ES2693144T3

ES2693144T3 - Un método para la producción de gránulos o briquetas

Info

Publication number: ES2693144T3
Application number: ES09744786.6T
Authority: ES
Inventors: Arne Johannes GRØNN
Original assignee: Zilkha Biomass Tech LLC; ZILKHA BIOMASS TECHNOLOGIES LLC
Current assignee: Zilkha Biomass Tech LLC; ZILKHA BIOMASS TECHNOLOGIES LLC
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: US20110302832A1; PT2373767T; KR101525648B1; EP2373767A1; KR101526840B1; JP2014237859A; EP2373767B1; BRPI0923508A2; CA2746998A1; AU2009327630A1; US10570349B2; CN102245748A; AU2009327630C1; KR20110094347A; KR20150023934A; LT2373767T; BRPI0923508A8; NZ593489A; AU2009327630B2; US20200157448A1

Abstract

Un método para la producción de gránulos o briquetas a partir de un material que contiene lignina en forma de partículas procesables que comprende las etapas de: (a) hacer pasar el material que contiene lignina que tiene un contenido de humedad relativa del 0-20 % en peso en un reactor; (b) calentar el material que contiene lignina a 180-285 ºC inyectando vapor en el reactor; (c) mantener el material en el reactor a la temperatura alcanzada durante 1-12 minutos para ablandar el material y liberar la lignina; (d) reducir la presión en el reactor en al menos una etapa; y (e) formar el material tratado para formar gránulos o briquetas.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Un metodo para la produccion de granulos o briquetas

La presente invencion se refiere a un metodo para la produccion de granulos y briquetas, a partir de material que contiene lignina, tal como de materias primas de madera, bambu, bagazo, paja o hierba.

En los ultimos anos, se ha prestado cada vez mas atencion al medio ambiente y, en particular, a la emision de CO2 "fosil". Existe, por lo tanto, un fuerte compromiso internacional para lograr la transicion de las fuentes de energfa fosil (petroleo, gas, carbon y coque) a fuentes de energfa biologicas o renovables para reducir las emisiones de CO2 "fosil".

Los granulos de combustible de madera son una de las formas de bioenergfa que mas rapidamente estan creciendo. Los granulos y briquetas de madera tienen tambien otras diversas aplicaciones, pero el campo de uso mas comun es como granulos de combustible. Hoy en dfa, los granulos de madera se producen en volumenes sustanciales en un gran numero de plantas, especialmente en Europa y Norteamerica.

Tradicionalmente, las materias primas son fundamentalmente serrfn, con un tamano de partfcula tfpico de menos de 3 mm y un contenido de humedad relativa tfpico del 50-55 % en peso, y materias primas que son productos residuales de fresas de cepillado, fabricas de muebles, etc., con un contenido de humedad relativa tfpico en el intervalo del 1018 % en peso.

Proceso mecanico

Las caracterfsticas principales del metodo mas comun para producir granulos, que es un proceso mecanico que incluye molienda fina y compresion, son las siguientes:

Secado

Las materias primas con un contenido de humedad relativa de mas del 18-20 % en peso se secan antes de su granulacion. Estos materiales constituyen la porcion principal de las materias primas, que actualmente es principalmente serrfn. El secado normalmente se lleva a cabo en secadoras de tambor en las que se introducen las materias primas y en las que se inyectan los efluentes gaseosos de una planta de combustion en la que se queman virutas/corteza o similares, teniendo lugar el secado directo en base a los efluentes gaseosos. Sin embargo, se usan diversos tipos de secadoras, incluyendo secadoras de baja temperatura.

Molienda

La siguiente etapa es la molienda mecanica fina de las materias primas, hasta un tamano de partfcula tfpico de menos de 2 mm. Esto normalmente se realiza en un molino de impacto (molino de martillos).

Granulacion

El material despues se hace pasar a prensas de granulos, donde se lleva a cabo tfpicamente la granulacion en la que el material se prensa a traves de orificios cilfndricos en un troquel anular, y el material comprimido que sale se corta en granulos.

Enfriamiento

Los granulos recien producidos, que tienen una alta temperatura y una consistencia blanda, se hacen pasar a una enfriadora, que es un recipiente a traves del cual se hace pasar aire, de modo que se obtiene un enfriamiento controlado de los granulos, y al mismo tiempo se reduce el volumen de finos. Los granulos acabados salen entonces de la enfriadora.

Para los granulos que se producen de esta manera, el volumen de finos (polvo) a menudo es mayor de lo deseable, especialmente despues del transporte y manipulacion. Por lo tanto, se anaden previamente agentes aglutinantes, en un cierto grado, durante el proceso de granulacion, a menudo lignosulfonatos, subproductos del procesamiento de la madera. Sin embargo, esto supone una adicion indeseable de productos qufmicos.

Los documentos US 4.502.227 y GB 2 402 098 describen el secado y granulacion de granulos de madera.

