Clostridium Ijungdahlii (Arora y otros, 1995; Barik y otros, 1988; Barik y otros, 1990; y Tanner y otros, 1993). El Clostridium Ijungdahlii y el Clostridium autoethanogenum son conocidos para convertir monoxido de carbono en etanol. La solicitud de patente estadounidense N° 2007/275447 describe el Clostridium carboxidivorans, ATCC BAA-624, "P7" capaz de sintetizar, a partir de gases residuales, productos utiles como biocombustibles, en particular, el P7 puede convertir el monoxido de carbono en etanol.

Hidrolisis acida de biomasa para la produccion de alcohol

La biomasa contiene normalmente dos componentes basicos, carbohidratos y lignina. El contenido en carbohidratos de la biomasa consiste en celulosa y hemicelulosa, ambos polisacaridos. Tanto la celulosa como la hemicelulosa se pueden convertir en azucares simples, en particular azucares de hexosa (incluyendo glucosa, fructosa, manosa y galactosa) y de pentosa (incluyendo xilosa y arabinosa). Los azucares de hexosa son convencionalmente fermentados para formar etanol, y los azucares de pentosa son actualmente fermentables utilizando una variedad de cepas de microorganismos disponibles en el mercado, incluyendo (pero sin limitacion) la levadura Pachysolen tannophilus NRRL Y-2460, la levadura Candida tropicalis ATCC 1369, las cepas del hongo Fursarium desarrolladas por el Argone National Laboratory, y el Bacillus Macerans desarrollado por The University of California en Berkeley y el Lawrence Berkley Laboratory. El etanol, butanol, 2,3-butanodiol son alcoholes de produccion normal. Todos son alcoholes practicos y versatiles para usos de transporte, ya que pueden mezclarse en altos porcentajes con la gasolina sin modificaciones significativas del motor, y tienen relativamente pocos efectos corrosivos sobre los sistemas de combustible de los vehfculos.

Los alcoholes combustibles pueden ser producidos a partir de una biomasa que contenga hidratos de carbono y lignina, con una produccion neta de energfa. Es decir, el alcohol puede ser producido a partir de biomasa sin la adicion de energfa de cualquier fuente externa, ya que la propia biomasa introducida proporciona tanto la materia prima para el etanol como la energfa para todos los pasos del proceso. De hecho, dependiendo de los pasos y los parametros de funcionamiento particulares, puede producirse mas energfa de la necesaria para todos los pasos del proceso, y puede ser vendida ya sea en forma de vapor o electricidad.

Por lo tanto, puede producirse alcohol a partir de una biomasa que contenga hidratos de carbono y lignina desmenuzando y poniendo en suspension la biomasa y despues sometiendo continuamente la biomasa a hidrolisis acida. La hidrolisis acida se realiza en unas condiciones de temperatura, concentracion de acido y tiempo de residencia suficientes para efectuar la hidrolisis de la hemicelulosa de la biomasa, para que se separen de la misma los azucares de pentosa y hexosa formando un hidrolizado que tiene insuficiente furfural para inhibir sustancialmente el crecimiento de microorganismos de fermentacion, pero que no hidroliza sustancialmente la celulosa de la biomasa. A continuacion se efectua la fermentacion de los azucares de pentosa y hexosa en el hidrolizado, tal como exponiendolos, en condiciones ambientales adecuadas, a la levadura Pachysolen Tannophilus NRRL Y-2460, cepas de hongo Fursarium, y Bacillus Macerans, o similares, y luego se produce alcohol a partir de los azucares de pentosa y hexosa fermentados a traves de un tratamiento normal (por ejemplo, destilacion).

En algunas circunstancias, puede ser deseable dirigir la hidrolisis hacia la descomposicion de la hemicelulosa, sin preocuparse de la descomposicion de la celulosa, con el fin de minimizar la produccion de furfural. Esto puede tener la ventaja de que el consumo de energfa por el proceso se reduce al mmimo, y la biomasa restante (incluyendo la lignina y la celulosa) que queda despues de la hidrolisis acida de la hemicelulosa se puede quemar para producir energfa para todas las etapas del proceso, asf como energfa adicional para otros fines. Es necesario minimizar la produccion de inhibidores, tales como el furfural, ya que pequenas concentraciones de algunos inhibidores pueden

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afectar negativamente a la tasa de crecimiento de los microorganismos de fermentacion, o destruirlos.

