ES2927344T3 - Procedimiento de tratamiento de la biomasa por co-trituración con una segunda carga de biomasa - Google Patents

Procedimiento de tratamiento de la biomasa por co-trituración con una segunda carga de biomasa Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para procesar una materia prima que contiene biomasa, comprendiendo dicho método al menos los siguientes pasos: a) una etapa de secado de dicha materia prima a una temperatura entre 20 y 180 °C durante una duración de entre 5 y 180 minutos , b) un paso de torrefacción de la materia prima seca proveniente del paso a) para producir al menos un efluente de biomasa sólida torrefactada, y c) un paso de co-molienda del efluente de biomasa sólida torrefactada del paso b) en presencia de un segundo materia prima de biomasa para obtener un polvo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de tratamiento de la biomasa por co-trituración con una segunda carga de biomasa
Campo técnico
La presente invención tiene como objeto el tratamiento de biomasa para su preparación con el objetivo de su valorización, en particular por gasificación, para la producción de hidrocarburos líquidos, y eventualmente la producción de bases petroquímicas y/o bases químicas y/o de hidrógeno.
Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de una carga que comprende biomasa con vista a su inyección en un reactor de gasificación para la producción de hidrocarburos, en particular gasolinas y gasóleo, y queroseno.
Técnica anterior
En el campo de la invención, el experto en la materia busca constantemente mejorar el acondicionamiento de la biomasa, en particular para mejorar su poder calorífico.
Más particularmente, la mejora de la granulometría del polvo obtenido por el procedimiento de tratamiento a partir de la biomasa y el coste energético asociado a este tratamiento, son parámetros esenciales para la preparación de la biomasa, en particular en procedimientos de gasificación más globales.
El tratamiento de biomasa es bien conocido por el experto en la técnica por su valorización mediante la producción de hidrocarburos. Las principales etapas de este tratamiento son el secado, el tratamiento térmico, tal como la torrefacción y la trituración. Estas etapas se describen en particular en la solicitud WO2014/068253. Los principales parámetros de este tratamiento son las características del polvo obtenido, en particular estas dimensiones, así como el coste energético de la trituración y más generalmente del procedimiento.
La solicitud WO2013/114328 describe un procedimiento para triturar una carga carbonada derivada de la biomasa en presencia de aditivos en forma de polvo de dimensión micrométrica, derivado de materia mineral tal como estearato de magnesio o sílice en forma de microperlas y/o vegetal tal como carbón vegetal, con el objetivo de mejorar las propiedades del polvo obtenido por la trituración de la biomasa tales como la fluidez y la capacidad de fluidificación, y así permitir la obtención de una mezcla íntima de polvos de bajas granulometrías. Este documento no describe el uso de aditivos más que en forma de polvo y solo con dimensiones micrométricas, durante la trituración de la biomasa. La optimización del tratamiento y del acondicionamiento de la biomasa, en particular mediante la simplificación de los procedimientos usados, la disminución del coste energético de dichas etapas, en particular la etapa de trituración sigue siendo una apuesta importante en el campo de la invención. Sorprendentemente, el solicitante ha descubierto un procedimiento para tratar una primera carga de biomasa mediante al menos una etapa de co-trituración de dicha carga en mezcla con una segunda carga de biomasa. Ventajosamente, dicha co-trituración permite la trituración de las cargas, así como el secado y la trituración de una segunda carga de biomasa. En efecto, la trituración de la carga de biomasa es una etapa exotérmica y el calor generado permite ventajosamente secar simultáneamente la segunda carga de biomasa. Otra ventaja del procedimiento según la invención es la disminución del coste energético del procedimiento por la integración energética de los gases formados durante las distintas etapas.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo procedimiento para tratar una primera carga de biomasa sólida, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:
a) Una etapa de secado de dicha carga a una temperatura comprendida entre 20 y 180°C, durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos,
b) Una etapa de torrefacción de la carga secada resultante de la etapa a) para producir al menos un efluente sólido de biomasa torrefactada, y
c) Una etapa de co-trituración del efluente sólido de biomasa torrefactada de la etapa b) en presencia de una segunda carga de biomasa sólida para obtener un polvo, en el que la segunda carga de biomasa sólida entra en la etapa c) de co-trituración a un porcentaje de humedad comprendido entre 3,1 y 30% másico.
Una ventaja del procedimiento según la presente invención es permitir la obtención de una mezcla íntima de polvos de bajas granulometrías que provienen de cargas de biomasa.
Una ventaja de la co-trituración según la presente invención es permitir el secado de una segunda carga de biomasa en bruto simultáneamente con la etapa c) de co-trituración mediante la transferencia de la energía térmica generada por la trituración de la biomasa torrefactada hacia la segunda carga de biomasa.
Otra ventaja de la presente invención es permitir el tratamiento de biomasas a un coste energético limitado gracias a la combinación de una secuencia de etapas que trabajan en condiciones específicas que permiten su integración energética.
Preferiblemente, el procedimiento comprende una etapa d) de secado final del polvo obtenido al final de la etapa c) a una temperatura comprendida entre 100 y 300°C.
Preferiblemente, la etapa d) de secado se lleva a cabo simultáneamente con la etapa c) de co-trituración.
Preferentemente, la biomasa es biomasa de tipo lignocelulósico. Preferiblemente, el procedimiento comprende una etapa i) de pretratamiento de la primera carga de biomasa, preferiblemente una etapa de trituración primaria.
Preferentemente, la etapa b) de torrefacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 200 y 350°C, preferentemente entre 220 y 340°C, preferentemente entre 250 y 320°C, y más preferentemente entre 270 y 300°C, durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos, y preferentemente entre 15 y 60 minutos, a una presión absoluta de funcionamiento comprendida preferentemente entre 0,01 y 1,5 MPa, preferentemente entre 0,01 y 1,0 MPa, y de manera más preferida entre 0,05 y 0,15 MPa.