Las briquetas se producen a partir de las mismas materias primas que los granulos. Mientras que los granulos tienen un diametro tfpico de 6,8 o 12 mm y una longitud de 10-20 mm, las briquetas son mas grandes, con un diametro tfpico de 50 mm y una longitud de 20 mm y hasta 300 mm. Las briquetas no se producen en troqueles anulares, sino en prensas para briquetas separadas donde se comprime la materia prima. Las briquetas tfpicamente tienen un menor peso volumetrico que los granulos.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Explosion de vapor

A partir de los documentos NO 320971/EP 1776440 se conoce un metodo en el que las materias primas se secan en primer lugar hasta un contenido de humedad relativa del 30-45 % en peso, despues se hacen pasar a un reactor al que se suministra vapor hasta que el material se mantiene a 200-300 °C durante un tiempo suficiente para ablandar el material, despues de lo cual se lleva a cabo una despresurizacion en al menos dos etapas, de manera que el material se "explota por vapor". El material despues se desfibra y se libera la lignina. El material posteriormente se hace pasar a una nueva etapa de secado, despues de lo cual el material se granula opcionalmente. Este metodo es el metodo de produccion que se usa comercialmente hoy en dfa.

Una de las razones principales de esta tecnologfa, aun en uso, es que en el campo tecnico se considera que debe haber "una humedad residual suficiente" en el material para posibilitar que este se desfibre en un tanque de presion, tal como 30-45 % y que, por tanto, no hay suficiente humedad para el desfibrado a niveles de humedad mas bajos. En los documentos NO 320971/EP 1776440 se indica que incluso con un contenido de humedad relativa del 30-35 % de acuerdo con dicha invencion, frente al 45-65 % convencional, hay aun una humedad residual suficiente para el desfibrado por reduccion de presion. Por lo tanto, se ha asumido en la tecnica que un contenido de humedad excesivamente bajo, es decir, por debajo del 30 %, no proporciona una explosion de vapor de fuerza suficiente.

Ademas, se ha observado que la friccion entre el material y el tubo de escape del reactor aumenta a niveles de humedad mas bajos, y la experiencia practica ha mostrado que durante los ensayos de prueba con materiales secados a mas del 30 %, habfa problemas de vaciado de los reactores en las plantas.

Ademas, de acuerdo con la tecnica anterior, se han usado dos etapas de secado, una antes y otra despues de la explosion de vapor, para asegurar que la distribucion de humedad en el material como resultado de la condensacion despues de la descarga es suficientemente uniforme para la granulacion.

En los intervalos de temperatura usados en los metodos anteriores, se empieza despues de un corto periodo de tiempo una cierta hidrolisis del material organico y una perdida de materia seca que es indeseable, puesto que el material hidrolizado y, por lo tanto, el contenido de energfa del mismo, desaparece o se oxida ya sea despues del secado o durante el calentamiento en el proceso de granulacion. Con los metodos de la tecnica anterior, esta perdida de materia seca supone un porcentaje elevado.

Sumario de la invencion

La invencion se define en el conjunto de reivindicaciones adjunto. La expresion "material que contiene lignina" debe entenderse como cualquier material que contiene lignina que puede usarse en la invencion, tal como materiales lignocelulosicos, materiales que comprende madera, por ejemplo madera, bambu, bagazo, paja o hierba. El material que contiene lignina puede estar en cualquier forma adecuada y procesable tal como en forma de polvo, polvo fino, serrfn, virutas, astillas, lascas, raspaduras, recortes o partfculas similares.

Las realizaciones preferidas del metodo se exponen en las reivindicaciones dependientes, en donde un aspecto se refiere a un metodo en el que el material se selecciona del grupo que comprende: material lignocelulosico, material que comprende madera, madera, bambu, bagazo, paja o hierba. El material puede elegirse tambien del grupo que comprende: polvo fino, serrfn, astillas, virutas, partfculas gruesas, lascas, raspaduras o recortes.

En otro aspecto, la invencion se refiere a un metodo en el que el vapor inyectado en el reactor es vapor insaturado supercalentado, que reduce adicionalmente la humedad del material durante el tratamiento termico, de modo que esta en el intervalo de 1-5 unidades porcentuales, 4-5 unidades porcentuales y como alternativa 5 unidades porcentuales de la humedad relativa del material. El vapor insaturado supercalentado, por ejemplo, se inyecta en el reactor a 350 °C y 20 bar.

Posiblemente, el material tratado en una etapa (d2) puede vaciarse tambien entre las etapas (d) y (e) del reactor y recibirse en un tanque de recepcion o ciclon donde el vapor se separa del material, de modo que se lleva tan poca cantidad de condensado del vapor como sea posible junto con la humedad, a las siguientes etapas del proceso o junto con el producto. Ademas, el material tratado puede mezclarse con un material que contiene lignina tratado o no tratado, en una etapa (d3) entre la etapa (d) y (e), preferentemente despues de la etapa (d2).

El material, en una realizacion, puede secarse a un contenido de humedad relativa del 5-15 % en peso, como alternativa aproximadamente del 2-12 % en peso antes de hacerlo pasar a la etapa (b) del reactor. El tiempo de retencion en el reactor puede estar dentro del intervalo de 1-12 minutos.