Normalmente la hidrolisis acida se practica preferentemente con una concentracion de acido de aproximadamente 2 a 70 % en volumen (preferentemente acido sulfurico), y la temperatura de la hidrolisis es aproximadamente igual o inferior a 120 °C. El tiempo de residencia en el tratamiento de hidrolisis acida es aproximadamente de 1 a 3 horas, y la suspension de biomasa tratada tiene una proporcion aproximada entre solidos y lfquido de biomasa de 20/100 a 40/100 en volumen. El tamano de las partfculas de la biomasa es aproximadamente de 1-4 mm.

Un procedimiento alternativo para tratar una biomasa que tenga material fermentable comprende las siguientes etapas: la biomasa en suspension es bombeada a un recipiente vertical de hidrolisis acida, teniendo preferentemente la biomasa un tamano medio de partfculas de 1-4 mm. La hidrolisis acida de la biomasa se lleva a cabo continuamente en el recipiente a una temperatura aproximadamente igual o inferior a 120 °C para proporcionar un hidrolizado. Una primera parte del hidrolizado pasa a un destino final para la fermentacion del mismo, y una segunda parte del hidrolizado pasa al conducto de suspension para efectuar la suspension de la biomasa. La biomasa es lavada en el recipiente despues de la hidrolisis acida de la misma mediante la introduccion de una corriente de agua caliente de lavado en una parte superior del recipiente. La biomasa hidrolizada y lavada se retira de la parte superior del recipiente y se deshidrata. El agua de la deshidratacion de la biomasa pasa a la corriente de agua de lavado introducida en el recipiente.

Preferentemente se actua sobre el hidrolizado neutralizandolo con cal, clarificandolo y pasandolo luego a un recipiente de fermentacion convencional. Despues de la fermentacion, la "cerveza" pasa a una etapa de separacion de levadura y luego en ultima instancia a unas torres de destilacion convencionales en las que se produce etanol, butanol, 2,3-butanodiol y/u otros alcoholes. Despues de la deshidratacion la biomasa, junto con los productos de la separacion de la levadura, pasan a un horno para producir vapor. El volumen de vapor producido es suficiente para suministrar el vapor necesario para las torres de destilacion, para cocer la biomasa en el deposito de compensacion, para calentar el agua de lavado y para el funcionamiento de todas las bombas, mezcladores y similares necesarios. Ademas, debena haber suficiente energfa sobrante para que toda la instalacion fuera un productor neto de energfa, produciendo vapor o electricidad ademas del alcohol, sin la introduccion de energfa procedente de una fuente externa (aparte de la biomasa en sf).

La biomasa puede ser convertida en alcohol utilizando energfa ultrasonica. La solicitud de patente estadounidense N° 2008/044891 (FC STONE CARBON LLC) titulada "Conversion de biomasa en alcohol utilizando energfa ultrasonica" describe un procedimiento que comprende la aplicacion de energfa ultrasonica a un proceso de produccion de alcohol a partir de biomasa, tal como un proceso de produccion de etanol. El proceso emplea energfa ultrasonica como unico medio de pretratamiento, o emplea adicionalmente un pretratamiento de hidrolisis con acido concentrado, o un pretratamiento hidrotermico o qrnmico, seguido de una etapa de hidrolisis enzimatica o una etapa simultanea de hidrolisis enzimatica y sacarificacion.

Biomasa catalitica por microondas

La publicacion de patente china CN 100999676 (Anhui University of Tech) describe un proceso de craqueo catalftico de biomasa por microondas, para la preparacion de aceite biologico rico en acetona alcohol, utilizando carbonato sodico como catalizador, carburo de silicio como medio absorbente de microondas, una fuente de microondas como fuente de calor para el craqueo de la biomasa, y una mezcla de agua con hielo para enfriar los componentes volatiles para obtener aceite biologico rico en acetona alcohol. Por medio del exclusivo efecto de temperatura de las microondas en las partfculas de la biomasa y el exclusivo efecto catalizador del carbonato sodico en el craqueo de la biomasa, el proceso realiza la creacion de acetona alcohol con alta selectividad.