Preferiblemente, el procedimiento comprende una etapa ii) de combustión de los gases de torrefacción resultantes de la etapa b).
Preferentemente, la energía resultante de la etapa ii) de combustión de los gases de torrefacción se utiliza para suministrar la energía térmica necesaria en una etapa del procedimiento, preferentemente en las etapas a), b) y/o d). Preferiblemente, la segunda carga de biomasa se somete a una etapa iii) de secado preliminar y/o trituración primaria. Preferentemente, el efluente sólido de biomasa torrefactada de la etapa b) se introduce en la etapa c) de co-trituración en un porcentaje másico entre el efluente sólido de biomasa torrefactada en la carga sólida total comprendido entre 1,0 y 99% másico, preferentemente entre 50 y 98% másico, y preferentemente entre 40 y 95% másico, siendo dicha carga total sólida la suma del efluente sólido de biomasa torrefactada y de la segunda carga de biomasa.
Preferentemente, habiendo sido sometida o no la segunda carga de biomasa bruta a una etapa preliminar de secado iii), que entra en la etapa c) de co-trituración a un porcentaje de humedad comprendido entre 4,0 y 25% másico, y de manera muy preferida comprendido entre 5,0 y 20% másico.
Preferiblemente, el procedimiento comprende una o más etapas de almacenamiento e) del efluente resultante de una o cualquiera de las etapas del procedimiento, y preferiblemente en una o más de las etapas a), b), c), o d).
Preferiblemente, el procedimiento comprende una etapa f) de transporte, preferiblemente de transporte neumático. Preferentemente, el procedimiento comprende una etapa g) de gasificación a una temperatura comprendida entre 800 y 1800°C, preferentemente entre 1000 y 1600°C y más preferentemente entre 1200 y 1500°C, y a una presión absoluta ventajosamente comprendida entre 2,0 y 12,0 MPa, preferentemente entre 2,5 y 6,0 MPa, y más preferentemente entre 3,0 y 5,0 MPa.
Definiciones y abreviaturas
En toda la descripción, los siguientes términos o abreviaturas tienen el siguiente significado:
Se entiende por carga de biomasa, de manera no limitativa, la biomasa de tipo sólido, y en particular la biomasa de tipo lignocelulósico. Ejemplos no limitativos de tipos de biomasa se refiere, por ejemplo, a los residuos de explotación agrícola (en particular, paja, mazorcas de maíz), los residuos de explotación forestal, los productos de explotación forestal, los residuos de aserradero, los cultivos dedicados, por ejemplo monte bajo de rotación corta.
Se entiende por pérdida de masa anhidra el porcentaje de materia perdida durante la etapa de torrefacción (excluyendo el agua) reducido a la masa total inyectada en la etapa de torrefacción (excluyendo el agua).
Se entiende por torrefacción un procedimiento de tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 200 y 350°C, y generalmente llevado a cabo en atmósfera empobrecida en oxígeno.
Se entiende por gasificación una etapa que usa una reacción de oxidación parcial que convierte la carga en gas de síntesis que comprende principalmente monóxido de carbono y dihidrógeno.
Se entiende por co-trituración la trituración de la carga de biomasa en presencia de la segunda carga de biomasa bruta.
Se entiende por relación másica, la relación entre la masa del constituyente considerado con relación a la masa total de la carga.
Se entiende por tamaño característico la medida de la longitud de una partícula según su mayor dimensión.
Se entiende por anisótropo propiedades variables de resistencia de la materia según la orientación de la fuerza a la que está sometida.
Se entiende por porcentaje de humedad la relación entre la masa de agua en una carga y la masa total de dicha carga. Descripción detallada de la invención
En el sentido de la presente invención, las diferentes realizaciones presentadas a lo largo de la descripción pueden usarse solas o en combinación las unas con las otras, sin limitación de combinación.
Carga
Según la invención, las primera y segunda cargas del procedimiento se escogen de biomasa sola o en mezcla. La cantidad de agua contenida en la carga está comprendida entre 1 y 80% másico, preferentemente entre 5 y 75%, y preferentemente entre 10 y 70%.
La biomasa es biomasa de tipo sólido, y en particular biomasa de tipo lignocelulósico. Ejemplos no limitativos de tipos de biomasa se refieren, por ejemplo, a residuos de explotación agrícola (en particular, paja, mazorcas de maíz), residuos de explotación forestal, productos de explotación forestal, residuos de aserradero, cultivos dedicados, por ejemplo monte bajo de rotación corta.
Preferiblemente, la biomasa es biomasa lignocelulósica. Comprende esencialmente tres constituyentes naturales presentes en cantidades variables según su origen: celulosa, hemicelulosa y lignina.
La carga de biomasa lignocelulósica se utiliza en su forma, es decir en todos estos tres constituyentes, de celulosa, hemicelulosa y lignina.
En una realización preferida de la invención, la biomasa lignocelulósica se escoge de biomasa herbácea, residuos de explotación agrícola tal como residuos de paja, de mazorcas de maíz, bagazo de caña de azúcar, residuos agrícolas forestales o de aserradero tales como virutas de madera o cualquier otro tipo de residuo lignoso.
En una realización preferida de la invención, la primera carga de biomasa puede eventualmente someterse a una etapa i) de pretratamiento previo a su introducción en la etapa a) del procedimiento según la invención. El objetivo de la etapa i) de pretratamiento es permitir la inyección de la carga pretratada en la etapa a) de secado.
La etapa i) de pretratamiento depende del tipo de carga considerada. Preferentemente, la etapa i) de pretratamiento es una etapa de trituración primaria de dicha carga que permite reducir su granulometría a un tamaño característico comprendido entre 10 y 50 mm. Dicha etapa i) de trituración primaria se lleva a cabo ventajosamente según una técnica conocida por el experto en la materia. La etapa i) de pretratamiento también puede comprender ventajosamente un conformado de la carga tal como, por ejemplo, por peletización, compresión o cualquier otra técnica conocida por el experto en la materia para facilitar su transporte, su almacenamiento, y su posterior tratamiento en la etapa a) de secado del procedimiento según la invención.
