ES2945482B2 - Procedimiento y planta para la fabricacion de pellets de biomasa de estiercol de vaca o caballo - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

PROCEDIMIENTO Y PLANTA PARA LA FABRICACIÓN DE PELLETS DE

BIOMASA DE ESTIÉRCOL DE VACA O CABALLO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, tanto un procedimiento como una planta para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo.

Caracteriza a la presente invención el especial diseño y configuración de todas y cada una de las etapas del proceso como los medios materiales empleados permitiendo obtener pellets a partir de la biomasa de vaca o caballo, sirviendo dichos pellets como fuente de energía y calor mediante un proceso de bajo coste, que cuenta con una alta densidad calórica, siendo una energía verde, limpia y que implica una protección al medio ambiente, ya que no genera ni olores ni gases nocivos al quemar los pellets

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de, por un lado, los medios y procesos utilizados para el reciclado de la biomasa de las vacas y caballos, y por otro lado dentro del proceso de fabricación de pellets.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Durante siglos, muchos países del mundo han utilizado el estiércol como fuente de calor y de energía. Más 2.000 millones personas en el mundo queman estiércol seco de animal para obtener energía.

Los animales rumiantes que se alimentan principalmente de forrajes en su proceso digestivo, utilizan celulosa como fuente de azúcar, dejando como desecho la lignina que no es digerible pero que tiene un poder calorífico de 4.700 a 5.000 Kcal/Kg. equivalente a 20 MJ/Kg., si se quema con una eficiencia del 100%.

La biomasa contenida en los residuos de las cabañas ganaderas intensivas se está actualmente desaprovechando en España, cuando su valorización permitiría cerrar el círculo de subproductos y residuos, a la vez que contribuiría a generar importantes beneficios socioeconómicos y medioambientales. Reciclar el estiércol de vaca evita su descomposición en metano, un gas de efecto invernadero que es mucho peor para el medio ambiente que el dióxido de carbono.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un método que permita poder, por un lado, reciclar el estiércol de vacas y caballos, y por otro lado, aprovechar el contenido energético de los mismos desarrollando un método y una planta como la que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación independiente y las diferentes realizaciones están recogidas en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención tiene por objeto un método, así como una máquina para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo.

El objetivo es obtener un combustible en pellet cuya principal fuente o materia prima sea la biomasa lignocelulósica contenida en el estiércol de vaca o caballo. Es una alternativa sostenible de energía verde con alto valor calórico que sustituye a los combustibles fósiles tradicionales como el carbón, petróleo, gas natural o electricidad, reduce la emisión de gases de efecto invernadero y la contaminación ambiental en el marco de la economía circular. Una opción más competitiva producida a partir de materiales orgánicos tanto para uso industrial como en el sector terciario que reduce significativamente los costes energéticos.

El procedimiento comprende las siguientes etapas:

- Etapa de separación de los sólidos y de los líquidos del estiércol o purines de vaca, etapa que preferentemente se lleva a cabo con los residuos de las vacas, pudiendo realizarse también para los caballos. La separación permite obtener hasta un 30% del sólido y reduce un 20% del nitrógeno total, el 50% del fósforo total y el 20% del potasio total que tenía el purín antes de la separación. Este estiércol de vaca o caballo de alto poder calorífico es la materia prima fermentada aeróbica y mecánicamente que se convertirá en la materia prima para la elaboración del pellet biocombustible.

- Etapa de fermentación aeróbica donde la materia prima citada con 50%-65% de humedad pasa a un volteador autopropulsado donde tiene lugar una fermentación aeróbica microbiana, logrando durante el proceso de fermentación, además de una reducción de la humedad, la eliminación total de microorganismos y olores. Cuando la temperatura del fertilizante alcanza los 60° C. la cuchilla giratoria debajo del marco de la máquina comienza a girar, aflojar y mover el fertilizante apilado para crear una buena condición de fermentación en medio del volteo. Con la ayuda de esta máquina se pueden obtener materiales fertilizantes compostados de calidad en aproximadamente 15 días. Su uso, por lo tanto, acorta el ciclo de fermentación y reduce la humedad y la temperatura. El volteado de los materiales es de 6 a 10 metros por minuto y la velocidad del rodillo puede llegar a las 2400 rpm.