Produccion de butanol

La produccion fermentativa de butanol tambien es bien conocida. La publicacion de patente internacional WO 2008/025522 (Bayer Technology Services GmbH) se refiere a un procedimiento de produccion de bioalcohol, en particular etanol o butanol, a partir de biomasa, en el que se tritura la biomasa, se lleva la biomasa restante a fermentacion y se obtiene el alcohol a partir del producto de la fermentacion, separando de la biomasa los componentes insolubles y/o los azucares no fermentables antes de la fermentacion y/o separando la levadura y las bacterias despues de la fermentacion.

El uso de biomasa en pilas de combustible

La industria de la energfa electrica generalmente ha estado buscando el uso de pilas de combustible en aplicaciones relativamente grandes de generacion de energfa electrica. La generacion de energfa por pila de combustible ofrece las ventajas de alta eficiencia y bajas emisiones al medio ambiente. Asf pues, las pilas de combustible pueden ofrecer un medio mas economico de produccion de energfa que otras tecnologfas de produccion de energfa existentes.

Las pilas de combustible de carbonato fundido y las pilas de combustible de oxido solido son muy adecuadas para usar corrientes de gas caliente y, por lo tanto, tienen gran potencial en aplicaciones industriales de generacion de energfa. Los gasificadores de biomasa pueden ser utilizados como fuente de alimentacion adecuada para estas pilas

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de combustible. Como se describio anteriormente, los gases necesarios para la alimentacion de pilas de combustible son facilmente obtenibles a partir de la gasificacion de biomasa de la presente invencion.

Se puede obtener una mayor eficiencia de las pilas de combustible convencionales mediante su integracion con gasificadores de biomasa, por ejemplo un sistema combinado de gasificador y pila de combustible en el que la corriente de gas se desplaza desde el gasificador a traves de un separador externo de dioxido de carbono. La solicitud de patente de estadounidense N° 2002/194782 (Paisley) describe un sistema integrado de gasificacion de biomasa y pila de combustible en el que la reaccion electroqmmica en la pila de combustible se efectua proporcionando gases reactivos desde un gasificador. El gas de combustible del gasificador se dirige al anodo de la pila de combustible y al menos una parte del gas que escapa del anodo se dirige a una camara de combustion. La parte del gas que escapa desde el anodo se quema entonces para recuperar energfa residual para aumentar la eficiencia global del sistema integrado de gasificacion de biomasa y pila de combustible. Ademas, el gas oxidante procedente de la camara de combustion puede ser dirigido hacia el catodo de la pila de combustible.

El documento US 5736026 (Energy Res Corp) titulado "Aparato y procedimiento de cogeneracion de biomasa - pila de combustible" describe la fabricacion integrada de etanol por fermentacion de biomasa, con un generador electrico de pila de combustible de energfa electrica y calonfica, incluyendo la cogeneracion el uso por la pila de combustible del alcohol y del dioxido de carbono de la fermentacion, lo que aumenta la generacion de energfa, y el uso por la fabricacion de alcohol del calor y la energfa electrica procedentes de la pila de combustible, lo que aumenta la fabricacion de combustible.

Se muestra, por la descripcion anterior, que la biomasa producida por la presente invencion se puede utilizar en una amplia variedad de formas. Normalmente, una planta en particular se concentrara particularmente en uno de estos procesos secundarios, por ejemplo, la generacion de electricidad a partir de una pila de combustible o la produccion de biocombustibles y bioalcoholes. Un experto en la tecnica puede ponerlos en practica usando una de las tecnicas descritas o referidas, u otras tecnicas conocidas o que puedan desarrollarse.