Etapa a) de secado
Según la invención, el procedimiento comprende una etapa a) de secado de la primera carga de biomasa, eventualmente pretratada, dicha etapa a) de secado se lleva a cabo poniendo en contacto la carga con un flujo de gas caliente que se enfría. El flujo de gas caliente entra en dicha etapa a una temperatura comprendida entre 50 y 500°C, preferentemente entre 100 y 450°C, y preferentemente entre 150 y 350°C, y durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos, preferentemente entre 10 y 100 minutos, y preferiblemente entre 15 y 60 minutos, y proporciona la carga seca y eventualmente pretratada. El sólido seco sale de dicha etapa a una temperatura comprendida entre 40 y 120°C, preferentemente entre 50 y 90°C, aún más preferentemente entre 60 y 80°C.
El objetivo del secado es eliminar el agua contenida en la carga. Según la invención, la cantidad de agua residual a la salida de la etapa a) de secado está comprendida entre 0,0 y 5,0% másico con respecto a la masa total de la carga, preferentemente entre 0,0 y 4,5%, de manera preferida entre 0,0 y 4,0%.
La energía necesaria para el secado se obtiene generalmente poniendo la carga en contacto con un flujo de gases calientes.
El flujo de gas caliente utilizado en la etapa de secado puede provenir ventajosamente de la combustión de un insumo al procedimiento y preferentemente de la combustión de gas natural y/o de la combustión de un flujo gaseoso resultante de otra etapa del procedimiento.
Por ejemplo, la combustión de los gases resultantes de la etapa b) de la torrefacción produce un flujo de gas caliente que puede ser utilizado para secar la carga mediante cualquier método conocido por el experto en la materia.
El efluente gaseoso de la etapa a) que contiene agua se puede utilizar para precalentar el aire que permite la combustión del gas natural y/o del flujo gaseoso producido durante la torrefacción.
En una realización preferida, dicha carga (1) introducida en la etapa a) consiste en biomasa tal como se ha definido anteriormente.
En una realización particular, dicha carga (1) introducida en la etapa a) consiste en biomasa tal como se ha definido anteriormente.
Etapa b) de torrefacción
Según la invención, la carga secada resultante de la etapa a) se envía a una etapa b) de torrefacción para producir al menos un efluente sólido de biomasa torrefactada.
La torrefacción es un proceso de descomposición térmica suave en un rango de temperatura comprendido entre 200 y 350°C. Este proceso se caracteriza generalmente por bajas velocidades de subida en temperatura (< 50°C/min) y largos tiempos de estancia (entre 20 min y 60 min).
Según la invención, la etapa b) de torrefacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 200 y 350°C, preferentemente entre 220 y 340°C, preferentemente entre 250 y 320°C, y más preferentemente entre 270 y 300°C durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos, y preferentemente entre 15 y 60 minutos, a una presión de funcionamiento absoluta preferentemente comprendida entre 0,01 y 1,5 MPa, preferentemente entre 0,01 y 1,0 MPa, y de manera más preferida entre 0,05 y 0,15 MPa. La operación de torrefacción se lleva a cabo en un entorno cuyo contenido en oxígeno es inferior a 10,0% en volumen, preferentemente está comprendido entre 0,0 y 10,0% en volumen, preferentemente entre 0,0 y 8,0% en volumen y preferentemente entre 0,0 y 3,0% en volumen.
A alrededor de los 200°C, las hemicelulosas, que son los compuestos más reactivos de la biomasa lignocelulósica, empiezan a sufrir reacciones de desvolatilización y carbonización. A este nivel de temperatura, la celulosa y la lignina, por su parte, se transforman poco. Los productos de descomposición de la biomasa lignocelulósica se generan en forma de gases condensables (principalmente agua, ácido fórmico, ácido acético y otros compuestos orgánicos) e incondensables (principalmente CO y CO2).
La torrefacción modifica la estructura de la biomasa lignocelulósica y por lo tanto sus propiedades. En particular, la operación de torrefacción hace que la biomasa sea más frágil y atenúa su carácter fuertemente anisótropo. Es bien conocido por el experto en la técnica que la madera, por ejemplo, de por su naturaleza fibrosa, tendrá una resistencia elástica al estiramiento mucho más importante si se aplica en la dirección de las fibras que si se aplica transversalmente a éstas. Así, en comparación con un polvo de biomasa de una granulometría media dada, obtener un polvo equivalente a partir de la misma biomasa que haya sufrido una etapa de torrefacción, necesitaría una energía de trituración mucho más baja (efecto relacionado a la fragilidad del material) y la forma final de las partículas sólidas obtenidas se aproxima a las partículas esféricas (efecto relacionado al carácter menos anisótropo) lo que facilita la trituración ulterior.
Dicha etapa b) de torrefacción se puede llevar a cabo ventajosamente en un dispositivo de tipo horno rotatorio, horno giratorio, horno a tornillos, horno de lechos móviles, y hornos de lechos fluidizados.
Según la invención, la etapa b) de torrefacción produce un efluente sólido denominado biomasa torrefactada.
Dicha etapa b) de torrefacción también permite la producción de un efluente gaseoso combustible, denominado gas de torrefacción, cuya cantidad representa preferentemente de 5,0 a 40,0% de la masa de biomasa secada resultante de la etapa a) inicial según las condiciones de funcionamiento, y más preferiblemente de 10,0 a 35,0%.
