MX2014006140A

MX2014006140A - Aparato y metodo para el procesamiento de biomasa.

Info

Publication number: MX2014006140A
Application number: MX2014006140A
Authority: MX
Inventors: Gregory Thomas Conner; Forrest John Tyrrell-Baxter
Original assignee: Carbonscape Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2015-01-22
Also published as: AU2012341144A1; EA027604B1; CN104136111A; WO2013077748A3; MY175138A; US20150068113A1; EA201490965A1; BR112014012299B1; PE20190859A1; PE20141857A1; JP6200427B2; NZ596549A; WO2013077748A2; KR20140128950A; EP2782667A4; JP2015507521A; CL2014001325A1; MY186848A; ZA201404416B; PE20190644A1

Abstract

Se proporciona un aparato (1) y métodos para el procesamiento de biomasa para producir carbón, bio- aceite(s), carbón activado, carbón recarburador, o coque de nuez por medio de energía de microondas. El aparato tiene un tubo giratorio (5) para la recepción de la biomasa (108), un generador electromagnético (7). Un método proporciona la aplicación de energía electromagnética a la biomasa (108) y un material absorbente (109). Un método alternativo proporciona permitir un campo de radiación indirecta del cuerpo negro para desarrollar y exponer la biomasa (108) al campo de radiación del cuerpo negro y a la energía electromagnética. Otro método proporciona permitir la formación de plasma y la exposición de la biomasa al plasma y a la energía electromagnética. Otro método proporciona la introducción de la biomasa a un segundo recipiente 205, la introducción del segundo recipiente a un primer recipiente de reacción (5), la aplicación de energía electromagnética a la biomasa y un material absorbente (109), lo que permite que se forme un plasma en el primer recipiente, el cual calienta la biomasa en el segundo recipiente.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA EL PROCESAMIENTO DE BTOMASA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato y método para el procesamiento de biomasa. En particular, la presente invención se refiere a un aparato y un método para la fabricación de carbón, bio-aceite ( s ) , carbón activo, carbón recarburador, o coque de nuez a partir de biomasa por medio de energía microondas .

ANTECEDENTES Hay una considerable preocupación por el volumen actual de las emisiones de gases de efecto invernadero y el efecto que éstas pueden tener en el clima global. El dióxido de carbono (C02 ) es el principal gas de efecto invernadero que se cree que impulsa el cambio climático antropogénico y representa alrededor del 70% de todos los gases de efecto invernadero generados a nivel mundial .

Para lograr reducciones duraderas en dióxido de carbono, se necesitarán cambios de amplia escala en los patrones mundiales de consumo de energía. Por ejemplo, será necesario el uso de la energía renovable para ser promovidos, así como una mayor eficiencia energética y el desarrollo de combustibles alternativos. Un combustible alternativo son los biocombustibles .

Los biocombustibles o bio-aceite (s) son recursos renovables y su uso tiene una emisión neta de gases de efecto invernadero significativamente menor que los combustibles fósiles al quemarse. Los biocombustibles o bio-aceite (s) se pueden utilizar como una alternativa a los combustibles fósiles en los vehículos, la calefacción y la generación de electricidad.

Otra forma de reducir el dióxido de carbono en la atmósfera es capturar y almacenar parte del dióxido de carbono atmosférico. La captura de gases de carbono para el almacenamiento se conoce como "captura" . La captura de carbono en forma gaseosa (como se libera el gas, por ejemplo, en las centrales eléctricas) es técnicamente complejo y una solución de coste muy elevado. Un enfoque alternativo es capturar dióxido de carbono en árboles mediante la reforestación de zonas. En promedio, entre el 40 y el 50 % de todo el material en los árboles es carbono. Es importante destacar que la reforestación requiere de grandes extensiones de tierra para almacenar cantidades importantes de dióxido de carbono. . Además , el dióxido de carbono que se almacena en los árboles sólo se hace si la zona sigue siendo boscosa. Si el área es clareada, gran parte del dióxido de carbono retorna a la atmósfera.

En la especificación PCT WO2008/079029 se describe un método para capturar dióxido de carbono.

Carbón activo; El carbón activo es un producto de carbón que tiene una estructura de microporos que presenta una superficie interna específica significativa. El carbón activado tiene muchos usos, que involucran principalmente la adsorción de los materiales no deseados, por lo tanto, en la industria del azúcar que se utiliza para eliminar el color marrón oscuro, así se pude conseguir el azúcar blanco. Sin embargo, también podría ser de gran valor en la eliminación de la contaminación, en particular si es adecuado para la adsorción de moléculas más grandes .

Otro uso posible para el carbón activo es a través de la absorción de las especies que contienen nitrógeno, como la urea, y posteriormente, aplicar el producto a las tierras agrícolas . El carbón activo no retiene estas especies fuertemente, y por lo tanto actuaría como un agente de liberación más lento para fertilizantes nitrogenados mientras que se coloca carbono fijo en el suelo y por lo tanto, proveyendo de carbono a partir de biomasa, ayudarndo a la reducción de dióxido de carbono de la atmósfera. El carbón activo también puede absorber el metano y, por tanto, actuar como un posible auxiliar en la inhibición de las emisiones de metano a partir de determinada población. En resumen, tiene más usos potenciales, y por lo tanto, los métodos adicionales para su fabricación deben tener acogida en el mercado .

La fabricación de carbón activo es bien conocida.

Las especies que contienen carbono por lo general son carbonizadas a aproximadamente 600 2 C, entonces, cuando esto está completo, está activado, por lo general por oxidación, por ejemplo, con vapor o aire o por tratamiento con métodos químicos, tales como cloruro de zinc, ácido fosfórico, o cualquier cantidad de otros productos químicos. La activación se lleva a cabo normalmente entre entre 800 2 C a 1200 2 C, bajo condiciones cuidadosamente controladas. En general, el calor se proporciona externamente al material carbonoso, que es por lo general en un formato de horno rotativo.

En un horno de este tipo, hay dos fuentes de calor para la biomasa: la conducción a través del contacto directo con las paredes, y la radiación de tipo cuerpo negro de las paredes. La biomasa tiene una baja conductividad térmica y cuando la masa alcanza aproximadamente 300 e C comienza a degradar endotérmicamente. Algunos de los productos de tal degradación térmica son alquitranes altamente viscosos que fluyen en los poros de la biomasa, que es indeseable para la formación de carbón activo ya que rellenando los poros tiende a reducir el área superficial final .

La carbonización es lenta debido a que cuando la biomasa se aproxima a 300 ° C, se comienza a degradar y produce productos de degradación. Los productos de degradación son a menudo alquitranes líquidos, que pueden fluir. Cualquier cosa que llene los poros en desarrollo en el carbón no es deseable.

El área superficial del carbón activo es generalmente determinada por adsorción de nitrógeno bajo presión (método B.E.T.). Puesto que esta adsorción se atribuye generalmente a una monocapa, el área superficial se puede calcular. El área superficial de un gramo de carbón activo es normalmente alrededor de 500 m2 y varía aproximadamente de entre 200 m2 a 2500m2.

Carbón recarburador: El carbono es el componente más importante añadido al acero comercial que comprende 0,15 a 1,5% de la masa de producto de metal terminado. El contenido de carbono en el acero influye en las propiedades mecánicas específicas, tales como la dureza, resistencia y propiedades térmicas, tales como punto de fusión y ' soldabilidad' .

Durante el proceso de producción de acero, es una práctica común para la mayoría de las fundiciones de combinar deshechos de acero con hierro primario concentrado en la carga metálica. El porcentaje de deshechos de acero utilizado es una función del precio, disponibilidad, nivel de aleación y otros factores económicos.

La cantidad de carbono introducida en la fundición por los materiales de carga (es decir, deshechos de acero y hierro devuelto) es por lo general menor que el valor objetivo en el producto de acero acabado, que es por lo general dentro del de 3,0 a 4,0% C. Por lo tanto, las unidades de carbón denominadas "recarburadores" se añaden al lote para aumentar el nivel de carbono elemental en los productos de acero hasta el nivel especificado.

Durante la etapa de fundición del proceso de fabricación, los carbones de ajuste se mezclan en el baño de acero fundido, permitiendo que el carbono elemental se absorba y distribuya homogéneamente por toda la carga metálica .

Los recarburadores para la producción de acero comercial requieren un contenido que tiene una alta proporción de carbono fijo, de alto valor calorífico. Fundamentalmente, el material recarburador debe tener un bajo contenido de volátiles, nitrógeno y azufre para asegurar una progresión segura y eficiente de las reacciones de reducción de oxígeno y minimizar las emisiones nocivas.

Además es deseable que el recarburador sean altamente porosos para proporcionar la máxima área superficial de contacto con el lote de acero fundido para facilitar la captación eficiente de carbono elemental.

Es común en los recarburadores que se deriven de carbones bituminosos de alto grado o carbones de antracita y versiones de alta calidad que se sintetizan a partir de productos derivados del petróleo. Algunas fundiciones utilizan barras de acero que han sido especialmente fabricadas con un contenido específico de carbono y utilizadas como recarburador en la carga metálica.

Coque de nuez: El coque se utiliza como combustible y como un agente de reducción en la fundición del mineral de hierro en un alto horno.

Dado que los componentes que producen humo son expulsados durante la coquización de carbón o biomasa, el coque forma un combustible de carbono adecuado para hornos en los que las condiciones no son adecuadas para la combustión completa del carbón bituminoso o la biomasa en sí. El coque puede ser quemado con poco o nada de humo bajo condiciones de combustión, mientras que el carbón bituminoso produciría cantidades significativas de humo.

El coque de nuez se caracteriza por un tamaño de partícula mucho más grande (típicamente de 25 mm x 55 mm) en comparación con otros coques combustibles, tal como coque de inyección o "pea coke", que son típicamente más pequeños que 10 x 10 mm. A diferencia de el recarburador utilizado para aumentar el nivel de carbono en una carga fundida de acero, el coque de nuez puede contener hasta dos veces el contenido de minerales permisible y cinco veces el contenido de humedad. Este aspecto permite una gama más amplia de materias primas de biomasa leñosa para ser considerado para la producción de coque de nuez .