En una realizacion, la ultima reduccion de presion del reactor tiene lugar repentinamente por explosion de vapor de modo que el material se desfibra, mientras que en otra realizacion la despresurizacion del reactor tiene lugar lentamente sin explosion de vapor.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

El material pueden ser partfculas gruesas, tal como astillas de celulosa, con una longitud de 25 mm. El material puede dividirse tambien finamente antes de la etapa del reactor, tal como en forma de polvo o serrfn, o un material mas finamente dividido tal como con una longitud de menos de aproximadamente 3 mm.

Posiblemente, el material que contiene lignina mezclada, tiene un contenido de humedad de menos del 18 % en peso y/o un tamano de partfcula tfpico de menos de 2 mm.

En otro aspecto, la invencion se refiere a un metodo como el anterior, en el que el metodo comprende una etapa adicional de:

(f) hacer pasar los granulos o briquetas a una enfriadora, a traves de la cual se hace pasar aire para un enfriamiento controlado de los granulos o briquetas, en donde se reduce el volumen de los finos.

En otro aspecto, la invencion se refiere a granulos o briquetas que se producen como se ha descrito anteriormente. Los granulos o briquetas pueden contener un contenido de humedad relativa del 5 % en peso o menor, o del 2 % en peso o menor y posiblemente tienen un contenido de energfa de 5,0 MWh/tonelada o mayor, o 2,5 MWh/tonelada o mayor.

Secado

El material que se va a usar puede secarse previamente, o tener un contenido de humedad relativa de menos de 20 % en peso y, de esta manera, no requerir secado. Si la humedad esta por encima del 20 % el material se seca como una etapa en el propio proceso. Por tanto, el material que se alimenta el reactor tiene un contenido de humedad sustancialmente menor que el que se ha usado previamente en la tecnica anterior. La presente invencion divulga un contenido de humedad despues del secado del 0-20 %, con respecto al 30-45 % de la tecnica anterior, superando de esta manera algunas de las principales objeciones que aun existen en la tecnica, tal y como se ha explicado en la introduccion. La humedad reducida en el material da como resultado un menor consumo de vapor en el reactor, lo que implica menores costes de produccion. El contenido de humedad relativa del material que entra en el reactor preferentemente esta en el intervalo del 5-15 % en peso o del 2-12 % en peso.

Secando el material a un intervalo de acuerdo con la invencion, habra tan poca condensacion que se eliminan los problemas de falta de uniformidad en la distribucion de humedad con respecto a la granulacion mencionada anteriormente. De esta manera, el secado puede llevarse a cabo en una etapa (solo antes de la explosion de vapor) en lugar de en dos etapas como en la tecnica anterior (que comprende secado antes de la explosion de vapor y secado antes de que el material pase a la prensa de granulacion), lo que supone un coste de inversion sustancialmente menor que si se usaran dos etapas de secado como antes.

Para reducir la humedad en el producto final es posible secar el material procesado adicionalmente despues de la explosion de vapor, que principalmente es habitual si el contenido de humedad en el reactor esta en la mitad superior del intervalo del 0-30 % en masa.

Puede ocurrir algun secado inyectando vapor supercalentado (insaturado) en el reactor, en lugar de vapor saturado seco, tal como por ejemplo despues de la etapa (d) del metodo anterior. Esto dara como resultado que se evapore el material seco hasta que el vapor se haya saturado, y que la humedad en el material despues del procesamiento en el reactor sea menor que si solo se hubiera inyectado vapor saturado.

T ratamiento termico

Limitando el intervalo de temperatura para el tratamiento a 180-235 °C, segun se compara con los intervalos conocidos de 200-300 °C, se evita tambien que ocurran reacciones indeseables en el material por encima de 235 °C, mientras que se permanece dentro de temperaturas operacionalmente optimas con relacion al consumo de energfa y especialmente la produccion por vapor.

El tiempo de retencion en el reactor es de 1-12 minutos.

Reduccion de presion

La reduccion de presion en el reactor tiene lugar ya sea:

(1) por que la ultima reduccion de presion tiene lugar repentinamente, obteniendo de esta manera una explosion de vapor en la que se desfibra el material y se libera la lignina; o

(2) mediante una reduccion gradual de la presion, donde esta reduccion por si misma no da como resultado el desfibrado del material, sino en donde la lignina se libera, no obstante, debido a que el material se ha calentado durante una cantidad de tiempo suficiente a un intervalo de temperatura como se ha mencionado anteriormente, 180-235 °C.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

El metodo (2) es mas apropiado cuando el material se divide de forma relativamente fina antes del tratamiento en el reactor (por ejemplo, como serrfn con una longitud tfpica de menos de 3 mm, o incluso un material mas finamente dividido), mientras que el metodo (1) es preferible cuando hay partfculas mas gruesas (tal como, por ejemplo, astillas de celulosa, con una longitud tfpica de 25 mm). Esto se debe al hecho de que con el metodo (1) no hay necesidad de molienda mecanica fina despues del tratamiento en un reactor, incluso aunque las materias primas sean del tamano de astillas de celulosa. Sin embargo, si se usa el metodo (2), las materias primas deberfan dividirse mas finamente que las astillas de celulosa si el material tiene que poder pasar directamente a la granulacion sin ninguna molienda mecanica adicional.

Aunque el desfibrado que tiene lugar en el metodo (2) es menos sustancial que en la tecnica anterior, usando un material con menor contenido de humedad residual, es aun suficiente para la granulacion.