Uno de los parámetros clave de la etapa de torrefacción es la pérdida de masa anhidra (expresada en porcentaje másico) definida como el porcentaje de pérdida de masa entre la biomasa inicial seca y la biomasa torrefactada seca. Cuanto mayor sea esta pérdida, menor será el rendimiento de masa sólida, mayor será la cantidad de gas de torrefacción generado. Se sabe que el poder calorífico inferior (PCI) de este gas también depende del porcentaje de pérdida de masa anhidra (el PCI es función creciente de este porcentaje para una carga dada).
Según la invención, la elección de un porcentaje suficientemente elevado de pérdida de masa anhidra durante la etapa de torrefacción permite limitar el consumo de un combustible que entra en el procedimiento, en particular durante el secado. Así, limita el uso de combustible de origen fósil mediante la valorización de los gases de torrefacción generados durante la etapa de torrefacción.
En una realización preferida, el porcentaje de pérdida anhidra se escoge de manera que el calor desprendido por la combustión de los gases de torrefacción (de manera interna o externa en postcombustión) permite aportar la energía necesaria para al menos una etapa de secado. Preferentemente, la pérdida de masa anhidra está comprendida entre 1,0 y 40,0% másico, preferentemente entre 5,0 y 35,0% másico, y preferentemente entre 15,0 y 30,0% másico, con respecto a la masa total de la carga introducida en la etapa b) de torrefacción.
En una realización del procedimiento, los gases de torrefacción se envían a una etapa ii) de combustión en la que se queman para producir un flujo de gases calientes en una cámara de combustión en presencia de aire y eventualmente de gas natural que puede ser enviado a las etapas a) y/o d) de secado, o un flujo de gas caliente que puede ser reenviado a la etapa b) de torrefacción. Ventajosamente, la etapa ii) de combustión puede integrarse o no en la etapa b) de torrefacción.
En una realización, la energía producida durante la etapa ii) de combustión de los gases de torrefacción resultantes de la etapa b) se utiliza para aportar la energía necesaria para al menos una etapa del procedimiento, preferentemente, en la etapa a) de secado, y más preferentemente, en la etapa d) de secado final por medio del flujo, o en la etapa b) de torrefacción por medio del flujo.
La energía térmica resultante de la etapa ii) de combustión se envía a las etapas a), b) y/o d) por medios conocidos por el experto en la materia.
Una parte del flujo de gas caliente resultante de la etapa ii) de combustión puede ser enviado ventajosamente a una etapa de intercambio térmico que permite precalentar el aire utilizado en la etapa a) de secado y en la etapa de secado final d).
En una realización, una parte del flujo de gases calientes resultantes de la etapa ii) de combustión se inyecta directamente en la etapa b) de torrefacción de manera a proporcionar, por intercambio de calor gas/sólido, la energía necesaria para la transformación de la carga de biomasa.
Si el flujo de gas de torrefacción combustible resultante de la etapa b) no es suficiente, se puede ventajosamente introducir un combustible adicional y preferentemente gas natural en la etapa ii) de combustión de manera a obtener la energía necesaria para las diferentes etapas que consumen energía térmica.
Al final de la etapa b) de torrefacción, el efluente sólido de biomasa torrefactada se obtiene con un porcentaje de humedad comprendido entre 0,0 y 5,0% másico, y preferentemente entre 0,0 y 3,0% másico, y de manera muy preferida entre 0,001 y 3,0%. Por sólido de biomasa torrefactada se entiende un sólido obtenido por torrefacción de la biomasa.
El efluente sólido de biomasa torrefactada obtenido al final de la etapa b) puede almacenarse eventualmente en una etapa de opcional de almacenamiento antes de su introducción en la etapa c) de co-trituración del procedimiento según la invención. Dicha etapa de almacenamiento se puede llevar a cabo ventajosamente según métodos conocidos por el experto en la materia. Preferiblemente, la biomasa sólida torrefactada se puede almacenar en almacenamientos de tornillos planetarios, en silos, o bajo hangar en células abiertas adaptadas.
En el caso ventajoso en el que la etapa c) de co-trituración se lleva a cabo de manera secuencial, una etapa de almacenamiento permite continuar la realización de la etapa b) de torrefacción y la etapa ii) opcional de combustión a fin de seguir produciendo el flujo de gas caliente necesario para las etapas a) de secado y d) de secado final.
Etapa c) de co-trituración
Según la invención, el procedimiento comprende una etapa c) de co-trituración del efluente sólido de biomasa torrefactada resultante de la etapa b), y que se ha almacenado eventualmente en una etapa de almacenamiento opcional de almacenado, en presencia de una segunda carga de biomasa para obtener un efluente triturado, también denominado polvo triturado. Dicha etapa c) de co-trituración se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 0°C y 150°C, y preferentemente entre 20°C y 100°C, y aún más preferentemente entre 50°C y 90°C. La segunda carga de biomasa y el efluente sólido de biomasa torrefactada se trituran simultáneamente en una misma y única trituradora.
El objetivo de la etapa c) de co-trituración es reducir la granulometría de las dos cargas de biomasas introducidas en dicha etapa c), asegurando al mismo tiempo una forma de partícula propicia para su transporte y uso ulteriores, y preferentemente para su inyección en una etapa de gasificación. Las partículas del efluente al final de dicha etapa c) de co-trituración tienen un tamaño característico comprendido entre 50 y 500 micrómetros, preferentemente entre 70 y 200 micrómetros, y preferentemente entre 80 y 150 micrómetros.
Dicha segunda carga de biomasa introducida en la etapa c) de co-trituración se escoge de las cargas de biomasa tal como se han definido anteriormente. La segunda carga de biomasa puede ser idéntica o diferente a la carga de biomasa introducida en la etapa a) de secado.
Preferiblemente, las dimensiones de la segunda carga de biomasa introducida en la etapa c) de co-trituración están comprendidas entre 1,0 y 100 milímetros, preferiblemente entre 2,0 y 80 milímetros, preferiblemente entre 3,0 y 70 milímetros, preferiblemente entre 4,0 y 60 milímetros, y preferentemente entre 5,0 y 50 milímetros.