El bajo contenido de materia volátil en el coque es de importancia crítica para facilitar una segura y estable liberación de energía y para reducir al mínimo el riesgo de liberación explosiva durante la combustión. También se requieren bajos contenidos de azufre y nitrógeno para minimizar la formación de dióxido de azufre y NOx durante el proceso de combustión.

En esta memoria descriptiva, donde se ha hecho referencia a las especificaciones de la patente, otros documentos externos, o a otras fuentes de información, ha sido generalmente con el propósito de proporcionar un contexto para el análisis de las características de la invención. A menos que se especifique lo contrario, la referencia a tales documentos externos o dichas fuentes de información no debe interpretarse como una admisión de que tales documentos o dichas fuentes de información, en cualquier jurisdicción, son arte o formar parte previa del conocimiento general común en la técnica.

Es objeto, de al menos las materializaciones preferidas de la presente invención, el proporcionar un aparato y/o método para el procesamiento de la biomasa o de la biomasa para producir carbón, bio-aceite (s ) , carbón activado, carbón recarburador, y/o nut coke que supera uno o más de los inconvenientes de los métodos conocidos para convertir la biomasa en carbón activado y carbón recarburador, y / o al menos proporcionar al público una elección útil .

RESUMEN DE LA INVENCIÓN En un primer aspecto, la invención consiste en términos generales en un aparato para el procesamiento de biomasa, comprendiendo el aparato: un tubo giratorio que tiene una entrada para recibir biomasa sin tratar, una salida para descargar biomasa procesada, el tubo giratorio está inclinado en un ángulo con respecto a un eje horizontal una carcasa metálica para alojar el tubo giratorio; un generador electromagnético asociado con el tubo rotativo para la aplicación de energía electromagnética al tubo giratorio y la biomasa recibida en el mismo; una guía de onda asociada con el generador electromagnético para la introducción de la energía electromagnética al tubo giratorio; en el que la guía de ondas está adaptada de tal manera que la energía electromagnética introducida por la guía de onda dentro y a través del tubo giratorio se desplazará en una dirección generalmente paralela al eje longitudinal del tubo giratorio.

El aparato puede ser usado en un método que aplica energía electromagnética a la biomasa para producir carbón (es ) , bio-aceite (s ) , y/o gas (es).

En una forma de realización, el ángulo del tubo giratorio con relación al eje horizontal es ajustable.

En una forma de realización, el aparato comprende además el aislamiento que rodea el tubo giratorio.

En una forma de realización, el tubo giratorio es sustancialmente estanco a la presión.

En una forma de realización, el tubo giratorio es sustancialmente estanco a microondas.

En una forma de realización, el aparato comprende además un regulador de presión asociado al tubo giratorio para proporcionar una fuente de presión en el interior del tubo rotativo. La presión dentro del tubo giratorio puede ser positiva o negativa respecto a la presión atmosférica.

En una forma de realización, el aparato comprende además un sistema de extracción de gas/vapor. El sistema de extracción de gas/vapor comprende una fuente de gas portador. La fuente de gas portador puede estar asociada con el tubo giratorio para proporcionar el interior del tubo rotativo con un gas portador. La fuente de gas portador puede ser un recipiente a presión. El gas portador puede ser un gas inerte y puede comprender dióxido de carbono, argón, o nitrógeno, por ejemplo.

En una forma de realización, el sistema de extracción de gas/vapor comprende además un condensador de gas adecuado para condensar el bio-aceite ( s ) emitido en forma de vapor en condensado. En una forma de realización, el condensado se recoge en un recipiente adecuado asociado con el condensador de gas .

En una forma de realización, el sistema de extracción de gas /vapor comprende además un generador de vacío para proporcionar una fuente de presión reducida para el condensador de gas. En una forma de realización, el regulador de presión asociado con el tubo giratorio, para aumentar la presión de aire dentro del espacio del tubo giratorio, es también el generador de vacío para proporcionar una fuente de presión reducida para el condensador de gas .

En una forma de realización, el aparato tiene una entrada o de la glándula para introducir un líquido en el interior del tubo rotativo. El líquido es preferiblemente agua introducida como un spray.

En una forma de realización, el generador electromagnético es un generador de microondas que genera radiación microondas .

En una forma de realización, la radiación de microondas tiene un rango de frecuencia aproximadamente de 900 MHz a 3 GHz . Las frecuencias típicas de la energía electromagnética utilizada son aproximadamente entre 900 MHz y 1.000 MHz, y entre alrededor de 2 GHz y de 3 GHz. La frecuencia de la radiación de microondas puede ser convenientemente una de las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) para la calefacción industrial. Las bandas ISM para la calefacción industrial aproximadamente incluyen 915 MHz, 922 MHz, y 2.450 MHz. Por ejemplo, otras frecuencias que también pueden ser adecuadas aproximadamente incluyen 13 MHz, 27 MHz y 40 MHz.

En una forma de realización, la guía de ondas tiene una primera porción que se extiende desde el generador de microondas y una segunda porción que se extiende hacia el tubo rotativo. En una forma de realización, la segunda porción se extiende lejos de la primera porción en un ángulo con relación a la primera porción. La segunda porción se extiende convenientemente en un ángulo que corresponde al ángulo del tubo giratorio. El ángulo de la segunda porción con relación a la primera porción es adecuadamente ajustable correspondiente al ajuste del tubo giratorio con relación al eje horizontal.

En una forma de realización, la guía de ondas comprende un componente hueco. La guía de ondas puede comprender un componente metálico hueco. En una realización alternativa, la guía de ondas puede comprender un componente sólido.

En una forma de realización, la guía de ondas comprende además un sintonizador de adaptación de impedancia.

En una forma de realización, el aparato comprende además una trituradora para astillar la biomasa. En una forma de realización, la biomasa se astilla antes de que sea recibida por el tubo rotativo. La trituradora puede estar conectada a los otros componentes del aparato. Alternativamente, la trituradora puede ser un componente independiente separada del aparato.

En una forma de realización, el aparato comprende además un mecanismo de alimentación o una tolva de alimentación para alimentar la biomasa al tubo giratorio.

En una forma de realización, el aparato comprende además un sensor para medir el contenido de oxígeno dentro del tubo giratorio.

En una forma de realización, el aparato comprende además un sistema de control. El sistema de control recibe información adecuada de la sonda de temperatura, sonda de vacío y sensor de oxígeno. El sistema de control utiliza la información convenientemente para el control de las entradas del proceso, incluyendo: la potencia del generador de microondas, la velocidad de rotación del tubo rotatorio, el ángulo del tubo giratorio, el ratio de alimentación de biomasa a partir de la tolva de alimentación, la presión producida por el generador de vacío, y/o el índice de suministro del gas portador, para mantener la temperatura y la presión en el tubo giratorio dentro, del rango (s) operativo predeterminado (s) .

En una forma de realización, uno o más de los componentes del aparato pueden ser alimentados por una fuente de energía renovable. En una forma de realización, la fuente de energía renovable es una fuente de energía solar. Fuentes de energía renovable alternativas que pueden ser adecuadas incluyen, por ejemplo, la energía eólica, la energía hidroeléctrica, el calor geotérmico, las mareas, la biomasa o los biocombustibles (incluidos los aceites y gases generados por el aparato y método de la presente invención) .

En una forma de realización, la biomasa es material vegetal.

En un segundo aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa, comprendiendo el método: (a) provisión de biomasa; (b) provisión de un tubo giratorio que tiene una entrada para recibir biomasa sin tratar, una salida para descargar biomasa procesada, estando el tubo giratorio inclinado en un ángulo con respecto a un eje horizontal, (c) aplicación de energía electromagnética al tubo giratorio y la biomasa recibida en el mismo de tal manera que la energía electromagnética se desplaza en una dirección generalmente paralela al eje longitudinal del tubo giratorio.

En una forma de realización, el método comprende la aplicación de energía electromagnética a una biomasa para producir carbón(es), bio-aceite (s ) , y/o gas(es). En una realización, la biomasa es material vegetal.

En una forma de realización, el método comprende además la etapa de ajustar el ángulo del tubo giratorio en relación al eje horizontal.

En una forma de realización, la etapa de proporcionar un tubo giratorio comprende proporcionar un tubo giratorio con aislamiento que rodea el tubo giratorio.

En una forma de realización, la etapa de aplicación de energía electromagnética comprende la aplicación de radiación de microondas . En una forma de realización, la radiación de microondas tiene un rango de frecuencia aproximadamente de 900 MHz a 3 GHz . Las frecuencias típicas de la energía electromagnética utilizada aproximadamente son entre 900 MHz y 1.000 MHz, y entre alrededor de 2 GHz y 3 GHz. La frecuencia de la radiación de microondas puede ser convenientemente una de las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) para la calefacción industrial. Las bandas ISM para la calefacción industrial aproximadamente incluyen 915 MHz, 922 MHz, y 2.450 MHz. Por ejemplo, otras frecuencias que también pueden ser adecuadas aproximadamente incluyen 13 MHz, 27 MHz y 40 MHz.

En una forma de realización, el método comprende además ajusfar la presión del interior del tubo giratorio. La presión dentro del tubo giratorio puede ser positiva o negativa respecto a la presión atmosférica. En una forma de realización, la biomasa se procesa a una presión aproximadamente desde 0 kPa hasta alrededor de 200 kPa.

En una forma de realización, el método comprende además la introducción de un líquido en el interior del tubo rotativo. El líquido es preferiblemente agua, que se introduce como un aerosol .

En una forma de realización, el método comprende además la recogida de vapor emitido por la materia orgánica. En una forma de realización, el procedimiento comprende además condensar el vapor en un condensado. En una realización, el método comprende además recoger el condensado. El condensado se recoge adecuadamente en un recipiente. En una forma de realización, el condensado comprende bio-aceites.