Si el material se divide de forma suficientemente fina de antemano, se obtiene un resultado suficientemente bueno con el metodo (1) llevando a cabo una reduccion de presion gradual en el reactor tal que no haya explosion de vapor, solo un tratamiento termico del material con vapor en el reactor.

El desfibrado mediante explosion de vapor es solo uno de los parametros que tienen una importancia fundamental para hacer al material adecuado para su granulacion. Los ensayos muestran que un aumento en la temperatura y, en particular, en el tiempo de retencion, no solo hace mas facil desfibrar el material mediante explosion de vapor sino que tambien hace al material mas blando y da mas lignina liberada incluso sin explosion de vapor, lo que por tanto hace al material mas adecuado para granularlo.

El diseno del reactor y el equipo asociado con el mismo permiten la descarga cuando el material tiene un bajo contenido de humedad. Es bastante posible equipar al reactor de modo que pueda vaciarse incluso sin una reduccion repentina en la presion (explosion de vapor) en la ultima etapa.

Formacion de granulos - briquetas

Finalmente, el material tratado se granula, opcionalmente despues de haberlo mezclado con otro material que contiene lignina, por ejemplo, un material que contiene lignina no sometido a explosion de vapor. El material que contiene lignina mezclado ventajosamente tiene un contenido de humedad no mayor del 18 % en peso y un tamano de partfcula tfpico no mayor de 2 mm. Como alternativa, el material tratado puede formarse en briquetas, en lugar de granularse, en una prensa para briquetas.

Usando la presente invencion, cuanto antes se realice y mayor sea la reduccion en la humedad se obtiene como resultado que la hidrolisis inducida termicamente del material organico empiece mas tarde y que sea mas debil que en los metodos conocidos. De esta manera, la presente invencion reduce la perdida de materia seca, que es un problema en la tecnica anterior.

Actualmente, la humedad normal en los granulos es del 8-10 % y, en la practica, no hay granulos con un contenido de humedad por debajo del 5 %. Esto se debe al hecho de que para la granulacion sin la lignina en el material que se libera, se requiere un cierto contenido de humedad. Mediante la presente invencion, pueden obtenerse granulos o briquetas con un contenido de humedad del 2 % y menor, que tienen las mismas buenas propiedades aglutinantes que otros granulos conocidos preparados a partir de madera sometida a explosion de vapor.

Los granulos actuales con un contenido de humedad del 8 % tienen un contenido de energfa de 4,8 MWh/tonelada mientras que los granulos o briquetas obtenidos en la presente invencion, con un contenido de humedad del 2 %, tienen un contenido de energfa de 5,2 MWh/tonelada y, al 5 % de humedad, el contenido de energfa es de 5,0 MWh/tonelada. Esto es una gran ventaja con respecto al transporte y almacenamiento, y tambien que puede obtenerse una mayor capacidad de produccion en las plantas de combustion como resultado de una mayor concentracion de energfa en la camara de combustion.

La invencion da como resultado tambien un numero de ventajas en comparacion con la produccion mecanica de granulos y briquetas de madera. Las ventajas sobre los procesos mecanicos para la produccion de granulos residen en una mayor calidad y una mayor capacidad. La mayor calidad consiste en que la pasta tratada tiene propiedades aglutinantes que superan de lejos las de las pastas obtenidas previamente y las propiedades aglutinantes mejoradas de los granulos conducen a un menor volumen de finos (polvo) y una mejor cohesion. Se obtiene una mayor capacidad de las prensas de granulos o prensas de briquetas, con el mismo consumo de electricidad, porque la pasta la presente invencion tiene una consistencia mas blanda, y es mas facil de granular que la madera finamente molida de forma mecanica, y el peso especffico de los granulos o briquetas puede aumentarse tambien sin aumentar el consumo de electricidad.

Otra ventaja principal en comparacion con los granulos y briquetas producidos por produccion mecanica es que los granulos preparados de acuerdo con la invencion son practicamente no higroscopicos. Los granulos y briquetas producidos mecanicamente absorben humedad tan facilmente que deben almacenarse y manipularse en condiciones secas. Si entran en contacto con agua, perderan su forma y revertiran a una forma de polvo de madera o serrfn. Los

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

granulos y briquetas de acuerdo con la invencion, por otro lado, pueden manipularse y almacenarse sin que el contacto con agua o humedad sea un problema; retienen su forma y solo absorben agua en un ligero grado y solo despues de un largo tiempo. Esto significa, en terminos practicos, entre otros, que cuando se usan granulos y/o briquetas de madera como un combustible complementary en una planta de combustion de carbon, con los granulos y briquetas de la presente invencion es posible usar las mismas instalaciones de almacenamiento y transporte que aquellas ya presentes para el carbon. Con los granulos producidos mecanicamente, por otro lado, deben proporcionarse instalaciones separadas para asegurar la manipulacion en seco durante el almacenamiento y transporte. Para las plantas de granulos, la presente invencion significa tambien que pueden crearse instalaciones de almacenamiento de forma mucho mas barata que actualmente.