En una realización particular, la carga fósil puede tener unas dimensiones comprendidas entre 30 y 100 milímetros, preferentemente entre 35 y 90 milímetros, preferentemente entre 40 y 80 milímetros, y más preferiblemente entre 45 y 70 milímetros.
En otra realización particular, la carga fósil puede tener unas dimensiones comprendidas entre 1,0 y 60 milímetros, preferentemente entre 2,0 y 50 milímetros, preferentemente entre 3,0 y 40 milímetros, y preferiblemente entre 4,0 y 30 milímetros.
El porcentaje de humedad de la segunda carga sólida de biomasa que entra en la etapa c) de co-trituración debe estar comprendido entre 3,1 y 30,0% másico, preferentemente entre 4,0 y 25,0% másico, y muy preferiblemente entre 5,0 y 20,0% másico.
En una realización preferida de la invención, dicha segunda carga de biomasa puede sufrir eventualmente una etapa iii) de pretratamiento previa a su introducción en la etapa c) del procedimiento según la invención. El objetivo de la etapa iii) de pretratamiento es permitir la inyección de la segunda carga de biomasa en la etapa c) de co-trituración a las especificidades deseadas.
La etapa iii) de pretratamiento depende del tipo de segunda carga de biomasa considerada. Preferiblemente, la etapa iii) de pretratamiento es una etapa de trituración primaria de dicha segunda carga que permite reducir su granulometría hasta un tamaño característico comprendido entre 10 y 50 mm. Dicha etapa iii) de trituración primaria se lleva a cabo ventajosamente según una técnica conocida por el experto en la materia. La etapa iii) de pretratamiento también puede comprender ventajosamente la conformación de la segunda carga de biomasa como, por ejemplo, por peletización, compresión o cualquier otra técnica conocida por el experto en la materia, en vista a facilitar su transporte, su almacenamiento y su tratamiento ulterior en la etapa c) de co-trituración del procedimiento según la invención.
Ventajosamente, la etapa iii) de pretratamiento es una etapa de secado preliminar que depende del porcentaje inicial de humedad de la segunda carga de biomasa antes de su introducción en la etapa c) de co-trituración. La etapa iii) de secado preliminar permite obtener una segunda carga bruta de la biomasa denominada pre-secada y hacerla compatible con su inyección en la etapa c) de co-trituración.
Preferiblemente, el efluente sólido de biomasa torrefactada y la segunda carga de biomasa se introducen en dicha etapa c) de co-trituración de manera que el porcentaje másico entre el efluente sólido de biomasa torrefactada en la carga total sólida que alimenta la etapa c) de co-trituración esté comprendido entre 1 y 99% másico, preferentemente entre 40 y 98% másico, preferentemente entre 50 y 95% másico. Se entiende por carga total sólida la suma del efluente sólido de biomasa torrefactada y de la segunda carga de biomasa.
Preferiblemente, la etapa de co-trituración se puede llevar a cabo en presencia de un compuesto adicional útil para la etapa ulterior de gasificación, dicho compuesto se escoge de cenizas vitrificadas, arena, piedra caliza, cal u otros compuestos conocidos por el experto en la materia, solos o en mezcla.
Preferentemente, la trituradora se escoge de manera a optimizar el transporte neumático del polvo obtenido al final de la etapa c), minimizando la velocidad mínima de fluidización (UMF), así como su propio consumo energético.
Preferiblemente, dicha etapa c) de co-trituración se lleva a cabo en una trituradora de tipo “roller mill”, “universel”, “attrition”, o cualquier otro tipo de trituradora conocida por el experto en la materia.
De manera sorprendente, la solicitante ha constatado que la co-trituración del efluente sólido de biomasa torrefactada y de una segunda carga de biomasa conduce, además de la trituración de la segunda carga bruta de biomasa, al secado particularmente eficaz de dicha carga de biomasa. En efecto, la trituración es una etapa muy exotérmica. Además, la realización tal como se describe según la invención permite una mezcla íntima de las dos cargas de biomasa. Así, la co-trituración de una carga poco húmeda, tal como el efluente sólido de biomasa torrefactada con una carga húmeda, tal como la segunda carga de biomasa, permite una transferencia del calor generado por la trituración de la biomasa hacia el agua contenido en la segunda carga de biomasa y así optimizar el secado de esta última. Este secado simultáneo permite ventajosamente simplificar el número de etapas del procedimiento, así como limitar su consumo energético.
Etapa opcional d) de secado final
En una realización particular, el procedimiento según la invención también puede comprender una etapa d) de secado final del polvo obtenido al final de la etapa c). Esta etapa de secado final d) se lleva a cabo poniendo la carga en contacto con un flujo de gas. Dicho flujo de gas entra en dicha etapa a una temperatura comprendida entre 50 y 150°C, preferentemente entre 70 y 120°C para producir un polvo secado.
El objetivo de la etapa opcional d) de secado final es disminuir el porcentaje de humedad del polvo resultante de la etapa c) hasta un nivel aceptable para su inyección en una etapa de tratamiento ulterior, y preferentemente a una etapa de gasificación. Preferiblemente, la etapa opcional d) de secado final permite disminuir el porcentaje de humedad del polvo obtenido al final de la etapa c) por debajo de 3,0% másico, preferiblemente entre 1,0 y 3,0% másico.
Preferiblemente, la etapa d) de secado final se lleva a cabo simultáneamente con la etapa de co-trituración c).
La energía térmica necesaria para este secado está proporcionada por la combustión de un flujo que entra en el procedimiento (gas natural por ejemplo), o bien preferentemente por la integración energética mediante un intercambiador de calor que precalienta el aire de secado usando un efluente caliente de la etapa ii) de combustión. Según la invención, la elección de un porcentaje suficientemente alto de pérdida de masa anhidra de la etapa b) de torrefacción permite limitar el uso de un combustible que entra en el procedimiento en la etapa d); en particular, limita el uso de combustible de origen fósil.