En una forma de realización, el método comprende además proporcionar un sistema de extracción de gas/vapor. En una forma de realización, el método comprende además proporcionar el interior del tubo rotativo con un gas portador. El gas portador puede ser un gas inerte y puede comprender, por ejemplo, dióxido de carbono, argón, o nitrógeno .

En una forma de realización, el método comprende además la reducción de la presión del condensador de gas . En una forma de realización, el regulador de presión asociado al tubo giratorio para aumentar la presión de aire dentro del espacio del tubo giratorio es también el generador de vacío para proporcionar una fuente de presión reducida para el condensador de gas .

En una forma de realización, el método comprende además trituración de la biomasa.

En una forma de realización, el método comprende además la medición de la temperatura del material en el tubo giratorio.

En una forma de realización, el método comprende además la medición de la presión dentro del tubo giratorio.

En una forma de realización, el método comprende además medir el contenido de oxígeno dentro del tubo giratorio .

En una forma de realización, el método comprende además la recepción de información de la sonda de temperatura, sonda de vacío y sensor de oxígeno. El método comprende adecuadamente el uso de esa información para controlar las entradas del proceso, incluyendo: control de la potencia del generador de microondas , control de la velocidad de rotación del tubo giratorio, control del ángulo del tubo giratorio, control del ratio de alimentación de biomasa a partir de la tolva de alimentación, control de la presión producida por el generador de vacío, y/o el control del ratio del gas portador, para mantener la temperatura y la presión en el tubo giratorio dentro del rango (s) operativo predeterminado (s) .

En un tercer aspecto, la invención consiste en términos generales en una guía de ondas para guiar la energía electromagnética procedente de un generador electromagnético a una cámara, comprendiendo la guía de onda : una primera porción adaptada para recibir energía electromagnética a partir de un generador electromagnético; y una segunda porción adaptada para recibir energía electromagnética de la primera porción y guiar la energía electromagnética a la cámara; en el que la segunda porción está conectado operativamente a la primera porción de tal manera que el ángulo de la segunda porción con relación a la primera porción es ajustable.

En una forma de realización, la segunda porción de la guía de ondas está conectada operativamente a la primera porción de la guía de ondas por una porción de conexión que permite a las primeras y segundas porciones de la guía de ondas pivotar una respecto a la otra.

En una forma de realización, las porciones de la guía de ondas comprenden componentes huecos . Las porciones de la guía de ondas pueden comprender componentes metálicos huecos. En una forma de realización alternativa, las porciones de la guía de ondas pueden comprender componentes sólidos .

En una forma de realización, la guía de ondas comprende además un sintonizador de adaptación de impedancia .

En un cuarto aspecto, la invención consiste en términos generales un método de producción de bio-aceite(s) a partir de biomasa que comprende: (a) suministro de biomasa; (b) proporcionar una cámara para la cavidad electromagnética que define un espacio del reactor para la recepción de la biomasa; (c) la entrega de la biomasa en el espacio del reactor de modo que la biomasa se desplaza generalmente en una primera dirección; (d) la aplicación de energía electromagnética para el espacio del reactor y la biomasa recibida en su interior de forma que los bio-aceite (s ) son emitidos a partir de la biomasa en forma de vapor; (e) el provisión de un gas portador inerte al espacio de reactor, de manera que el gas inerte se desplaza en una dirección generalmente opuesta a la primera dirección para desplazar y llevar a la bio-aceite (s ) fuera del recipiente; y (f) recolección de los bio-aceite(s) .

Los bio-aceite (s ) emitidos desde la biomasa comprenden un líquido (s), conocido como alquitrán (es ) .

En una forma de realización, el bio-aceite (s) comprende bio-aceite (s ) volátil (es). Además, o alternativamente, el bio-aceite (s ) comprende bio-aceite (s) no volátil (es). El bio-aceite (s ) volátil son bio-aceite (s) con una presión de vapor significativa en su temperatura de formación. El bio-aceite (s ) no volátil son bio-aceite ( s ) que ejercen presión de vapor limitada en la temperatura de formación .

En una forma de realización, el proceso también produce carbón desde la biomasa mediante el acoplamiento o transmisión de energía electromagnética en la biomasa. El carbón también se conoce como biomasa carbonizada o Agrichar.

En una forma de realización-,- la biomasa es materia vegetal. La materia vegetal puede incluir, pero no se limita a la madera, plantas de cereales, algas, residuos orgánicos o cualquier biomasa capaz de ser convertido en carbón vegetal. En una forma de realización, la materia vegetal es de pino radiata, de carbón, de colza, rastrojo de maíz, granos de café, recortes de vid, de cedro, de bambú, madera de sándalo o de eucalipto.

El gas inerte puede comprender, por ejemplo, dióxido de carbono, argón, o nitrógeno.

En una forma de realización, la etapa de recoger bio-aceite (s) puede comprender la etapa de pasar el gas portador llevando el vapor (es) de el (los) bio-aceite (s ) a través de un condensador para producir un condensado de bio-aceite (s ) .

En una forma de realización, el gas portador se suministra a la cámara con una tasa de flujo especificada. La tasa de flujo se puede especificar para controlar la presión dentro de la cámara y/o el índice de eliminación del bio-aceite.

En una forma realización, el método comprende además la etapa de controlar la temperatura de la biomasa durante la etapa de aplicación de energía electromagnética al espacio del reactor y a la biomasa recibida en el mismo. La temperatura puede ser controlada mediante el control de potencia del generador electromagnético y/o el control de la duración de tiempo que la energía electromagnética se aplica al espacio del reactor y a la biomasa recibida en el mismo .

En una forma de realización, la biomasa se procesa a una presión aproximadamente de entre 0 kPa y 200 kPa.

En una forma de realización, la etapa de aplicación de energía electromagnética a la biomasa calienta la biomasa a una temperatura aproximadamente desde 30 0 C a 1 . 000 ° C.

En una forma de realización, la biomasa entra en el tubo de cuarzo a aproximadamente la temperatura ambiente .

En una forma de realización, la biomasa sale a una temperatura no mayor de aproximadamente 330 ° C, si el objetivo es recoger aceites esenciales.

En una forma de realización, la biomasa sale a una temperatura aproximadamente entre 350 0 C y 420 ° C, si el objetivo es recoger los productos de pirólisis de sacáridos .

En una forma de realización, la biomasa sale a una temperatura mayor que aproximadamen e 600 ° C si el objetivo es hacer carbón.

Más preferiblemente, la energía electromagnética se aplica en una segunda dirección que es sustancialmente paralela con la primera dirección. La segunda dirección puede ser la dirección opuesta a la primera dirección.

En una forma de realización, la cámara está aislada .

En una forma de realización, la cámara está inclinada en ángulo respecto a un eje horizontal y el método comprende además ajustar el ángulo de la cámara respecto al eje horizontal.

En una forma de realización, la energía electromagnética comprende la energía de microondas . La radiación de microondas preferiblemente tiene un rango de frecuencia similar a la del intervalo descrito anteriormente en relación con el primer aspecto.

En una forma de realización, el método de producción de bio-aceite (s) a partir de biomasa se lleva a cabo utilizando el aparato del primer aspecto descrito anteriormente.

En un quinto aspecto, la invención consiste en términos generales en el (los) bio-aceite (s) cuando se produce (n) por el método del segundo aspecto descrito anteriormente .

En un sexto aspecto, la invención consiste en términos generales en un bio-aceite (s ) producido mediante la aplicación de energía electromagnética a una biomasa, en el que el bio-aceite (s ) se caracteriza por un contenido de energía de al menos aproximadamente 20 a 50 MJ / kg .

En una forma de realización, la biomasa es materia vegetal. Alternativamente, la biomasa puede ser cualquier biomasa capaz de ser convertida en carbón. El material vegetal puede incluir madera, plantas de cereales, algas o residuos orgánicos. En una realización preferida, el material vegetal es Pinus radiata.

En un séptimo aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa que comprende las etapas de: a) provisión de biomasa; ß) proporcionar una cavidad electromagnética, la cavidad electromagnética está adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; ?) introducción de la biomasa a la cavidad electromagnética; d) la aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética, y la biomasa recibida en la misma a niveles de potencia tales que la biomasa recibe energía electromagnética directa, y se produce un campo de radiación indirecto de cuerpo negro; y e) exposición de la biomasa al campo de radiación indirecto de cuerpo negro, mientras se aplica simultáneamente la energía electromagnética directa de tal forma que se forma carbón activado a partir de la biomasa.

En una forma de realización, el método comprende además proporcionar un recipiente de reacción, estando el recipiente de reacción adaptado para contener la biomasa; e introducir el recipiente de reacción en la cavidad electromagnética. En esta forma de realización, la biomasa se introduce en el recipiente de reacción.

En una forma de realización, la cavidad electromagnética comprende materiales refractarios . Los materiales refractarios rodean al menos parcialmente la cámara de reacción. En una forma de realización, el material refractario rodea la cámara de reacción.

En una forma de realización, el recipiente de reacción está adaptado para contener el plasma.

En una forma de realización, el recipiente de reacción está adaptado para contener productos de reacción químicas producidas como resultado de la exposición de la biomasa al campo de radiación.

En una forma de realización, la energía electromagnética directa se aplica a la biomasa a niveles de potencia tales que los productos de la pirólisis forman una capa en el interior del recipiente de reacción. Cuando se aplica la energía electromagnética directa a la capa de productos de pirólisis, la capa se convierte en una capa eléctricamente conductora que absorbe la energía electromagnética y proporciona un campo de radiación de cuerpo negro. En una realización alternativa, el método comprende la aplicación de una capa de carbono a las paredes del recipiente de reacción. Por ejemplo, pintando o pulverizando una capa que comprenda grafito en las paredes del recipiente de reacción.

En una forma de realización, la biomasa está expuesta a estos campos de energía por un período de tiempo tal que se forma un rendimiento máximo de carbón activado, teniendo el tiempo una dependencia de la proporción de niveles de potencia con la masa de material que contiene carbono.

En una forma de realización, los niveles de potencia se eligen de manera que la temperatura del carbón se eleva a las temperaturas adecuadas .