La presente invencion proporciona, por tanto, un metodo mejorado que obtiene un producto mejorado como se ha divulgado anteriormente. El metodo proporcionado de acuerdo con la invencion puede adaptarse a las plantas de granulos o briquetas existentes que hoy en dfa no usan ni explosion de vapor ni tratamiento a temperatura elevada con vapor para la granulacion.

Descripcion detallada de la invencion

A continuacion se da una descripcion de las realizaciones de ejemplo, que no pretende limitar el alcance de la invencion.

Dibujos

La Fig. 1 muestra un grafico donde se representa la temperatura frente al tiempo para dos transcursos de procesamiento separados.

Ejemplos de realizaciones

Las materias primas pueden ser cualquier clase de material que contiene lignina. Las materias primas que no se han secado artificial o naturalmente normalmente tienen un contenido de humedad relativa del 45-55 % en peso, mientras que las materias primas secadas naturalmente tienen un contenido de humedad relativa tfpica del 15-35 % en peso o incluso del 28-35 % en peso.

Un metodo ventajoso de acuerdo con la invencion comprende las siguientes etapas:

(a) Las materias primas con un contenido de humedad relativa de mas del 20 % en peso se secan a un contenido de humedad relativa del 0-20 % en peso. Esto se hace tfpicamente como secado directo en una secadora de tambor en las que se inyectan los efluentes gaseosos, pero pueden usarse tambien otros metodos de secado.

(b) Las materias primas despues se hacen pasar desde la etapa de secado directamente, u opcionalmente despues del almacenamiento intermedio, a un reactor en el que las materias primas se tratan termicamente, opcionalmente se someten a explosion de vapor. Esto tiene lugar despues de que las materias primas se hayan introducido en el reactor, se haya cerrado la valvula de llenado de astillas, y el vapor se haya inyectado en el reactor hasta que se alcance una temperatura de 180-235 °C y una presion de por ejemplo 20 bar. Normalmente, se usa vapor acuoso saturado en la etapa de secado a una temperatura en el intervalo dado anteriormente. Sin embargo, en la presente invencion, se ha encontrado que si el vapor suministrado al reactor es vapor supercalentado (insaturado), la humedad del material puede reducirse adicionalmente durante el propio tratamiento termico.

(c) Esta temperatura se mantiene posteriormente durante 1-12 minutos.

(d) Despues se lleva a cabo una reduccion de presion en una o mas etapas. En la ultima reduccion de presion, la presion se reduce a presion atmosferica, y el material tratado se descarga del reactor.

El material se ha transformado en una pasta, en el caso de madera como materia prima, en una "pasta de madera" de color marron, con una consistencia sustancialmente mas blanda que la materia prima entrante. Si la ultima reduccion de presion tiene lugar con una cafda repentina en la presion, esto es una explosion de vapor en el sentido tradicional. Si la ultima reduccion de presion tiene lugar gradualmente y con precaucion, no hay explosion de vapor para desfibrar el material, pero al material se le da, no obstante, una consistencia mas blanda y un color marron caracterfstico. El color marron se debe al hecho de que la lignina se ha ablandado y liberado parcialmente por retencion en el intervalo de temperatura mencionado anteriormente.

(d2) Posiblemente, la pasta que se descarga del reactor puede recibirse en un tanque de recepcion o ciclon donde el vapor se separa de la pasta, de manera que un condensado mfnimo del vapor permanece como humedad adicionalmente en el proceso o producto.

(d3) El material despues se mezcla opcionalmente con las materias primas secadas que se han molido en un molino de impacto hasta un tamano de partfcula adecuado para su granulacion. El material que contiene lignina mezclado opcionalmente tiene ventajosamente un contenido de humedad que no es mayor del 18 % en peso

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

y un tamano de partfcula tfpico no mayor de 2 mm. Esta pasta mixta o material opcionalmente no mezclado se hace pasar despues a la formacion de granulos o briquetas.

(e) El material (la masa mixta o posiblemente el material no mezclado) se hace pasar posteriormente al proceso de granulacion y/o briquetacion donde tfpicamente tiene lugar la granulacion, en tanto que el material se presiona a traves de orificios cilfndricos en un troquel anular y el material comprimido que sale del mismo se corta en granulos, o el material se presiona alternativamente en briquetas en una prensa de briquetado.

(f) Los granulos o briquetas recien producidos, que tienen una alta temperatura y una consistencia blanda, se hacen pasar preferentemente a una enfriadora, que es un recipiente a traves del cual se hace pasar aire, de manera que se obtiene un enfriamiento controlado de los granulos y, al mismo tiempo, se reduce el volumen de los finos. Los granulos/briquetas acabados salen entonces de la enfriadora.

En la presente invencion, el proceso en el reactor puede optimizarse de numerosas maneras. Las relaciones basicas son que:

- Si la temperatura del reactor aumenta, el tiempo de retencion puede reducirse; si la temperatura se reduce, el tiempo de retencion debe aumentarse. Aumentando la temperatura, la capacidad puede aumentar a traves de un tiempo de retencion mas corto.

- Cuanto menor sea la humedad entrante, menor sera el consumo de vapor y menor el consumo de energfa y mas corto el tiempo de llenado para vapor, de manera que la capacidad de produccion sera mayor.

- Si el tamano de partfcula aumenta, la temperatura y/o el tiempo de retencion deben aumentar.