Etapa opcional e) de almacenamiento
El procedimiento según la invención puede comprender ventajosamente una o varias etapas e) de almacenamiento del efluente resultante de una cualquiera de las etapas del procedimiento, preferentemente de la etapa a), b), c), o d). Preferiblemente, el efluente resultante de la etapa c) o d) se almacena para producir un efluente almacenado también denominado polvo almacenado.
El almacenamiento permite conservar un volumen de reserva de la carga. Este volumen es necesario para mantener la operatividad de la sección aguas abajo en caso de parada de la sección aguas arriba.
La etapa e) de almacenamiento se compone preferentemente de silos con volúmenes útiles suficientes para asegurar el abastecimiento de la sección aguas abajo. Por ejemplo, el volumen de estos silos debe asegurar un abastecimiento de 24 a 48 horas desde la sección aguas abajo.
La etapa e) de almacenamiento también puede incluir una sección de presurización vía diferentes capacidades sucesivas que funcionan de manera secuencial a fin de aumentar la presión de almacenamiento de la carga hasta una presión compatible con su inyección en una etapa ulterior, y preferentemente en una etapa de gasificación.
Etapa opcional f) de transporte
El efluente resultante de la etapa c) o el efluente resultante de la etapa d) o el efluente resultante de la etapa e) de almacenamiento pueden sufrir ventajosamente una etapa e) de transporte. El efluente así transportado se denomina efluente transportado o también polvo transportado. La etapa f) de transporte permite llevar el efluente, preferentemente formulado y que presenta la composición deseada, hacia una etapa ulterior, y preferentemente hacia una etapa g) de gasificación.
Preferiblemente, la etapa f) de transporte se lleva a cabo según la tecnología de transporte neumático.
El gas vector utilizado en la etapa f) de transferencia por transporte neumático es preferentemente nitrógeno, CO2 o cualquier otro gas inerte que permite evitar la formación de una zona de atmósfera explosiva (polvos ATEX) y compatible con la etapa ulterior situada aguas abajo, y preferentemente con la etapa f) de gasificación.
El caudal del gas vector se calcula según métodos conocidos por el experto en la materia a fin de obtener al mismo tiempo el caudal y la densidad de transporte deseados. Los parámetros de la etapa b) de torrefacción y de la etapa c) co-trituración se seleccionan de manera a optimizar la calidad de este transporte (UMF optimizado según los consumos energéticos de estas secciones).
Etapa opcional g) de gasificación
El polvo resultante de la etapa c), d) o de una etapa e) de almacenamiento se transporta a la etapa f), preferentemente formulado y que presenta la composición deseada, se puede enviar ventajosamente a una etapa ulterior g) de gasificación.
Dicha etapa g) de gasificación lleva a cabo una reacción de oxidación parcial que convierte la carga en un gas de síntesis que comprende principalmente monóxido de carbono e hidrógeno. La etapa g) de gasificación se lleva a cabo ventajosamente en presencia de una cantidad controlada de oxígeno en forma de un flujo cuyo caudal está controlado y que contiene al menos 90% en volumen de oxígeno, preferentemente al menos 96% en volumen de oxígeno.
La etapa g) de gasificación del efluente se lleva a cabo ventajosamente según métodos conocidos por el experto en la materia.
Preferiblemente, se lleva a cabo en un gasificador de tipo plasma, lecho fijo o lecho fluidizado o preferiblemente en un gasificador de flujo arrastrado con pared enfriada a alta temperatura, es decir a una temperatura comprendida entre 800 y 1800°C, preferiblemente entre 1000 y 1600°C, y más preferentemente entre 1200 y 1500°C, y a una presión absoluta ventajosamente comprendida entre 2 y 12 MPa, preferentemente entre 2,5 y 6 MPa, y más preferentemente entre 3 y 5 MPa. La alta temperatura permite obtener un alto porcentaje de conversión de carbono y por lo tanto reducir la cantidad de carbono no convertido en las cenizas producidas y así reducir la cantidad de cenizas recicladas hacia el gasificador.
En una realización particular de la invención, el procedimiento comprende las etapas a), b), y c), o las etapas a), b), c) y d), o las etapas a), b), c), d), y e), o las etapas a), b), c), d), e) y f), o las etapas a), b), c), d), e), f) y g).
En una realización particular de la invención, el procedimiento está constituido de las etapas a), b), y c), o las etapas a), b), c) y d), o las etapas a), b), c), d), y e), o las etapas a), b), c), d), e) y f), o las etapas a), b), c), d), e), f) y g). Los ejemplos siguientes ilustran la invención sin limitar su alcance.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 : procedimiento sin co-trituración (según la técnica anterior)
Según este ejemplo, el procedimiento permite tratar dos cargas en dos líneas de preparación distintas:
• Una carga A de tipo biomasa lignocelulósica en forma de virutas de madera de roble con un tamaño característico de 20 a 30 mm. La humedad de esta carga es de 30% másico.
• Una segunda carga de biomasa B de tipo biomasa lignocelulósica en forma de virutas de madera de haya con un tamaño característico de 20 a 30 mm. La humedad de esta carga es de 30% másico.
Aquí, las cargas A y B son diferentes.
Este procedimiento no incluye etapa de co-trituración, ni integración energética entre las etapas de tratamiento de las cargas A y B.
El procedimiento de tratamiento de la carga A comprende una etapa de integración energética de la etapa b) de torrefacción hacia la etapa a) de secado de la biomasa.
El objetivo de este procedimiento es preparar 1 tonelada de carga por hora para el procedimiento aguas abajo, aquí una gasificación.