En una realización, el método comprende además el cese de la exposición de la biomasa a la energía de microondas, después de lo cual se retira del aparato y se colecta .

En una forma de realización, el método comprende además la sustitución de aire dentro del recipiente de reacción con un gas añadido.

En una forma de realización, cuando se aplica energía electromagnética a la biomasa, se forma un plasma adicionalmente a cualquier capa eléctricamente conductora en las paredes del recipiente de reacción y este plasma proporciona un campo de radiación a la biomasa.

El plasma se forma a través de los productos de la pirólisis en forma de vapores, en particular los de origen fenólico, absorbiendo suficiente energía de microondas como para ionizar los vapores, después de lo cual la fase gaseosa se convierte en eléctricamente conductora. La aparición de especies eléctricamente conductoras mejora en gran medida la mayor absorción de energía de microondas, mejorando aún más la generación de plasma.

En una forma de realización, el gas añadido fluye a través de la biomasa y se elimina a través de un tubo de salida, eliminando al mismo tiempo los compuestos volátiles que se producen como resultado de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa.

En una forma de realización, el gas añadido se suministra a la cámara a una tasa de flujo especificado. La tasa de flujo se puede especificar para controlar la presión dentro de la cámara así como la velocidad de eliminación del bio-aceite en lugar de la deposición de carbono pirolítico en las paredes del recipiente de reacción.

En una forma de realización, el método comprende además la condensación de bio-aceite (s ) emitido (s) desde la biomasa, como consecuencia de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa, en forma de vapor a condensado. En una forma de realización, el condensado se recoge en un recipiente adecuado asociado con un condensador de gas .

En una forma de realización, el método comprende además la recogida de gases no condensables emitidos desde la biomasa como consecuencia de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa. En una forma de realización, los gases no condensables se recogen en un recipiente adecuado. En una realización adicional, el vapor se puede introducir en el gas añadido.

En una forma de realización, la biomasa es biomasa de tamaño reducido. En una realización preferida, la biomasa comprende lignocelulosa finamente dividida. Uno de los muchos ejemplos de tales lignocelulosa finamente dividida es el serrín. Otros ejemplos incluyen, pero no están limitados a, madera, plantas de cereales, algas o residuos orgánicos, residuos molidos agrícolas, como la paja, la fracción celulósica de residuos urbanos, los residuos molidos de la silvicultura o la transformación de productos agrícolas, las cosechas cultivadas específicamente para tal procesamiento , y varias plantas arbustivas, especialmente las cultivadas adventiciamente en tierras no utilizado de otro modo.

En una forma de realización, la energía electromagnética directa es una energía electromagnética de onda más larga. En una realización preferida, la energía electromagnética de longitud de onda más larga es la energía de microondas . En una forma de realización, la energía de microondas tiene un rango de frecuencia aproximadamente de 900 MHz a 3 GHz. Las frecuencias típicas de la energía electromagnética utilizada son aproximadamente entre 900 MHz y 1.000 MHz, y entre alrededor de 2 GHz y 3 GHz. En una realización preferida, la frecuencia de la energía de microondas puede ser una de las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) para la calefacción industrial. Las bandas ISM para la calefacción industrial aproximadamente incluyen 915 MHz, 922 MHz, y 2.450 MHz. Por ejemplo, otras frecuencias que también pueden ser adecuadas aproximadamente incluyen 13 MHz, 27 MHz y 40 MHz.

La temperatura de formación del carbón activado es de entre 450 a C y 1300 2 C, preferiblemente entre 550 2 C a 900 2 C, siendo la temperatura controlada a través de la potencia aplicada.

El calentamiento de la biomasa implica tanto la absorción directa de potencia de microondas, como la energía de radiación indirecta del cuerpo negro. La radiación del cuerpo negro resulta, ya sea de la aplicación de energía de microondas a un depósito carbonoso eléctricamente conductor en el interior del recipiente de reacción que es al rojo caliente a amarillo caliente, o de un plasma formado por la energía de microondas, o de ambos. En una forma de realización, esta radiación indirecta del cuerpo negro es a niveles de potencia continuamente estables .

El tiempo de calentamiento depende de la energía por la masa de material contenedor de carbono, que puede ser de entre aproximadamente 1 minuto a 5 horas, pero es preferiblemente de entre aproximadamente 10 minutos y 1 hora .

El interior de la cavidad electromagnética puede estar presurizado o evacuado, sin embargo, se prefiere emplear aproximadamente presión atmosférica.

El interior del recipiente de reacción puede estar presurizado o evacuado, sin embargo, se prefiere emplear aproximadamente presión atmosférica.

En una forma de realización, el método además comprende la introducción de un gas añadido al interior del recipiente de reacción.

El gas añadido es preferiblemente cualquier gas que no reaccione significativamente con el carbón bajo estas condiciones, o que reaccione solo lentamente a elevadas temperaturas. Ejemplos de estos gases inertes incluyen, pero no restringen a, nitrógeno, argón, neón y helio. Ejemplos de gases medianamente reactivos incluyen dióxido de carbono, monóxido de carbono y ozono.

En una forma de realización, el método comprende además una etapa de pre-tratamiento de la biomasa antes de la etapa (a) , comprendiendo la etapa de pre-tratamiento de la biomasa el calentamiento en agua a una presión de entre 25 y 170 Bar durante aproximadamente de 30 minutos a 2 horas y una temperatura de entre aproximadamente 230 0 C y 350 ° C.

En una forma de realización, se añade un catalizador ácido al agua antes de la etapa de tratamiento previo .

En una forma de realización, el método comprende además presionar mecánicamente la biomasa pre-tratada para eliminar el agua libre.

En un octavo aspecto, la invención consiste en carbón activado producido por el método del séptimo aspecto .

En un noveno aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa que comprende las etapas de: a) provisión de biomasa; b) provisión de un material absorbente de microondas ; c) provisión de una cavidad electromagnética, estando la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; d) provisión de un recipiente de reacción, estando el recipiente de reacción adaptado para encerrar sólidos, líquidos y gases; e) introducción de un recipiente de reacción en la cavidad electromagnética; f) introducción de biomasa en el recipiente de reacción; g) introducción de un material absorbente de microondas en el recipiente de reacción; h) introducción de un gas añadido en el interior del recipiente de reacción; i) aplicación de energía electromagnética en la cavidad electromagnética, el recipiente de reacción y el material absorbente de microondas a niveles de potencia tales que el material absorbente de microondas recibe energía electromagnética directa; j) permitiendo que el calor fluya desde el material absorbente de microondas hasta el gas añadido de tal manera que un plasma es producido por el gas añadido, proporcionando el plasma un campo de radiación; y k) la exposición de la biomasa al campo de radiación de tal manera que el carbón activado y/o el carbón recarburador se forman a partir de la biomasa.

En una forma de realización, el método comprende además proporcionar un recipiente de reacción, estando el recipiente de reacción adaptado para contener la biomasa, e introducir el recipiente de reacción a la cavidad electromagnética. En esta forma de realización, la biomasa se introduce en el recipiente de reacción.

En una forma de realización, la cavidad electromagnética comprende materiales refractarios. Los materiales refractarios al menos rodean parcialmente la cámara de reacción. En una forma de realización, el material refractario rodea la cámara de reacción.

En una forma de realización, la biomasa puede estar expuesta a la energía electromagnética de modo que la biomasa absorbe la energía electromagnética no absorbida por el material absorbente de microondas .

En una forma de realización alternativa, la biomasa es tal que la biomasa no absorbe la energía electromagnética no absorbida por el material absorbente de microondas. La biomasa puede estar contenida en un segundo recipiente de reacción y no expuesta a la energía electromagnética. En esta forma de realización alternativa, los productos de pirólisis generados por la biomasa en el segundo recipiente de reacción no forman una capa eléctricamente conductora en las paredes del primer recipiente de reacción (tal como se describe en el séptimo aspecto de la invención) y, absorbiendo la energía del campo electromagnético, permite que el plasma reciba más energía, absorbiendo la energía de campo electromagnético.

En una forma de realización, después de la etapa h) el material absorbente de microondas está protegido del campo electromagnético después de la iniciación del plasma para permitir más energía hacia el plasma.

En una forma de realización, después de la etapa h) , se controlan los niveles de potencia de la energía electromagnética y/o la tasa de flujo del gas añadid para controlar la ubicación y la intensidad del plasma.

En una forma de realización, después de la etapa h) la composición del gas añadido se ajusta para controlar las propiedades y velocidad de reacción química con las superficies expuestas del material contenedor de carbono.

En una forma de realización, la biomasa está expuesta a estos campos de energía durante un período de tiempo tal que se forma un rendimiento máximo de carbón activado o de carbón recarburador, dependiendo el tiempo de la proporción de niveles de potencia por la masa de material que contiene carbono.

En una forma de realización, los niveles de potencia se eligen de manera que la temperatura del carbón se eleva a las temperaturas adecuadas.

En una forma de realización, el método comprende además el cese de la exposición de la biomasa a la energía de microondas, después de lo cual se retira del aparato y se colecta.

El plasma se forma por el gas añadido siendo suficientemente calentado por el material de absorción de microondas para ionizar parcialmente el gas, después de lo cual la fase gaseosa se convierte en eléctricamente conductora. El campo electromagnético se acopla a la fase gaseosa conductora eléctricamente iniciando el plasma.

En una forma de realización, el gas fluye añadido a través de la biomasa y se elimina a través de un tubo de salida, eliminando al mismo tiempo los compuestos volátiles que se producen como resultado de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa.

En una forma de realización, el gas añadido se suministra al recipiente de reacción a un caudal especi icado. El caudal se puede especificar para controlar la presión dentro del recipiente de reacción, así como el índice de eliminación del bio-aceite en lugar de la deposición de carbono pirolítico en las paredes del recipiente de reacción.

En una forma de realización, el método además comprende la condensación de bio-aceite (s ) emitido (s) por la biomasa, como resultado de aplicar una energía electromagnética a la biomasa, en forma de vapor a condensado. En una forma de realización, el condensado es recogido en un recipiente adecuado asociado al condensador de gas .