Las condiciones de tratamiento optimas son diferentes para los diferentes tipos de material que contiene lignina, incluso para diferentes tipos de madera. Hay tambien variaciones locales (entre otras, en base a las condiciones de crecimiento) dentro de los tipos de material individuales, lo que significa que la optimizacion de las condiciones de proceso da mejores resultados cuando se hace para la planta individual.

En la Fig. 1, se ilustran los principios de la relacion o dependencia entre los parametros de procesamiento para dos modos diferentes de procesar un cierto material, en este caso temperatura y tiempo de retencion, a una cierta presion. La curva A "procesamiento ligero" ilustra la relacion de temperatura y tiempo para procesar un cierto material de una manera "moderada". Para cualquier combinacion de temperaturas y tiempos de retencion en la Curva A, el grado de procesamiento sera aproximadamente el mismo, es decir, un procesamiento moderado, que puede ser optimo en algunos mercados, tal como para hornos de granulos. Correspondientemente, la Curva B "procesamiento intenso" representa parametros que proporcionan un tratamiento mas vigoroso que, para un tiempo de retencion dado, siempre se trata a una temperatura mas alta en comparacion con un "procesamiento moderado" y que puede ser optimo para otros mercados, tal como suministradores a granel, lo que implica una manipulacion mas severa. Los granulos/briquetas tratadas en un "procesamiento severo" tienen un mayor peso especffico que los granulos/briquetas tratados mediante un "procesamiento ligero".

Si el tamano de partfculas de la materia prima aumenta, las curvas se moveran hacia fuera en el diagrama, es decir, alejandose del origen, para proporcionar el mismo grado de procesamiento.

Para diferentes tipos de materias primas, el cambio en el tiempo de retencion y temperatura generalmente seguira el mismo tipo de forma o recorrido de las curvas. Sin embargo, el desplazamiento sera diferente para cada tipo de material y subtipo de material, tal como para diferentes tipos de madera. La curva tendra la misma estructura, pero una posicion diferente y un recorrido algo diferente en el diagrama. Por ejemplo, hay importantes diferencias en las curvas para maderas blandas y duras e incluso una cierta diferencia entre abeto y pino. Por ejemplo, la curva para pino estara mas alejada del origen que la curva para abeto para el mismo grado de procesamiento.

Por ejemplo, un pequeno productor puede preferir trabajar a la presion e intervalos de temperatura para vapor mas bajos posibles, de manera que puede usar un equipo de vapor menos costoso, y la seguridad y competencia para los operarios son menos estrictas, aunque para la mayorfa de productores, temperaturas mas altas serfan mas beneficiosas. Un tiempo de retencion necesario para trabajar a baja temperatura/presion mas largo reduce la capacidad de produccion. Aun, esto puede ser preferible por ejemplo si el suministro de vapor esta limitado. Asimismo, puede usarse un tiempo de retencion mayor a bajas temperaturas, tal como 180 °C, durante un cierto tiempo unicamente, tal como durante el inicio o el final de la ejecucion del proceso, cuando el proceso empieza a 180 °C y continua siempre y cuando la temperatura se mantenga por encima de 180 °C.

Las ventajas sobre el proceso mecanico para la produccion de granulos y briquetas residen en una mayor calidad y una mayor capacidad. Una mayor calidad consiste en una pasta sometida a explosion de vapor/tratada termicamente que tiene propiedades aglutinantes naturales muy por encima de las propiedades aglutinantes de la madera cuando esta se comprime mecanicamente sin ninguna explosion de vapor previa. Esto se debe al hecho de que la celulosa, hemicelulosa y lignina se liberan en alguna extension. Se obtienen las mejores propiedades aglutinantes cuando se

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

granula una pasta sometida a explosion de vapor sin ninguna adicion de pasta no sometida a explosion de vapor. El aumento en las propiedades aglutinantes para granulos producidos de una mezcla de material que contiene lignina molido finamente de forma mecanica, tal como madera, y una pasta sometida a explosion en humedo/tratada termicamente de la presente invencion, en comparacion con granulos/briquetas producidos a partir de madera finamente molida simplemente de forma mecanica, sin embargo, es tan grande, que da un aumento suficiente en la calidad con respecto a grandes areas del mercado de granulos/briquetas. Las propiedades aglutinantes mejoradas conducen a un menor volumen de finos y una mejor cohesion. Este es uno de los criterios de calidad mas importantes para los granulos. Se obtiene una mayor capacidad en las prensas de granulos y briquetas, con el mismo consumo de electricidad, porque la pasta que es sometida a explosion de vapor tiene una consistencia mas blanda y puede granularse mas facilmente que la madera molida finamente de forma mecanica, y tambien es posible aumentar el peso especffico de los granulos y briquetas sin aumentar el consumo de electricidad.