- Etapa de trituración en una trituradora, primero, y luego en un molino eléctrico de martillo, donde tiene lugar la trituración de los materiales por la colisión entre las cuchillas de los martillos de alta velocidad. Las materias primas se trituran rápidamente en pedazos pequeños bajo un golpe continuo, chocan y se rompen con cuchillas de martillo, placa dentada y piezas de pantalla. Luego, los materiales triturados se envían para pasar a través de los orificios de la pantalla. Las partículas grandes que no pueden pasar a través de los orificios de la pantalla deben volver a triturarse

- Etapa de secado en un secador de tubería de flujo, donde la materia prima sale con una humedad comprendida en un rango de entre un 8% a un 12%. El secado es un proceso necesario para materiales con alto contenido de humedad como el estiércol, el pasto, la paja verde y otros. El secador de flujo de aire logra un efecto de secado con flujo de aire a alta temperatura. Se aplica a materiales cuyo diámetro es inferior a 3 mm y la longitud es inferior a 5 mm. La temperatura del flujo de aire está entre 180°C y 300°C. A la temperatura de 180°C, el flujo de aire puede reducir el contenido de humedad del 20-30% al 8%-12%.

- Etapa de troquelado plano de la materia prima que sale de la etapa de secado. Trabaja con casi todo tipo de materiales de biomasa. Los gránulos terminados tienen una superficie lisa y alta densidad. La peletizadora eléctrica adopta un motor eléctrico para impulsar la máquina, que es amigable con el medio ambiente y ahorra energía. Cuando la peletizadora funciona, el material se presiona en el orificio de la matriz bajo la fuerza de extrusión entre la matriz y los rodillos. Luego, los gránulos se cortarán en cierta longitud con las cuchillas de corte cerca del troquel. El diámetro del orificio de la matriz determinará el diámetro de los gránulos. Hay un troquel plano con un diámetro de orificio de 2,5 a 10 mm para hacer gránulos de alimentación y de 6 a 12 mm para hacer gránulos de estiércol, madera u otros, a elección Se pueden obtener diferentes longitudes de gránulos ajustando la distancia entre el troquel y las cuchillas.

- Etapa de enfriado en la que se reduce la temperatura de los pellets obtenidos en la anterior etapa.

- Etapa de empaquetado de los pellets, empleando como materia para envolver papel o tela preferentemente.

La planta para la fabricación de pellets de biomasa de residuos de vaca o caballos de acuerdo al método anteriormente reivindicado comprende los siguientes elementos:

- Un separador de purín de sólido líquido mediante una bomba sumergida en una fosa séptica que lo envía a la entrada de alimentación del separador. Es un equipo de deshidratación mecánica avanzada de extrusión en espiral. En el tambor cribador de la máquina, la parte líquida pasa a través de los filtros de la pantalla hasta llegar a la manguera de rebose mientras la parte sólida (estiércol seco) se exprime y se separa a través de la presión del eje del tornillo sinfín de acero inoxidable colocado en la pantalla. El tornillo empuja continuamente el estiércol de vaca ya más seco hacia delante hasta que sale a través de la boquilla del eyector transformado en un estiércol fino, suave y homogeneizado.

Este separador se compone de entrada de alimentación, cuerpo central de extrusión con tornillo sinfín, filtros de pantalla en hierro dulce y acero inoxidable 304 de alta resistencia, anticorrosivo y resistente al desgaste, con un motor de vibración, un motor de reducción, bomba de aspiración, gabinete de distribución, cuadro eléctrico, dispositivo de descarga, tuberías de rebose y salida, estante, ruedas de transporte, multicapas de pintura anticorrosiva y larga vida útil. La velocidad de separación sólidolíquido de la máquina deshidratadora es rápida, fácil de operar; sencillamente presionando el botón de inicio y parada para su funcionamiento.

En términos generales, el contenido de agua del purín fresco de vaca suele ser del 80% al 90%. Con esta máquina deshidratadora, el contenido de humedad del estiércol separado puede reducirse entre un 25% y un 35%. El contenido de humedad del estiércol separado queda aproximadamente entre un 50% y un 65%. Este estiércol ya parcialmente deshidratado es adecuado para su transporte.

El líquido resultante se utiliza como abono líquido para aplicar directamente a los campos o diluido con el agua de riego. Facilita su bombeo y fertiirrigación a través de los aspersores de riego o inyección a la tierra, pero con una ventaja más, que la misma cantidad de estiércol requerido para su vertido en tierras de labor conforme la ley exige para el cumplimiento de la normativa medioambiental, precisa un 20% menos de superficie de descarga. Este 20% que es el porcentaje de nitrógeno disminuido en la separación, reduce la dimensión de las balsas de acumulación, no se generan costras que solidifiquen la superficie de las balsas, hay menor riesgo de roturas, filtraciones, ahorro en los costes de mantenimiento y de transporte al ser menor el volumen de transporte y más fácil la carga. Y otra ventaja social y ambientalmente importante la indudable reducción del olor.