En una forma de realización, el método además comprende la recogida de los gases no condensables emitidos por la biomasa como resultado de aplicar energía electromagnética a la biomasa. En una forma de realización, los gases no condensables son recogidos en un recipiente adecuado .

En una forma de realización adicional, el vapor puede ser introducido en el gas añadido.

En una forma realización, la biomasa es biomasa de tamaño reducido. En una forma de realización preferida, la biomasa comprende lignocelulosa finamente dividida. Uno de los muchos ejemplos de tales lignocelulosaa finamente divididas es el serrín. Otros ejemplos incluyen, pero no están limitados a, madera, plantas de cereales, algas o residuos orgánicos, residuos molidos agrícolas, como la paja, la fracción celulósica a partir de residuos urbanos, los residuos molidos de la silvicultura o la transformación de productos agrícolas, las cosechas cultivadas específicamente para tal procesamiento , y varias plantas arbustivas, especialmente las cultivadas adventiciamente en tierras no utilizadas de otro modo.

En una forma de realización, la biomasa es carbón sub-bituminoso, bituminoso o antracita.

En una forma de realización, la energía electromagnética directa es una energía electromagnética de onda más larga. En una forma de realización preferida, la energía electromagnética de longitud de onda más larga es la energía de microondas. En una forma de realización, la energía de microondas tiene un rango de frecuencia aproximadamente de 900 MHz a 3 GHz. Las frecuencias típicas de la energía electromagnética utilizada son aproximadamente entre 900 MHz y 1 . 000 MHz, y entre alrededor de 2 GHz y 3 GHz. En una forma de realización preferida, la frecuencia de la energía de microondas puede ser una de las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) para la calefacción industrial. Las bandas ISM para la calefacción industrial aproximadamente incluyen 915 MHz, 922 MHz, y 2.450 MHz. Por ejemplo, otras frecuencias que también pueden ser adecuadas aproximadamente incluyen 13 MHz, 27 MHz y 40 MHz.

La temperatura de formación de carbón activado es de entre 450 2 C y 1300 2 C, preferiblemente entre 550 2 C y 900 2 C, La temperatura de la formación de carbono recarburiser es entre 450 2 C y 1300 2 C, preferiblemente entre 600 2 C y 900 2 C La temperatura de reacción está controlada a través de la potencia de microondas aplicada.

El calentamiento de la biomasa implica tanto la absorción directa de potencia de microondas, como también la energía de radiación indirecta del cuerpo negro. La radiación del cuerpo negro resulta de un plasma formado por la energía de microondas. En una forma de realización, esta radiación de cuerpo negro es indirecta a niveles de potencia continuamente estables.

El tiempo de calentamiento depende de la potencia a la masa de material que contiene carbono, que puede ser de entre 1 minuto a 5 horas, pero es preferiblemente entre aproximadamente 10 minutos y 1 hora.

El interior del recipiente de reacción puede ser presurizado o evacuado, sin embargo, se prefiere emplear aproximadamente presión atmosférica.

El gas añadido es preferiblemente cualquier gas que no reaccione significativamente con el carbono en estas condiciones, o que reaccione sólo lentamente a temperaturas elevadas. Ejemplos de tales gases inertes incluyen, pero no se limitan a, nitrógeno, argón, neón y helio. Ejemplos de gases ligeramente reactivos incluyen dióxido de carbono, monóxido de carbono, ozono y vapor de agua.

En una forma de realización, el método comprende además una etapa de pre-tratamiento de la biomasa antes de la etapa (a) , comprendiendo la etapa de pre-tratamiento de la biomasa el calentamiento en agua a una presión de entre 25 y 170 Bar durante aproximadamente de 30 minutos a 2 horas y temperatura de entre aproximadamente 230 ° C y 350 ° C.

En una forma de realización, el recipiente de reacción está adaptado para contener gas añadido En un décimo aspecto, la invención consiste en carbón activado y/o de carbono recarburiser producido por el método de la noveno aspecto.

En un undécimo aspecto, la invención consiste en términos generales en un carbón activado y/o de carbón recarburador producido mediante la aplicación de energía electromagnética a una biomasa, en el que el carbón activado ylo de carbón recarburador se caracteriza por un contenido de carbono de al menos aproximadamente 88%.

En una forma de realización, el carbón activado y/o de carbón recarburador se caracteriza por un contenido de carbono de al menos aproximadamente 90%, preferiblemente al menos aproximadamente 95%.

En una forma de realización, el carbón activado y/o carbón recarburador se caracteriza por un contenido de hidrógeno de menos de aproximadamente 1%, preferiblemente menos de aproximadamente 0,3%.

En una forma de realización, el carbón activado y/o carbón recarburador se caracteriza por un contenido de nitrógeno de menos de aproximadamente 1%, preferiblemente menos de aproximadamente 0,4%.

En una forma de realización, el carbón activo y/o carbón recarburador se caracteriza por un contenido de azufre de menos de aproximadamente 0,4%, preferiblemente menos de aproximadamente 0,3%.

En una forma de realización, el carbón activado y/o carbón recarburador se caracteriza por un valor calorífico bruto de más de aproximadamente 30MJ/kg, preferiblemente de aproximadamente 33MJ/kg.

En una forma de realización, el carbón activado y/o carbón recarburador se caracteriza por una pérdida de humedad de menos de aproximadamente 2%, preferiblemente de aproximadamente 1,1%.

En una forma de realización, la energía electromagnética comprende la energía de microondas . La radiación de microondas preferiblemente tiene un rango de frecuencia similar a la del intervalo descrito anteriormente en relación con el séptimo aspecto.

En una forma de realización, el carbón activado y/o carbón recarburador es producido por la exposición de la biomasa a un campo de radiación indirecto de cuerpo negro mientras, simultáneamente, se aplica la energía electromagnética directa.

En una forma de realización, la biomasa es materia vegetal. Alternativamente, la biomasa puede ser cualquier biomasa capaz de ser convertido en carbón. La materia vegetal puede incluir madera, plantas de cereales, algas o residuos orgánicos. En una forma de realización preferida, la materia vegetal es Pinus radiata. En una forma de realización alternativa, la biomasa es de carbón sub-bituminoso con llama.

En un duodécimo aspecto, la invención consiste en términos generales en un método que comprende las etapas de: a) suministro de biomasa; b) suministro de una cavidad electromagnética, estando la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; c) introducción de la biomasa al interior de la cavidad electromagnética; d) aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética, y la biomasa recibida en el mismo a niveles de potencia tales que la biomasa recibe energía electromagnética directa y es producido un campo de radiación indirecto de cuerpo negro; e) exposición de la biomasa al campo de radiación indirecta de cuerpo negro mientras se aplica simultáneamente la energía electromagnética directa de tal forma que se forma carbón activado a partir de la biomasa; Y f) utilización el carbón activado para la fabricación de acero.

El duodécimo aspecto puede incluir una o más de las características descritas anteriormente en relación con los aspectos séptimo o noveno.

En un décimo-tercer aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa que comprende las etapas de: a) suministro de biomasa; b) suministro de un material absorbente a microondas ; c) suministro de una cavidad electromagnética, estando la cavidad electromagnética adaptada a encerrar y contener un campo de energía electromagnética; d) introducción de un recipiente para la biomasa en el interior de la cavidad electromagnética; e) introducción del material absorbente de microondas en el interior del recipiente de reacción; f) la aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética y el material absorbente de microondas recibido en el mismo a niveles de potencia tales que el material absorbente de microondas recibe energía electromagnética directa; g) permitiendo que el calor fluya desde el material absorbente de microondas hacia el gas añadido de tal manera que un plasma es producido por el gas añadido, proporcionando el plasma un campo de radiación; h) exposición de la biomasa al campo de radiación de tal manera que el carbón recarburador se forma a partir de la biomasa; y i) utilización de el carbón recarburador para fabricar acero.

El décimo-tercer aspecto puede incluir una o más de las características descritas anteriormente en relación con los aspectos séptimo o noveno.

En un decimocuarto aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa que comprende las etapas de: a) suministro de biomasa; b) suministro de una cavidad electromagnética, estando la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; c) suministro de un recipiente de reacción, estando el recipiente de reacción adaptado para encerrar y contener la biomasa cruda y biomasa procesada; d) introducción del recipiente de reacción al interior de la cavidad electromagnética; e) introducción del material absorbente de microondas al interior del recipiente de reacción; f) aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética, a la biomasa y al material absorbente de microondas recibido en el mismo a niveles de potencia tales que el material absorbente de microondas recibe energía electromagnética directa; g) permitir que el calor fluya desde el material absorbente de microondas hacia el gas añadido de tal manera que se produce plasma por el gas añadido, proporcionando el plasma un campo de radiación; h) exposición de la biomasa para el campo de radiación de tal manera que coque de nuez se forma a partir de la biomasa.

El decimocuarto aspecto puede incluir una o más de las características descritas anteriormente en relación con los aspectos séptimo o noveno.

En un decimoquinto aspecto, la invención consiste en términos generales en un método para el procesamiento de biomasa que comprende las etapas de: a) suministro de biomasa procesada en forma de carbón; b) suministro de una cavidad electromagnética, estando la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; c) provisión de un recipiente de reacción; d) introducción de un recipiente para la biomasa en el interior de la cavidad electromagnética; e) introducción de un material absorbente de microondas en el interior del recipiente de reacción; f) introducción OK del recipiente de reacción en el interior de la cavidad electromagnética; g) introducción del material absorbente de microondas en el interior del recipiente de reacción; h) aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética, a la biomasa y al material absorbente de microondas recibido en el mismo a niveles de potencia tales que el material absorbente de microondas recibe energía electromagnética directa; i) permitir que el calor fluya desde el material absorbente de microondas hacia el gas añadido de tal manera que se produce plasma por el gas añadido, proporcionando el plasma un campo de radiación; j) exposición de la biomasa al campo de radiación de tal manera que se forma carbón grafitico a partir de la biomasa.