La relacion de mezcla optima de pasta sometida a explosion de vapor/tratada termicamente con respecto a otros materiales que contienen lignina, tales como madera, en granulos/briquetas, depende de un numero de factores, que a menudo son diferentes para cada planta individual. El tipo de material que contiene lignina usado, tal como madera, es un factor principal, como lo es la disponibilidad de materias primas en la planta en general. La relacion entre los costes de electricidad y la energfa termica usada en el proceso en el reactor tambien es importante, porque la porcion que se mezcla con la pasta sometida a explosion de vapor se muele finamente en un molino de impacto por adelantado, lo que requiere energfa electrica. Tambien es de gran importancia a que mercado van destinados los productos, granulos o briquetas, ya que la importancia relativa del aumento en la calidad puede ser diferente. Para algunos mercados, sera optimo que no se mezcle nada, es decir, que solo se use pasta sometida a explosion de vapor y/o solo pasta tratada termicamente, mientras que para otros mercados puede ser optima una mezcla del 20-25 %. En otros casos, solo puede usarse el 10-20 % en peso de la pasta sometida a explosion de vapor/tratada termicamente y el 80-90 % del peso de material que contiene lignina que no esta sometido a explosion de vapor tal como madera.

La consistencia de la pasta sometida a explosion de vapor/tratada termicamente tiene tambien un efecto sobre la calidad de los granulos/briquetas y, por tanto, sobre que relaciones de mezcla son optimas. El tamano de partfcula para las materias primas/el material despues de entrar en el reactor es decisiva para si la pasta se convierte en un polvo marron, como cuando la materia prima que se introduce es serrfn, o si la pasta tiene una consistencia mas parecida a la turba seca triturada, con haces de fibras mas largos que son blandos. Los granulos/briquetas del ultimo tipo de pasta proporcionan propiedades incluso mejores con respecto a una menor cantidad de finos que la pasta sometida a explosion de vapor del serrfn. Para crear este tipo de pasta, la materia prima entrante en el reactor debe ser mucho mas grande que el tamano de partfcula tfpico para serrfn, y algunos tipos de materiales que contienen lignina son mas adecuados que otros para producir tal pasta.

En el presente metodo, la humedad en la materia prima cuando entra en el reactor para someterla a explosion de vapor/tratarla termicamente es considerablemente menor (0-20 % en peso) que en el metodo de la tecnica anterior (30-45 % en peso). Esto significa que el consumo de vapor en el reactor que es necesario para calentar el material a la temperatura dada es menor, lo que da como resultado menores costes de produccion. Menores requisitos de vapor dan tambien un tiempo de llenado mas corto y un tiempo de reduccion de presion para el vapor, lo que a su vez da un mayor numero de porciones o lotes por unidad de tiempo. Esto significa una mayor capacidad de produccion en un reactor de un tamano dado.

En la presente invencion solo hay preferentemente una etapa de secado opcional, independientemente de la humedad inicial y la pasta no necesita secarse antes de pasarla a granulacion. Sin embargo, la masa puede secarse posiblemente de acuerdo con la presente invencion usando vapor supercalentado (insaturado) en el reactor durante el tratamiento termico, en lugar del vapor saturado que es comun para tal tratamiento termico.

Usando vapor sobrecalentado insaturado en el reactor durante el tratamiento termico, el agua se drenara fuera del material y la temperatura de la atmosfera en el reactor se reduce para obtener condiciones de equilibrio. De esta manera, el vapor supercalentado puede suministrarse en condiciones y cantidades que dan como resultado el mismo intervalo de temperatura (180-235 °C) en el reactor para el tratamiento termico que es necesario para el procesamiento como se ha descrito anteriormente. Tales condiciones pueden ser, por ejemplo, vapor acuoso insaturado de 350 °C a 20 bar. En la vida real, en este sentido, se obtiene tfpicamente una reduccion en la humedad en la materia prima de hasta 5 unidades porcentuales. Es decir, que el material cargado en el reactor con una humedad relativa del 20 % podrfa reducirse al 15 % y, analogamente, que si se alimenta al reactor el material con una humedad relativa del 12 %, la humedad de este material podrfa reducirse al 7 % inyectando vapor supercalentado en el reactor.

Por tanto, la presente invencion hace posible obtener un material extremadamente seco para formacion de granulos o briquetas y, de esta manera, granulos o briquetas extremadamente secos. Como alternativa, se usa la tecnica de vapor supercalentado para reducir el agua del material en el reactor, para reducir la temperatura o el tiempo de la etapa de secado antes del tratamiento termico para obtener el mismo producto con las mismas propiedades como se ha descrito anteriormente. Dependiendo de si la cantidad de energfa es mayor o menor o la misma que la suministrada con el vapor sobrecalentado, pueden obtenerse diferentes resultados y productos.

5

10

15

20

25

30

35

Tambien es posible secar el material mas en los reactores, pero entonces los reactores tendrfan que usarse como secadoras ademas de realizar el tratamiento termico, lo que ampliarfa el tiempo de retencion en los reactores y, de esta manera, reducirfa la capacidad de procesamiento.

La ventaja de realizar solo una etapa de secado y posiblemente obtener una reduccion adicional del contenido de agua en el material mediante vapor supercalentado en el reactor, es que se evitan dos etapas de secado clasicas como en la tecnica anterior, en donde se usan vapor saturado y dos secadoras, lo que significa un coste de inversion mas importante que si se usara solo una etapa de secado como en la presente invencion. Cuando la misma capacidad de secado tiene que dividirse en dos secadoras clasicas, los costes de inversion son sustancialmente mas altos que para una unica secadora que tiene una capacidad combinada. De acuerdo con la presente invencion, la capacidad de una secadora posiblemente puede reducirse tambien si se realiza un secado adicional en el reactor, como se ha mencionado anteriormente o el tiempo de tratamiento total puede reducirse.