- Un volteador de fermentación aeróbica consistente en una máquina autopropulsada de fermentación y compostaje que cuenta con ruedas de orugas de caucho para mejorar la tracción del vehículo adopta el modo de fermentación de pila molida. Para la utilización de esta máquina es necesario hacer pilas del material fertilizante. Puede trabajar tanto en exterior como interior. Luego se agita y tritura a intervalos regulares con la máquina giratoria. Por tanto, la descomposición de la materia orgánica es en condiciones aeróbicas.

Durante el proceso de fermentación, reducción de la humedad, eliminación total de microorganismos y olores, el ancho de giro de esta máquina puede ser, en una posible forma de realización no limitativa, de 2,4 metros y la profundidad de giro puede alcanzar los 6 metros, con capacidad de realizar de 500 a 700 m3 en una hora. El embrague giratorio de esta máquina emplea el dispositivo de arranque suave. En otras palabras, este diseño protege la cadena, el cojinete, y el eje de daños al arrancar o detener la máquina.

El volteador autopropulsado tiene un diseño de rueda, que puede moverse hacia delante, hacia atrás y girar. Durante el funcionamiento, todo el cuerpo del esparcidor se monta sobre una larga hilera de base fertilizante previa y automáticamente apilada después de la descarga. Cuando la temperatura del fertilizante alcanza los 60° C. la cuchilla giratoria debajo del marco de la máquina comienza a girar, aflojar y mover el fertilizante apilado para crear una buena condición de fermentación en medio del volteo. Con la ayuda de esta máquina se pueden obtener materiales fertilizantes compostados de calidad en 10­ 15 días. Su uso acorta el ciclo de fermentación y reduce la humedad y la temperatura.

Su velocidad sin carga es de 50 metros por minuto. Mientras voltea materiales es de 6 a 10 metros por minuto. La velocidad de rotación del rodillo en la parte de trabajo puede alcanzar las 2400 rpm. Tiene una alta eficiencia y puede voltear los materiales con exceso de humedad o pegajosidad además de girar 360° in situ. El dispositivo de elevación del volteador es hidráulico y la transmisión es de acoplamiento que puede transmitir un par mayor. La fuente de alimentación se puede dividir en dos partes. Una parte es suministrada por motores diésel y la otra parte proviene de la bomba hidráulica.

La parte principal del trabajo es girar y lanzar el tambor que se compone de dos partes. Una es la espiral inversa en ambos extremos del tambor. La otra es el segmento recto que gira los dientes en medio del tambor. Cuando voltea las materias primas, la parte en espiral del rodillo giratorio concentra los materiales en el medio y los voltea hacia atrás. A través de esta espiral puede mezclar completamente el material de la capa superior con el de la capa inferior. Los materiales removidos por el volteador pueden cumplir con los requisitos de oxígeno, humedad y ventilación durante la fermentación. Para voltear el abono orgánico, materia prima para la realización de pellets de vaca, de manera eficiente, el ancho de la pila no debe superar los 2,6 metros.

- Un triturador y molino eléctrico de martillo. La trituradora está equipada con cortadores y adoptada con un motor. Tiene un rendimiento estable y bajo nivel de ruido. El triturador es adecuado para triturar materiales con un diámetro de 50-200 mm. El molino eléctrico de martillo se utiliza para triturar materias primas con un diámetro de menos de 50 mm. El molino de martillo tritura materiales por la colisión entre las cuchillas de los martillos de alta velocidad. El diámetro del material procesado puede alcanzar los 3-5 mm. Fuerza: 22 kw. Peso: 1,5 ton. Medida: 1450*750*950 mm.

- Un primer silo de almacenamiento provisto en su parte inferior de una llave de corte.

- Un secador de tubería de flujo que se utiliza para secar las materias primas y eliminar el exceso de agua. El secado es un proceso necesario para materiales con alto contenido de humedad como el estiércol, el pasto, la paja verde y otros. El secador de flujo de aire logra un efecto de secado con flujo de aire a alta temperatura. Se aplica a materiales cuyo diámetro es inferior a 3 mm y la longitud es inferior a 5 mm. La temperatura del flujo de aire está entre 180°C y 300°C. A la temperatura de 180°C, el flujo de aire puede reducir el contenido de humedad del 20%-30% al 8-12%.

- Un segundo silo de almacenamiento del material obtenido a la salida del secador de tubería de flujo y que también está provisto en su parte inferior de una llave de corte.

- Un tanque del almacenamiento de la materia prima obtenida a la salida del segundo silo.