Descripción de la línea de preparación de carga A:
La carga A se mezcla con la segunda carga de biomasa B. La mezcla se envía a una etapa de secado que permite disminuir la humedad de la carga a 3% másico. La temperatura del sólido a la salida de la etapa de secado es de 70°C. Las virutas secas se llevan a una etapa de torrefacción que trabaja a una temperatura promedia de 300°C. La pérdida de masa anhidra durante la etapa de torrefacción es de 27%. La humedad residual de las virutas que salen de esta etapa se considera nula.
Las virutas secas y torrefactadas se envían a una etapa de trituración, cuya tecnología es conocida por el experto en la materia, por ejemplo del tipo trituradora pendular de rodillos (Roller mill). Esta etapa permite reducir el tamaño de las partículas principalmente (90% de las partículas) por debajo de 90 micrómetros. La técnica utilizada para la caracterización del tamaño de las partículas utiliza tamices según la norma NF EN 933.
Según este ejemplo, no hay etapa denominada de secado final, la carga A en forma de polvo secado y torrefactado se envía vía un transporte neumático en la fase diluida a una etapa de almacenamiento y después a una etapa de transporte neumático que permite inyectarlo en el procedimiento aguas abajo de gasificación. El transporte neumático se lleva a cabo aquí en fase densa. La etapa de transporte neumático en fase densa se lleva a cabo con nitrógeno como gas vector inerte.
La siguiente tabla da los consumos utilizados para este esquema:
Figure imgf000010_0001
La electricidad consumida incluye la electricidad necesaria para la trituración en la trituradora pendular.
El gas natural consumido corresponde a los secados primario y final.
El nitrógeno corresponde a las necesidades de transporte neumático y de aireación en los silos.
Ejemplo 2 : procedimiento con co-trituración sin integración energética hacia la etapa (según la invención)
Según este ejemplo, el procedimiento permite tratar dos cargas:
• Una primera carga de biomasa A del tipo biomasa lignocelulósica en forma de virutas de madera de roble con un tamaño característico de 20 a 30 mm. La humedad de esta carga es de 30% másico.
• Una segunda carga de biomasa B del tipo biomasa lignocelulósica en forma de virutas de madera de haya con un tamaño característico de 20 a 30 mm. La humedad de esta carga es de 30% másico.
Este procedimiento comprende una etapa de co-trituración entre la línea de preparación de la carga A y la de la carga B, y no comprende integración energética hacia la etapa d) de secado. Las etapas de co-trituración y el secado final se llevan a cabo simultáneamente.
El calor resultante de la combustión de los gases de torrefacción se utiliza en la etapa b) de torrefacción, así como en la etapa a) de secado.
El objetivo de este procedimiento es preparar 1 tonelada de carga por hora para el procedimiento aguas abajo, aquí una gasificación.
Descripción de la línea de preparación de carga mezclada:
La carga A se envía a una etapa de secado que permite disminuir la humedad de la carga a 3% másico. La temperatura del sólido a la salida de la etapa de secado es de 70°C. Las virutas secas se llevan a una etapa de torrefacción que trabaja a una temperatura promedia de 300°C. La pérdida de masa anhidra durante la etapa de torrefacción es de 27%. La humedad residual de las virutas es despreciable a la salida de esta etapa y se considera nula.
Las virutas secas y torrefactadas se envían a una etapa de co-trituración, cuya tecnología es conocida por el experto en la materia, por ejemplo del tipo de trituradora pendular de rodillos. La segunda carga de biomasa B se lleva directamente a esta misma trituradora (sin pretratamiento previo). Esta etapa permite reducir el tamaño de las partículas principalmente (90% de las partículas) por debajo de 90 micrómetros. La técnica utilizada para la caracterización del tamaño de las partículas utiliza tamices según la norma NF EN 933.
Según este ejemplo, la mezcla de cargas sufre una etapa de secado d) concomitante con la etapa de trituración. Un efecto inesperado de esta trituración-secado en mezcla es disminuir la energía necesaria para secar la carga B. En efecto, la trituración de la carga A es exotérmica y produce un calor que se utiliza para secar la carga B. Dicho calor generado por la trituración de A permite disminuir significativamente la energía consumida para el secado. Este efecto se nota en el consumo de gas natural del quemador permitiendo subir la temperatura de la atmósfera de la trituradora. La mezcla de cargas A y B en forma de polvo secado resultante de la trituración se envía vía un transporte neumático en fase diluida a una etapa de almacenamiento y después a una etapa de transporte neumático que permite inyectarla en el procedimiento aguas abajo de gasificación. El transporte neumático se lleva a cabo aquí en fase densa. La etapa de transporte neumático en fase densa se lleva a cabo aquí con un gas vector inerte, siendo el gas en este ejemplo nitrógeno.
La siguiente tabla da los consumos utilizados para este esquema:
Figure imgf000011_0001
La electricidad consumida incluye la electricidad necesaria para la trituración en la trituradora pendular.
El gas natural consumido corresponde a la etapa d) de secado final.
El nitrógeno corresponde a las necesidades de transporte neumático y de aireación en los silos.
Ejemplo 3 : procedimiento con co-trituración con integración energética hacia la etapa d) de secado final (según la invención)
Según este ejemplo, el procedimiento comprende una etapa de co-trituración entre la línea de preparación de la carga A y la de la carga B, y por tanto permite tratar las dos cargas en una sola y única línea de preparación. Además, este procedimiento comprende una integración energética hacia la etapa d) de secado final.
Las etapas de co-trituración y de secado final se lleva a cabo simultáneamente.
Las características de las cargas A y B utilizadas en este procedimiento son idénticas a las de las cargas A y B utilizadas en el Ejemplo 2.
El calor resultante de la combustión de los gases de torrefacción se utiliza en la etapa b) de torrefacción, así como en la etapa a) de secado.