En la presente invencion, la reduccion de presion puede llevarse a cabo alternativamente de modo que se obtenga una explosion de vapor o la reduccion de presion puede llevarse a cabo tan gradualmente que no haya explosion de vapor. La eleccion entre estos metodos se hace en base a si el material esta tan dividido finamente de antemano que no es necesario desfibrarlo mediante explosion de vapor.

El metodo que se proporciona de acuerdo con la presente invencion puede adaptarse a las plantas de granulos/briquetas existentes que estan basadas en molienda mecanica de finos y granulacion o briquetado sin otras inversiones que en el reactor o reactores, produccion por vapor, recepcion de la pasta y manipulacion del vapor que se separa de la pasta y mezclado opcional con un material que contiene lignina finamente molido de forma mecanica, por ejemplo madera. Si toda la materia prima se va a someter a explosion de vapor, puede ponerse un reactor en la lfnea de produccion en lugar de realizar la molienda fina (tfpicamente con un molino de impacto). Si se va a crear una mezcla, parte de las materias primas pueden moverse opcionalmente despues de la secadora a un reactor y parte a la molienda mecanica fina, tfpicamente en donde las partfculas mas grandes se llevan al reactor.

Si se va a adaptar el metodo de secado en dos etapas de la tecnica anterior a plantas existentes, debe invertirse en una secadora adicional para secar la pasta despues de la explosion de vapor, es decir, antes de que la pasta se granule o briqueta. En la practica, no puede usarse la misma secadora para las materias primas que se van a someter a explosion de vapor, y la porcion de materias primas que esta opcionalmente dividida finamente de forma mecanica, puesto que el requisito del contenido de humedad relativa despues del secado es muy diferente en ambos casos. Como tal, el metodo de acuerdo con la invencion es preferible para implementarlo de forma practica, logfstica y economica en plantas existentes.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para la produccion de granulos o briquetas a partir de un material que contiene lignina en forma de partfculas procesables que comprende las etapas de:

(a) hacer pasar el material que contiene lignina que tiene un contenido de humedad relativa del 0-20 % en peso en un reactor;

(b) calentar el material que contiene lignina a 180-285 °C inyectando vapor en el reactor;

(c) mantener el material en el reactor a la temperatura alcanzada durante 1-12 minutos para ablandar el material y liberar la lignina;

(d) reducir la presion en el reactor en al menos una etapa; y

(e) formar el material tratado para formar granulos o briquetas.
2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material que contiene lignina es un material lignocelulosico, un material que comprende madera, madera, bambu, bagazo, paja o hierba.
3. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material que contiene lignina esta en forma de polvo fino, serrfn, astillas, virutas, astillas de celulosa, lascas, raspaduras o recortes.
4. El metodo de la reivindicacion 3, en donde las astillas de celulosa tienen una longitud de 25 mm.
5. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la ultima reduccion de presion del reactor tiene lugar repentinamente por explosion de vapor, de modo que el material se desfibra.
6. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la reduccion de presion del reactor tiene lugar lentamente sin explosion de vapor.
7. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material que contiene lignina se divide finamente antes de que la etapa en el reactor, tal como en forma de polvo fino o serrfn con una longitud de menos de 3 mm.
8. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el vapor inyectado en el reactor es vapor insaturado supercalentado a 350 °C y 20 bar, lo que reduce adicionalmente la humedad del material durante el tratamiento termico.
9. El metodo de la reivindicacion 9, en donde el contenido de humedad del material que contiene lignina se reduce adicionalmente durante el tratamiento termico mediante vapor insaturado supercalentado en el intervalo de 1-5 % unidades de humedad relativa del material que contiene lignina.
10. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas la etapa de: hacer pasar el material, si este tiene un contenido de humedad relativa de mas del 20 % en peso, a una etapa de secado, y secarlo a un contenido de humedad relativa del 0-20 % en peso antes de hacer pasar el material que contiene lignina a un proceso de tratamiento termico.
11. El metodo de la reivindicacion 1, en donde un material se seca a un contenido de humedad relativa del 5-15 % en peso antes de hacerlo pasar a la etapa en el reactor (b).
12. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas la etapa de: mezclar el material tratado con el material que contiene lignina en una etapa (d3) entre las etapas (d) y (c).
13. El metodo de la reivindicacion 13, en donde el material que contiene lignina mezclado tiene un contenido de humedad de menos del 18 % en peso.
14. El metodo de la reivindicacion 13, en donde el material que contiene lignina mezclado tiene un tamano de partfcula de menos de 2 mm.
15. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas la etapa de:

(f) hacer pasar los granulos o briquetas a una enfriadora a traves de la cual se hace pasar aire para un enfriamiento controlado de los granulos o briquetas, con lo que se reduce el volumen de finos.
16. El metodo de la reivindicacion 1, en donde los granulos o briquetas tienen un contenido de humedad relativa menor del 5 % en peso.