Sumario

En este documento, el termino presion ambiente se utiliza para definir la presion en el recipiente 30 cuando el recipiente no esta sellado al flujo de gas. Por ello, la presion en el recipiente sera normalmente la presion atmosferica o cualquier presion que prevalezca alrededor de la planta. La presion dentro del recipiente puede ser ligeramente mayor que la presion alrededor de la planta debido a la inyeccion de vapor, incluso sin que el recipiente este sellado. El termino temperatura ambiente se utiliza en este documento para hacer referencia a la temperatura que rodea la planta, que variara segun el lugar, la estacion y las condiciones generales del tiempo atmosferico. El material de celulosa se refiere en general a celulosa y hemicelulosa, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

En general, esta invencion se refiere a un procedimiento y un aparato para reciclar residuos domesticos urbanos que comprende someter los residuos a vapor a 150 °C - 200 °C. Despues del tratamiento por vapor, el material resultante es separado en partes constituyentes y la biomasa y/o los plasticos son sometidos a un tratamiento adicional. El tratamiento por vapor desinfecta ventajosamente el material tratado y reduce significativamente el volumen del mismo. Es importante destacar que el tratamiento por vapor rompe la celulosa y otros materiales organicos, por lo que las fibras se abren permitiendo que la biomasa tratada por vapor se convierta mas facilmente en biocombustible, bioalcoholes, etc. El tratamiento adicional produce preferentemente bioetanol a partir de la biomasa y diesel a partir de los plasticos. Como alternativa, parte o toda la biomasa puede ser gasificada para producir hidrogeno que, a su vez, puede ser enviado a una pila de combustible para producir electricidad.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un aparato para tratar continuamente material de residuo solido, que comprende;

   un recipiente (30) no presurizado con una entrada (32) para introducir material de residuo a una velocidad predeterminada de modo que, durante el funcionamiento, el material de residuo solo llene el recipiente no presurizado (30) hasta un nivel conocido, una salida (33) para el material de residuo tratado,

   y una pluralidad de entradas (38) de vapor fijadas al recipiente (30) no presurizado para inyectar selectivamente vapor en el interior de dicho recipiente (30) no presurizado,

   comprendiendo el interior del recipiente (30) no presurizado una primera zona y una segunda zona en las que, durante su uso, la primera zona esta principalmente llena de material de residuo y la segunda zona esta esencialmente vada de material de residuo,

   en el que un accionamiento esta dispuesto para girar el recipiente (30) no presurizado y por lo tanto, durante el funcionamiento, mover las entradas (38) de vapor entre la primera zona y la segunda zona, de tal manera que solamente algunas de las entradas (38) de vapor se encuentren en dicha primera zona en cualquier momento, y el aparato comprende ademas un medio (36) de control de vapor que comprende una valvula de distribucion para dirigir vapor desde un generador de vapor hasta una entrada de vapor, comprendiendo dicha valvula de distribucion un cuerpo de valvula que tiene una abertura de entrada (52) fluidamente conectable al generador de vapor y una pluralidad de aberturas de salida (54) fluidamente conectables a la entrada de vapor, en el que la valvula de distribucion esta dispuesta de manera que en cualquier momento al menos una de las aberturas de salida (54) este fluidamente desconectada de la abertura de entrada (52) y en el que, durante su uso, el vapor solo se suministre a las entradas de vapor (38) en la primera zona,

   caracterizado porque el aparato incluye adicionalmente medios de calentamiento para calentar y/o mantener la temperatura del interior del recipiente (30) no presurizado a una temperatura de 150 °C a 200 °C, consistiendo los medios de calentamiento en medios para calentar aire y medios para insuflar dicho aire caliente en el recipiente (30) no presurizado.
2. 2. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la salida (33) esta conectada a una camara de clasificacion en la que el material de residuo tratado se separa en plasticos, metales ferrosos, metales no ferrosos y biomasa de material de celulosa.
3. 3. Un procedimiento para tratar continuamente material de residuo que comprende las etapas de:

   a) introducir el material de residuo en partfculas en el recipiente (30) no presurizado del aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

   b) calentar a traves de los medios de calentamiento y mantener el interior del recipiente no presurizado a una temperatura de entre 150 °C y 200 °C, y

   c) tratar el material de residuo en partfculas con vapor de agua a una temperatura de 150 °C a 200 °C, en el que el vapor solo se inyecta en el material de residuo en partfculas.
4. 4. El procedimiento segun la reivindicacion 3, en el que el material de residuo se introduce por la entrada (32) del recipiente (30) no presurizado y el material de residuo tratado se extrae por la salida (33) del recipiente (30) no presurizado.
5. 5. El procedimiento segun la reivindicacion 3 o la reivindicacion 4, en el que el material de residuo tratado comprende una biomasa de celulosa, plasticos, metales ferrosos y metales no ferrosos.