La ventaja del procedimiento llevado a cabo en este ejemplo es una integración energética de la etapa de torrefacción hacia la etapa de secado final del polvo de la mezcla de carga. En este caso, la pérdida de masa anhidra es del orden de 28%, y permite ventajosamente producir el calor necesario para dicho secado final.
La integración energética o también denominada integración térmica, se lleva a cabo aquí de manera indirecta, por medio del uso de un intercambiador de calor.
La siguiente tabla da los consumos utilizados para este esquema:
Figure imgf000011_0002
La electricidad consumida incluye la electricidad necesaria para la trituración en la trituradora pendular.
El gas natural consumido corresponde a la etapa d) de secado final.
El nitrógeno corresponde a las necesidades de transporte neumático y de aireación en los silos.
Estos ejemplos muestran claramente que la co-trituración (Ejemplo 2) de las cargas A y B permite disminuir significativamente el consumo de gas natural, de 293 (Ejemplo 1) a 296 Mj/h. Además, la integración energética hacia la etapa d) de secado final (Ejemplo 3) permite ser autotérmica, es decir sin necesidad de aporte energético externo. El caudal de carga que entra en el procedimiento es entonces 1,06 t/h para una producción de 1,0 t/h. La pérdida de masa anhidra correspondiente permite así generar el calor necesario para la integración térmica de la torrefacción con el secado final de la carga.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para tratar una primera carga sólida de biomasa, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:
a) una etapa de secado de dicha carga a una temperatura comprendida entre 20 y 180°C durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos,
b) una etapa de torrefacción de la carga secada resultante de la etapa a) para producir al menos un efluente sólido de biomasa torrefactada, y
c) una etapa de co-trituración del efluente sólido de biomasa torrefactada resultante de la etapa b) en presencia de una segunda carga de biomasa sólida para obtener un polvo,
en el que la segunda carga de biomasa sólida que entra en la etapa c) de co-trituración tiene un porcentaje de humedad comprendido entre 3,1% y 30% másico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende una etapa d) de secado final del polvo obtenido al final de la etapa c) a una temperatura comprendida entre 100 y 300°C.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa d) de secado se lleva a cabo simultáneamente con la etapa c) de co-trituración.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y la segunda carga de biomasa sólida se escogen de biomasa lignocelulósica sólida.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y la segunda carga de biomasa sólida son idénticas.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa i) de pretratamiento de la primera carga sólida de biomasa, preferentemente de trituración primaria.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa b) de torrefacción se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 200 y 350°C, preferentemente entre 220 y 340°C, preferentemente entre 250 y 320°C y más preferentemente entre 270 y 300°C, durante un tiempo comprendido entre 5 y 180 minutos, y preferentemente entre 15 y 60 minutos, a una presión absoluta de trabajo comprendida preferentemente entre 0,01 y 1,5 MPa, preferentemente entre 0,01 y 1,0 MPa y más preferentemente entre 0,05 y 0,15 MPa.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa ii) de combustión de los gases de torrefacción resultantes de la etapa b).
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la energía resultante de la etapa ii) de combustión de los gases de torrefacción se utiliza para aportar energía térmica necesaria en una etapa del procedimiento, preferentemente a las etapas a), b) y/o d).
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda carga de biomasa sólida se somete previamente a una etapa iii) de secado preliminar y/o de trituración primaria.
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el efluente sólido de biomasa torrefactada resultante de la etapa b) se introduce en la etapa c) de co-trituración en un porcentaje másico entre el efluente sólido de biomasa torrefactada en la carga total sólida comprendido entre 1 % y 99% másico, preferentemente entre 50% y 98% másico, y preferentemente entre 40% y 95% másico, siendo dicha carga sólida total la suma del efluente sólido de biomasa torrefactada y la segunda carga de biomasa sólida.
12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda carga de biomasa sólida que entra en la etapa c) de co-trituración tiene un porcentaje de humedad comprendido entre 4% y 25% másico.
13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una o más etapas de almacenamiento e) del efluente resultante de una o cualquiera de las etapas del procedimiento, preferentemente de una o más de las etapas a), b), c) o d).
14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa f) de transporte, preferentemente de transporte neumático.
15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa g) de gasificación a una temperatura comprendida entre 800 y 1800°C, preferentemente entre 1000 y 1600°C, y más preferentemente entre 1200 y 1500°C, y a una presión comprendida ventajosamente entre 2 y 12 MPa, preferentemente entre 2,5 y 6 MPa, y más preferentemente entre 3 y 5 MPa.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3072586B2 (ja) * 1995-02-03 2000-07-31 宇部アンモニア工業有限会社 乾式フィード方式と湿式フィード方式の同時ガス化による難スラリー化固体炭素質原料のガス化処理法
FR2924435B1 (fr) * 2007-11-30 2010-12-31 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif de torrefaction et de broyage en lit fluidise d'une charge de biomasse en vue d'une gazeification ou d'une combustion ulterieure
WO2010068773A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 Kior Inc. Process for preparing a fluidizable biomass-catalyst composite material
US8795399B2 (en) * 2010-01-15 2014-08-05 Syngas Technology, Llc Pretreatment of biomass feed for gasification
FR2986443B1 (fr) 2012-02-03 2014-03-07 Commissariat Energie Atomique Procede de broyage fin de charge de matiere carbonee avec ajouts d'additifs, installation de traitement en continu de biomasse et application a la gazeification associee.
FR2997414B1 (fr) * 2012-10-31 2015-10-02 Ifp Energies Now Procede ameliore de conversion d'une charge contenant de la biomasse pour la production d'hydrocarbures par voie de synthese fischer-tropsch
CN107652992B (zh) * 2017-10-11 2020-02-18 河南理工大学 一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置
CN207463408U (zh) * 2017-11-09 2018-06-08 湖北麦克森生物技术有限公司 一种纳豆低温超微粉碎机

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