El decimoquinto aspecto puede incluir una o más de las características descritas anteriormente en relación con los aspectos séptimo o noveno.

El término "comprende" como se usa en esta memoria descriptiva significa "que consiste al menos en parte de"; es decir, en la interpretación de las declaraciones de este pliego de condiciones que incluyen "comprende", las características precedidas por este término en cada declaración tienen que estar presentes en su totalidad, pero otras características también pueden estar presentes. Los términos relacionados tales como "comprende" y " comprendido/a" se han de interpretar de una manera similar.

Esta invención también puede decirse ampliamente que consiste en las partes, elementos y características referidas o indicadas en la memoria descriptiva de la solicitud, individual o colectivamente, y cualquiera o todas de las combinaciones de cualesquiera dos o más de dichas partes, elementos o características, y donde números enteros específicos se mencionan en el presente documento que han conocido equivalentes en la técnica a la que esta invención se refiere, dichos equivalentes conocidos se considera que son incorporados como si se incluyesen individualmente en este documento.

Como se usa aquí, el término " (s) " o " (es) " después de un sustantivo significa la forma plural y/o singular de ese sustantivo.

Tal como se usa aquí el término "y/o" medios "y" u "o", o que el contexto permite tanto.

Se pretende que la referencia a un rango de números descritos en este documento (por ejemplo, 1 a 10) también incorpora referencia a todos los números racionales dentro de ese intervalo (por ejemplo, 1, 1.1, 2, 3, 3,9, 4, 5, 6, 6,5, 7, 8, 9 y 10) y también cualquier serie de números racionales dentro de ese intervalo (por ejemplo, 2 a 8, 1.5 a 5.5 y 3.1 a 4.7) y, por lo tanto, todos los subintervalos de todos los intervalos descritos expresamente en este documento que por la presente se da a conocer expresamente. Estos son sólo ejemplos de lo que se pretende específicamente, y todas las combinaciones posibles de valores numéricos entre el valor más bajo y el valor más alto enumerados son consideradas de ser expresamente indicadas en esta aplicación de manera similar.

La invención consiste en lo anterior y prevé también construcciones de las cuales la continuación, se facilitan ejemplos solamente.

DEFINICIONES El término "carbono activado" significa cualquier material que está esencialmente compuesto sólo de carbono, y para los que un gramo de dicho material tiene un área de superficie en las inmediaciones de 500 metros cuadrados o mayor, tal como se calcula en la prueba estándar BET por adsorción de nitrógeno.

El término "carbón recarburador" significa cualquier material que se componga principalmente de carbono, y tenga un contenido de carbono fijo >88%, contenido de volátiles <1%, contenido de humedad <2%, contenido de ceniza <5%, contenido de nitrógeno <1 %, contenido de azufre <0,4%, valor calorífico >3028MJ/kg, y el contenido de hidrógeno <1%.

El término "coque de nuez" significa cualquier material que esté compuesto principalmente de carbono y tenga un contenido de carbono fijo >84% (base seca) , el contenido de azufre <0,5%, contenido de nitrógeno <0,5%, contenido de materia volátil <2%, el contenido de humedad <10%. Ceniza <13%. El coque de nuez se utiliza como combustible para elevar el calor en el proceso de fabricación de acero.

El término "biomasa" como se usa en esta memoria descriptiva se refiere a materia de origen vegetal, incluidas las que hayan sido sometidas a procesamiento. El término "biomasa" que se utiliza en esta memoria también puede referirse a carbón sub-bituminoso, bituminoso o antracita, incluidos los que hayan sido sometidos a procesamiento.

El término "tamaño reducido", incluyendo cualquier otra forma verbal, significa que el material así descrito está presente en partes más pequeñas de como se han hallado originalmente. En una forma de realización, tal reducción de tamaño implica la conversión de la biomasa en pedazos de 1 cm en cualquier dimensión, o más pequeño, por cualquier medio, incluyendo, pero no limitado a, corte, fresado, triturado, o la reducción de tamaño accidental, por ejemplo, la producción de serrín durante la molienda de la madera.

El término "comprende" como se usa en esta memoria descriptiva significa "que consiste al menos en parte de"; es decir, en la interpretación de las declaraciones de este pliego de condiciones que incluyen "comprende", las características precedidas por este término en cada declaración tienen que estar presentes en su totalidad, pero otras características también pueden estar presentes. Los términos relacionados tales como "comprende" y "comprendido/a" se han de interpretar de una manera similar.

Para los expertos en la técnica a la que la invención se refiere, muchos cambios en la construcción y » 52 realizaciones ampliamente diferentes y aplicaciones de la invención serán evidentes por sí mismas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Las revelaciones y las descripciones en el presente documento son puramente ilustrativos y no pretenden ser en ningún sentido limitante. Dónde números enteros específicos se mencionan en el presente documento que han conocido equivalentes en la técnica a la que esta invención se refiere, dichos equivalentes conocidos se considera que son incorporados como si se incluyesen individualmente en este documento.

Como se usa aquí, el término " (s) " o "(es)" después de un sustantivo significa la forma plural y/o singular de ese sustantivo.

Se pretende que la referencia a un rango de números descritos en este documento (por ejemplo, 1 a 10) también incorpora referencia a todos los números racionales dentro de ese intervalo (por ejemplo, 1, 1.1, 2, 3, 3,9, 4, 5, 6, 6,5, 7, 8, 9 y 10) y también cualquier serie de números racionales dentro de ese intervalo (por ejemplo, 2 a 8, 1.5 a 5.5 y 3.1 a 4.7) y, por lo tanto, todos los subintervalos de todos los intervalos descritos expresamente en este documento que por la presente se da a conocer expresamente. Estos son sólo ejemplos de lo que se pretende específicamente, y todas las combinaciones posibles de valores numéricos entre el valor más bajo y el valor más alto enumerados son consideradas de ser expresamente indicadas en esta aplicación de manera similar .

La invención consiste en lo anterior y prevé también construcciones de las cuales la continuación, se facilitan solamente ejemplos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se describirá ahora solamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos en los que: La figura 1 es un dibujo esquemático de una primera preferida aparato forma de realización del aparato para llevar a cabo el método de la invención; La Figura 2 es un dibujo esquemático de una forma de realización preferida de una guía de onda ajustable; La Figura 3 es una vista frontal de una segunda preferida forma de realización preferida del aparato; La Figura 4 es una vista en sección transversal tomada a través de la línea A-A de la Figura 3 ; Figura 5 Diagrama de flujo de las formas de realización preferida para los métodos de la invención; La Figura 6 es un detalle de la vista en sección transversal del aparato en el punto de inyección de gas de extracción/gas portador ,- La Figura 7 es un dibujo esquemático de un segundo aparato adecuado para llevar a cabo el método de la invención ; La Figura 8 es una vista lateral del aparato de la Figura 7 ; La Figura 9 es una vista en perspectiva parcial del extremo de salida del aparato de la Figura 7 con la placa trasera quitada y el recipiente de reacción parcialmente eliminado; La Figura 10 es una vista en perspectiva del aparato de la Figura 7; La Figura 11 es un dibujo esquemático de una forma de realización del segunda aparato para llevar a cabo el método de la invención; La Figura 12 es una vista en sección transversal de un aparato hidrotermal .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA La figura 1 es un dibujo esquemático de una primera preferida forma de realización del aparato 1 para el procesamiento de biomasa o materia orgánica y las Figuras 3, 4 y 7 muestran una segunda preferida forma de realización preferida del aparato para el procesamiento de biomasa. A menos que se describa, las características y el funcionamiento de la segunda preferida forma de realización son las mismas que las características y el funcionamiento de la primera preferida forma de realización.

El aparato tiene un carcasa o cavidad electromagnética 3, un tubo giratorio o recipiente de reacción 5, un generador electromagnético en forma de un generador de microondas 7, y una guía de ondas 9, una red de adaptación de impedancia de la guía de ondas 208, y un generador de vacío o bomba 49.

La invención utiliza la tecnología de microondas para convertir biomasa tal como madera en carbón y líquido y/o gaseoso como sub-producto . Cuando se aplica energía de microondas a la biomasa, la energía de microondas es absorbida y convertida en calor de una forma que indirectamente puede acelerar determinadas reacciones químicas por excitación de los modos de vibración de flexión que lleva a la molécula más próxima a estados de transición específicos de la reacción. El resultado global es que la energía de microondas puede promover la formación de productos seleccionados, en lugar de una gama más amplia de materiales derivados de la excitación térmica.

En el carbón, el carbono se convierte en "fijo" y es capaz de ser almacenado a largo plazo (> 103 años) si no se hace nada para liberar el carbono a la atmósfera. En comparación, la materia prima vegetal se pudre con relativa facilidad, lo que es adecuado en general, por sólo el almacenamiento a corto plazo. Por lo tanto, la captura de gases de carbono en carbón en lugar de directamente como material de la planta sin procesar aumenta la cantidad de tiempo durante el cual los gases de carbono pueden ser almacenados. Mediante el uso de microondas, de biomasa, tales como las plantas pueden ser convertidos en carbón vegetal en una manera eficiente energéticamente.

Durante este proceso, un subproducto líquido y/o gaseoso se emite a partir de la biomasa. El líquido puede ser emitido en fase líquida o vapor. El subproducto líquido y/o gaseoso emitidos a partir de la biomasa comprenden un subproducto líquido y/o gaseoso conocido como bio-aceite(s), o alquitrán (es ) . El líquido rezuma de la biomasa preferiblemente como consecuencia de la aplicación de la radiación de microondas a la biomasa. El líquido es un subproducto del proceso que produce carbón desde la biomasa mediante la transmisión de energía electromagnética a la biomasa. El subproducto líquido y/o gaseoso comprende muchos productos, incluyendo un subproducto útil en forma de un biocombustible o aditivo para un biocombustible .