- Un primer tornillo de elevación de la materia prima

- Una máquina eléctrica de troquel plano para conformar la materia prima que la transforma en pellets; el material se presiona en el orificio de la matriz bajo la fuerza de extrusión entre la matriz y los rodillos. Luego, los gránulos se cortarán en cierta longitud con las cuchillas de corte cerca del troquel. El diámetro del orificio de la matriz determinará el diámetro de los gránulos. Hay un troquel plano con un diámetro de orificio de 2,5 a 10 mm para hacer gránulos de alimentación y de 6 a 12 mm para hacer gránulos de estiércol, madera u otros a elección Se pueden obtener diferentes longitudes de gránulos ajustando la distancia entre el troquel y las cuchillas.

- Una enfriadora donde los pellets obtenidos de la máquina peletizadora son enfriados.

- Un segundo tornillo de elevación de los pellets ya enfriados.

- Una máquina de empaquetado de los pellets enfriados y elevados hacia esta máquina de empaquetado.

Gracias al procedimiento expuesto y a la planta en la que se lleva a cabo el procedimiento descrito se obtienen pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo que ofrecen las siguientes ventajas:

a) Tienen un coste más económico, un alto valor calórico y una alta calidad.

b) Tienen una alta densidad por lo que son muy adecuados para su transporte

c) Suponen una fuente de energía verde, limpia, además de servir como medio de protección del medio ambiente. No se genera humo, ni olor, ni gases nocivos al quemar los pellets. El contenido de azufre, el de cenizas y el de nitrógeno es mucho menor que en el carbón y petróleo. Por lo que pueden ser denominados como fuente de energía de cero emisiones.

d) Suponen una alta eficiencia y un ahorro de energía ya que el contenido de carbón es sólo 1/20 del carbón. La relación de combustión puede alcanzar hasta un 98% por lo que el tiempo de combustión es más largo y tiene un alto estándar de eficiencia.

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

En la figura 1, podemos observar una representación esquemática del separador junto con el volteador de fermentación.

En la figura 2, podemos observar una representación del equipo principal de producción de pellets.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 podemos observar que el estiércol o purines recogidos en una fosa séptica (1) son extraídos por medio de una bomba (2) hacia un separador (3) donde los purines son exprimidos extrayendo gran parte de los líquidos hacia un recogedor (4) de los mismos. El material a la salida del separador cuenta con una humedad de entre un 50% a un 65% del total. Esta etapa solamente se lleva cabo en el estiércol o los purines de vaca, no siendo necesario en los residuos de caballos ya que tienen un claro menor contenido en agua.

El material obtenido a la salida del separador (3) se dispone en unas pilas de material (5) sobre las que trabaja un volteador de fermentación (6).

En la figura 2 se observan los elementos que forman parte de la planta, pero más en concreto el equipo principal de la línea de formación de pellets, que como puede observarse comprende:

- Un triturador y molino eléctrico de martillo (7), donde el triturador es adecuado para triturar materiales con un diámetro de 50-200 mm mientras que el molino eléctrico de martillo se utiliza para triturar materias primas con un diámetro de menos de 50 mm, donde el molino de martillo tritura materiales por la colisión entre las cuchillas de los martillos de alta velocidad, obteniendo un material con partículas inferiores a 5 mm.

- Un primer silo de almacenamiento (8), provisto en su parte inferior de una llave de corte (9)

- Un secador de tubería de flujo (10) donde la temperatura del flujo de aire está entre 180°C y 300°C. A la temperatura de 180°C, el flujo de aire puede reducir el contenido de humedad del 20%-30% al 8%-12%.

- Un segundo silo de almacenamiento (11) del material obtenido a la salida del secador de tubería de flujo (10), y que también está provisto en su parte inferior de una llave de corte (12)

- Un tanque del almacenamiento (13) de la materia prima obtenida a la salida del segundo silo (11)

- Un primer tornillo de elevación (14) de la materia prima

- Una máquina eléctrica de troquel plano (15) para conformar la materia prima que le lleva en pellets

- Una enfriadora (16) una vez los pellets obtenidos

- Un segundo tornillo de elevación (17) de los pellets ya enfriados

- Una máquina de empaquetado (18) de los pellets enfriados y elevados hacia esta máquina de empaquetado.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1.- Procedimiento para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- Etapa de fermentación aeróbica donde la materia prima con 50%-65% de humedad pasa a un volteador autopropulsado donde tiene lugar una fermentación aeróbica microbiana, logrando durante el proceso de fermentación, además de una reducción de la humedad, la eliminación total de microorganismos y olores, donde cuando la temperatura del fertilizante alcanza los 60° C. una cuchilla giratoria debajo del marco del volteador comienza a girar, aflojar y mover el fertilizante apilado para crear una condición de fermentación en medio del volteo,

- Etapa de trituración en una trituradora primero y luego en un molino eléctrico de martillo, donde tiene lugar la trituración de los materiales por la colisión entre las cuchillas de los martillos de alta velocidad. Las materias primas se trituran rápidamente en pedazos pequeños bajo un golpe continuo, chocan y se rompen con cuchillas de martillo, placa dentada y piezas de pantalla.