Con referencia a la Figura 1, el tubo giratorio 5 está alojado por la carcasa 3 y es giratoria dentro de la carcasa. El tubo giratorio es preferentemente un tubo de cuarzo, en particular, una alta pureza de cuarzo fundido. El tubo rotativo 5 tiene un extremo de entrada 11 para recibir biomasa procesada un y un extremo de salida 13 para la descarga de la biomasa de procesamiento. La carcasa 3 tiene un extremo de entrada 15 y un extremo de salida 17 que corresponde a la entrada y la salida del tubo 5. El diámetro del tubo es suficiente para permitir que la biomasa se mueva relativamente libre y rodar a través del tubo, en lugar de acumularse. La carga de la biomasa se determina por la fuente de alimentación, y el diámetro del tubo será elegido o diseñado para tener un diámetro que permita que la carga máxima de la biomasa pueda rotar libremente .

Con referencia a la figura 1, una placa alimentadora final puede estar posicionada sobre el extremo de entrada de la carcasa 3 y una placa de entrega final puede ser posicionada sobre el extremo de salida de la carcasa. La placa alimentadora final está adaptada para permitir la introducción de la biomasa sin procesar en el tubo desde una tolva de alimentación 23. En el dibujo esquemático de la Figura 1, la tolva de alimentación 23 alimenta la biomasa sin procesar directamente en el tubo giratorio 5. Alternativamente, la tolva de alimentación puede alimentar la entrada con material a través de canales o conductos adecuados. Con referencia a la Figura 4, el aparato tiene un sinfín 24 para la alimentación de biomasa sin tratar en el tubo giratorio 5. La biomasa se puede introducir en el tubo en un proceso continuo o un proceso por lotes.

La placa de entrega está adaptada para permitir que se introduzca la energía de microondas en el tubo a través de la guía de ondas 9. La placa de entrega final es preferiblemente una placa de cuarzo. El aparato tiene una partición entre la guía de ondas y la carcasa 3. En la forma de realización preferida mostrada, el carbón se descarga desde el extremo de salida del tubo a través de un tubo o canal a la tolva de recogida 23. En la forma de realización preferida mostrada, el carbón caerá en la tolva debido a la influencia de la gravedad. La tolva de recogida es un contenedor sellado con bolsas de aire intermitente para permitir que el producto procesado sea evacuado en una fase continua. Con referencia a la Figura 4, el aparato tiene una válvula de bola, que se hace funcionar como una válvula rotativa posicionado en un pasaje de un tubo entre el tubo 5 y la tolva de recogida. La válvula tiene un disco en la bola, que proporciona un área para mantener el material procesado.

Con referencia a la figura 1, el tubo giratorio 5 está inclinado en un ángulo A respecto a un eje horizontal H. El ángulo del tubo giratorio 5 en relación con el eje horizontal es ajustable para controlar la velocidad a la que se procesa la biomasa. El ángulo del tubo se puede ajustar, por ejemplo, entre aproximadamente 3 grados y 30 grados .

En la forma de realización preferida mostrada, la carcasa 3 y el tubo 5 son ambos inclinados en un ángulo con respecto al eje horizontal H y el ángulo del tubo 5 con respecto a la carcasa 3 está fijado. Para ajustar el ángulo del tubo giratorio 5 en relación con el eje horizontal, se ajusta el ángulo de la carcasa 3. En la forma de realización preferida, la carcasa 3 está montada sobre cuatro patas ajustables 25 que permiten que el aparato se incline. El ángulo se ajusta cambiando la altura de las patas de la carcasa 25. El ángulo de altura y de inclinación se puede ajustar manualmente o automáticamente como parte de un sistema de control.

Alternativamente, la carcasa 3 puede ser un componente estacionario y el ángulo del tubo giratorio 5 en relación con el eje horizontal se puede ajustar por ajustado el ángulo del tubo giratorio 5 respecto a la carcasa .

El tubo rotativo 5 es sustancialmente estanco a la presión y sustancialmente estanco a microondas . El aparato tiene material de aislamiento 27 que rodea el tubo rotativo. El material utilizado para aislar las superficies exteriores del tubo rotativo 5 es preferiblemente de fibra de vidrio. Sin embargo, el material aislante puede ser cualquier material sustancialmente no conductor aislante que es adecuado para su uso en temperaturas superiores a aproximadamente 300 ° C, por ejemplo. El material aislante utilizado en lugares que serán expuestos a la energía de microondas tendrá preferiblemente las mismas propiedades térmicas que el material utilizado en las superficies exteriores (como anteriormente) , además de características de baja pérdida dieléctrica. Por ejemplo, una pequeña cantidad de material aislante con baja pérdida dieléctrica se coloca en frente de la partición de guía de ondas/tubo giratorio. La partición de guía de ondas es un material rígido de baja pérdida dieléctrica tal como cuarzo puro, o de cerámica, por ejemplo.

El contacto y la integridad eléctrica se mantiene entre las placas finales estacionarias y el tubo giratorio con bloqueadores de cuartos de onda atenuadores de microondas .

El generador de microondas 7 está asociado con el tubo giratorio 5 para la aplicación o la transmisión de energía electromagnética al tubo giratorio 5 y a la biomasa recibida en el mismo. El generador de microondas 7 está configurado para generar la radiación electromagnética.

Preferiblemente, la radiación electromagnética tiene un rango de frecuencias de super alta frecuencia (SHF) o muy alta frecuencia (EHF) que son típicas de las microondas. Opcionalmente, el generador de microondas 7 genera radiación de microondas a un rango de frecuencias adecuada. El generador de microondas 7 tiene un rango de frecuencia aproximadamente de 900 MHz a 3 GHz . Las frecuencias típicas de la energía electromagnética utilizada son aproximadamente entre 900 MHz y 1.000 MHz, y entre alrededor de 2 GHz y 3 GHz. En una forma de realización preferida, la frecuencia de la energía de microondas puede ser una de las bandas industriales, científicas y médicas (ISM) para la calefacción industrial. Las bandas ISM para la calefacción industrial aproximadamente incluyen 915 MHz, 922 MHz, y 2.450 MHz. Por ejemplo, otras frecuencias que también pueden ser adecuadas aproximadamente incluyen 13 MHz, 27 MHz y 40 MHz.

La radiación electromagnética es producida por cualquier aparato adecuado. Un aparato adecuado incluye triodo, klistrón y magnetrón, así como diodos de estado sólido y transistores de estado sólido, por ejemplo.

Con referencia a la Figura 1, la radiación de microondas generada por el generador de microondas 7 se guía a la cavidad electromagnética por la guía de ondas 9. La guía de ondas es un tubo de metal hueco para la transmisión de la radiación de microondas desde el generador de microondas a la cavidad electromagnética. En una forma de realización alternativa, la radiación de microondas generada por el generador de microondas 7 se transmite a la cavidad electromagnética por un cable coaxial y se irradia dentro de la cavidad electromagnética 3 a través de una estructura de antena. Un cable coaxial es un cable eléctrico con un conductor interno rodeado por una capa rígida o flexible, aislante tubular, rodeado por una protección tubular eléctricamente conductora. El recipiente de reacción 5 y la biomasa 108 ambos residen dentro de la cavidad electromagnética y están expuestos a la radiación de microondas generada por el generador de microondas 7.

El ángulo de la guía de ondas es ajustable correspondiendo a la capacidad de ajuste del ángulo del tubo giratorio 5. La guía de ondas 9 tiene una primera parte horizontal 29 que se extiende desde el generador de microondas 7 y una segunda parte 31 que se extiende desde la primera parte y hacia el tubo rotativo 5. La segunda parte 31 se extiende alejándose de la primera parte 29 en un ángulo B con respecto a la primera parte. El ángulo B se corresponde con el ángulo A del tubo rotativo. El ángulo de la segunda parte 31 con relación a la primera parte 29 es ajustable. La segunda parte está conectada operativamente a la primera parte por una parte de conexión 33 que permite que las primeras y segundas partes pivoten una respecto a la otra.

En la forma de realización preferida mostrada, la guía de ondas 9 es un componente metálico hueco que tiene una sección transversal rectangular. La parte de conexión 33 tiene una sección transversal rectangular correspondiente. Con referencia a la Figura 2, la parte de conexión está formada por dos conjuntos de placas laterales 35a, 35b y dos placas de deflexión 37. Los conjuntos de placas laterales 35a, 35b forman los lados izquierdo y derecho de la parte de conexión 33 y las placas de deflexión 37 forman los lados superior e inferior de la parte de conexión. En una forma de realización, el aparato puede ser terminado con una carga adaptada para absorber la energía residual no absorbida por la biomasa y para prevenir la formación de un patrón de onda permanente a lo largo de la longitud del reactor. La carga adaptada puede ser en forma de una carga de agua de guía de ondas que tiene una impedancia de aproximadamente 50 ohmios en la frecuencia de funcionamiento (frecuencia del generador de microondas) . Preferiblemente, la carga de agua será equipada con un sensor de campo eléctrico para detectar y medir la cantidad de energía no absorbida por la biomasa.

En una forma de realización, el recipiente de reacción puede estar rodeado por un material de pérdidas con una constante dieléctrica para aumentar la intensidad del campo eléctrico a lo largo del eje central del reactor a través del cual la biomasa rota y se expone al campo eléctrico concentrado. Preferiblemente, el material tendrá una constante dieléctrica mayor que 20, por ejemplo.

Las placas de deflexión 37 pueden estar formadas por un material conductor rígido o elástico. Como el ángulo entre la primera parte 29 y la segunda parte 31of la guía de ondas se altera, las placas de deflexión se mueven para mantener el contacto con las secciones tubulares . Las placas de deflexión no tienen que estar unidas a las placas laterales, siempre que haya un contacto adecuado en ambos lados de la abertura entre las secciones tubulares . Las placas de deflexión 37 forman un escudo para las microondas y un conductor para cualquier corriente que circule regresando a lo largo de estas secciones.