- Etapa de secado en un secador de tubería de flujo, donde la materia prima sale con una humedad comprendida en un rango de entre un 8% a un 12%, donde la temperatura del flujo de aire está entre 180°C y 300°C. A la temperatura de 180°C, el flujo de aire puede reducir el contenido de humedad del 20%-30% al 8%-12%.

- Etapa de troquelado plano de la materia prima que sale de la etapa de secado en una máquina peletizadora donde el material se presiona en el orificio de la matriz bajo la fuerza de extrusión entre la matriz y los rodillos; luego, los gránulos se cortarán en cierta longitud con las cuchillas de corte cerca del troquel.

- Etapa de enfriado en la que se reduce la temperatura de los pellets obtenidos en la anterior etapa

- Etapa de empaquetado de los pellets, empleando como materia para envolver papel o tela preferentemente.

2. - Procedimiento para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo según la reivindicación 1 caracterizado porque en caso de tratarse de estiércol de vaca el procedimiento comprende una etapa previa a la etapa de volteado de separación de los sólidos de los líquidos del estiércol o purines, de manera que la separación permite obtener hasta un 30% del sólido y reduce un 20% del nitrógeno total, el 50% del fósforo total y el 20% del potasio total que tenía el purín antes de la separación.

3. - Procedimiento para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el volteado de los materiales es de 6 a 10 metros por minuto y la velocidad del rodillo del volteador puede llegar a las 2400 rpm.

4. - Procedimiento para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo según la reivindicación 1 ó 2 ó 3 caracterizado porque la máquina peletizadora cuenta con un diámetro del orificio de la matriz que determina el diámetro de los gránulos, presentando un troquel plano con un diámetro de orificio de 2,5 a 10 mm para hacer gránulos de alimentación y de 6 a 12 mm para hacer gránulos de estiércol, madera u otros a elección, donde se pueden obtener diferentes longitudes de gránulos ajustando la distancia entre el troquel y las cuchillas.

5. - Planta para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada porque comprende:

- un separador (3) donde estiércol o los purines son exprimidos extrayendo los líquidos hacia un recogedor (4) de los mismos de manera que el material más seco obtenido a la salida del separador cuenta con una humedad de entre un 50% a un 65% del total

- Un triturador y molino eléctrico de martillo (7), donde el triturador es adecuado para triturar materiales con un diámetro de 50-200 mm mientras que el molino eléctrico de martillo se utiliza para triturar materias primas con un diámetro de menos de 50 mm, donde el molino de martillo tritura materiales por la colisión entre las cuchillas de los martillos de alta velocidad

- Un primer silo de almacenamiento (8), provisto en su parte inferior de una llave de corte (9)

- Un secador de tubería de flujo (10) donde la temperatura del flujo de aire está entre 180°C y 300°C. A la temperatura de 180°C, el flujo de aire puede reducir el contenido de humedad del 20-30% al 8-12%.

- Un segundo silo de almacenamiento (11) del material obtenido a la salida del secador de tubería de flujo (10), y que también está provisto en su parte inferior de una llave de corte (12)

- Un tanque del almacenamiento (13) de la materia prima obtenida a la salida del segundo silo (11)

- Un primer tornillo de elevación (14) de la materia prima

- Una máquina eléctrica de troquel plano (15) para conformar la materia prima que le lleva en pellets

- Una enfriadora (16) para enfriar los pellets obtenidos

- Un segundo tornillo de elevación (17) de los pellets ya enfriados

- Una máquina de empaquetado (18) de los pellets enfriado y elevados hacia esta máquina de empaquetado.

6.- Planta para la fabricación de pellets de biomasa de estiércol de vaca o caballo según la reivindicación 5 caracterizada porque la planta en caso de ser utilizada para estiércol de vaca cuenta con un separador (3) donde el estiércol es exprimido extrayendo los líquidos hacia un recogedor (4) de los mismos, donde el material a la salida del separador cuenta con una humedad de entre un 50% a un 65% del total.