La parte de conexión 33 también tiene un eje 39 que se extiende entre los conjuntos de placas laterales 35a, 35b, que permite la primera parte 29 y la segunda parte 31 de la parte de conexión pivoten una con respecto a la otra. Además, en cada conjunto de placas laterales, una placa lateral tiene una o dos ranuras curvadas mecanizadas 41 que tienen un radio similar. La otra placa lateral tiene una o dos aberturas 43 correspondientes a las ranuras curvadas. Un tornillo de sujeción (no mostrado) se extiende a través de una de las ranuras curvadas y una de las aberturas para conectar las placas laterales entre sí, mientras que también permite el ajuste de las placas laterales respecto a la otra. El ajuste de las placas laterales ajusta el ángulo de las primera y segunda partes. Cuando se conectan juntas, las placas laterales forman un sólido muro impenetrable a las microondas.

La guía de ondas 9 está construida por un material adecuado. La guía de ondas puede ser construida a partir de materiales ya sea conductores o dieléctricos, por ejemplo .

En la forma de realización preferida mostrada, la guía de onda también tiene un sintonizador ajustable. El sintonizador se utiliza para que coincida la impedancia característica del reactor que contiene la biomasa (carga) con el generador electromagnético (fuente) . Haciendo coincidir la fuente e impedancias de carga, se pueden realizar acoplamientos óptimos de energía en la biomasa. El sintonizador puede ajustarse manualmente o automáticamente como parte de un sistema de control.

El aparato también tiene un sistema para retirar y recoger bio-aceite (s) emitidos en forma de vapor o gaseoso. En particular, el aparato puede tener un sistema de extracción de vapor/gas que puede incluir una fuente de gas portador, en la forma de un recipiente a presión 47, un condensador, y reguladores de presión. El recipiente a presión puede proveer el interior del tubo giratorio 5 con un gas portador. El gas portador es un gas inerte y puede comprender dióxido de carbono, argón, o nitrógeno, por ejemplo. El gas portador puede llevar a la bio-aceite (s ) en forma gaseosa/vapor desde el interior del tubo al condensador. El gas portador puede entonces continuar de nuevo al tubo para llevar continuamente los gases hacia el condensador. El sistema de extracción de gas puede ser un sistema cerrado.

Con referencia a las figuras 4 y 6, el aparato tiene un primer punto de inyección de gas /gas portador cerca de el extremo de entrada de la carcasa 3. En particular, el aparato tiene un tubo de gas extraído/gas portador primero 45 que se extiende a través de la carcasa 3 y a través de la 24a eje del sinfín en el tubo giratorio 5.

Con referencia a la figura 4, el aparato tiene un segundo tubo de inyección de gas extraído/gas portador 46 cerca del extremo de salida de la carcasa 3. Cada uno de los primeros y segundos tubos de gas extraído/gas portador 45,46 son preferiblemente un tubo de cuarzo, en particular, de alta pureza cuarzo fundido. Cada uno de los primeros y segundos tubos de gas extraído/gas portador 45, 46 se puede utilizar tanto para suministrar el gas portador al tubo giratorio, o eliminar el gas portador y el bio-aceite (s) emitido en forma de vapor o gas. Esto permite que la dirección del flujo del gas portador sea alterado.

En la forma de realización mostrada, el primer tubo de inyección gas de descarga/gas portador 45 tiene una prensaestopa estanca al agua 51. Con referencia a la Figura 6, la prensaestopa estanca al agua 51 es un sellado mecánico a base de grafito de descarga rápida que permite que el tubo de gas extraído/gas portador sea extendido o retraído dentro del tubo de cuarzo giratorio 5, según se requiera. La prensaestopa estanca al agua 51 tiene un material de junta de grafito 51a, una tapa de bloqueo de rosca 51b, que permite la compresión del material de junta, y las arandelas 51c.

Antes de operar con el aparato 1, la prensaestopa estanca al agua 51 se afloja, y luego el tubo se mueve a una posición requerida en el interior del tubo de cuarzo giratorio 5. La prensaestopa estanca al agua 51 es a continuación apretada de nuevo, que proporciona un sello hermético de aire/agua alrededor el tubo de gas extraído/gas portador.

El tubo de gas extraído/gas portador, está equipada dentro de la 24a eje del tornillo sinfín. El tubo de gas extraído/gas portador no gira con el eje del hueco del tornillo sinfín 24a pero es soportado estacionalmente por un engranaje y una brida 53. El sello mecánico gira con el tornillo sinfín 24. El conjunto de prensaestopas tiene una rosca externa 51e para la unión a la correspondiente rosca interna del eje del tornillo sinfín 24a . La prensaestopa estanca al agua 51 permite la extracción de volátiles o de inyección de gas portador en las posiciones requeridas a lo largo de la longitud del tubo de cuarzo giratorio .

El aparato tiene reguladores de presión para regular la presión dentro del tubo giratorio 5 y dentro del sistema de extracción de gas/vapor. En la forma de realización preferida mostrada, el regulador de presión es una bomba de vacío 49. Además, el recipiente a presión 47 puede ser utilizado como un regulador de presión. La presión puede ser regulada mediante el ajuste del ratio al que el gas portador se introduce y/o el ajuste del ratio de la bomba de vacío. El aparato también tiene un regulador de flujo variable, indicador de flujo de gas, indicador de presión de gas. La presión dentro del tubo giratorio 5 puede ser regulado para ser o bien positiva o negativa respecto a la presión atmosférica.

El aparato 1 comprende, además, una trituradora para reducción del tamaño de la biomasa 108. La biomasa 108 se tritura antes de ponerla en el recipiente de reacción. La trituradora puede estar conectada a los otros componentes del aparato. Alternativamente, la trituradora puede ser un componente independiente separada del aparato.

El aparato tiene un sistema de control incluyendo la temperatura, sondas de presión y sondas de oxígeno. En la forma de realización preferida, las sondas de temperatura son sondas de termopar de junta aislada que miden la temperatura de la biomasa dentro del tubo giratorio. Alternativamente, los termopares de junta unida de respuesta más rápida podrían ser utilizados, por ejemplo. Materiales en el recipiente de reacción pueden incluir biomasa 108, material de absorción de microondas 109, volátiles 113, plasma 111 o paredes del recipiente de reacción 5.

El sistema de control recibe información de la sonda de temperatura y utiliza esa información para controlar la potencia de salida del generador de microondas 7 y/o el rendimiento/tiempo de permanencia de la biomasa en el tubo giratorio 5 para mantener la temperatura dentro de un rango operativo predeterminado. El rendimiento/tiempo de permanencia es controlado por una combinación del índice de rotación del tubo giratorio, el ángulo del tubo giratorio y la velocidad de alimentación de la biomasa a partir de la tolva de alimentación.

El aparato 1 incluye, además, sondas de vacío o de presión (no mostrados) para la medición de las presiones de la cavidad electromagnética y el recipiente de reacción. La temperatura se mide preferiblemente usando termopares de fluoro-luminiscencia de Fabry-Perot.

El sistema de control también recibe información de la sonda de presión. Esa información puede ser utilizada para controlar el funcionamiento de la bomba y / o el suministro del gas portador para mantener la presión en el tubo giratorio 5 dentro de un rango operativo predeterminado. La presión se controla mediante el control de la eliminación adicional o del gas portador.

El sistema de control también puede controlar y ajustar el ángulo del tubo giratorio 5 en relación con el eje horizontal, el Índice de rotación del tubo giratorio, y lo la tasa a la que la biomasa se añade al tubo giratorio.

El aparato 1 incluye además una red de adaptación de impedancia de la guía de ondas en forma de un sintonizador automático de guía de ondas 4-stub.

Un aparato de monitorización o un sistema de control monitoriza la impedancia de entrada de guía de ondas 9 en la cavidad electromagnética 3. La temperatura, la presión y la impedancia de la guía de ondas, datos de voltaje de campo eléctrico recogidos por el aparato de monitorización se utiliza entonces para controlar el proceso de calentamiento. El sistema de control controla el generador de microondas 7, la red de adaptación de impedancia de la guía de ondas 208 y el generador de vacío 49 para mantener la amplitud del campo electromagnético, la temperatura y la presión en el recipiente de reacción 5 dentro de un rango operativo predeterminado .

El aparato también incluye un reactor hidrotermal, mostrado en la Figura 12.

PRIMER MÉTODO PREFERIDO DE OPERACIÓN A continuación se describirá un método preferido de funcionamiento del aparato. El aparato puede operar en un proceso continuo o un proceso por lotes .

Biomasa, típicamente materiales vegetales como madera, plantas de cereales, algas o residuos orgánicos, se selecciona. La selección de la biomasa para el proceso de captura se basa en la eficacia de un tipo particular de biomasa para fijar dióxido de carbono, o el bio-aceite ( s ) requerido que se podría obtener de ella. En el caso de material de planta, tales como árboles, la eficacia con la que el material vegetal fija el dióxido de carbono será típicamente determinado por la evaluación de la cantidad de dióxido de carbono fijada en un período de crecimiento particular de la planta. Plantas más eficaces (como los árboles) fijarán la mayor cantidad de dióxido de carbono durante el período más breve posible el crecimiento.

La biomasa es preferentemente material triturado. Se esperará que el tamaño varíe. Triturar la biomasa hace que sea más fácil para el material el ser convertido en carbón utilizando la tecnología de microondas, y más fácil de recoger los compuestos volátiles que se pueden formar.

La biomasa se coloca entonces en la tolva de alimentación. La tolva de alimentación alimenta el material al tubo giratorio. La tolva de alimentación alimenta el material al tubo giratorio 5, ya sea continuamente o en lotes. En la forma de realización preferida, la entrada se llena continuamente con la biomasa, lo que crea un flujo constante y un bloqueo de presión parcial en la entrada.

Cuando se aplica la radiación electromagnética en forma de microondas a la biomasa, las microondas calientan el material de biomasa para convertir la biomasa en biomasa carbonizada y en bio-aceite (s) . La energía de microondas se desplazará en una dirección generalmente paralela al eje longitudinal del tubo giratorio. Las microondas calientan el material de alimentación a medida que viaja desde el extremo de entrada del tubo al extremo de salida del tubo giratorio .

El gas portador se suministra al tubo giratorio 5. Durante el funcionamiento del aparato, el gas portador se suministra, ya sea continuamente o según sea necesario. El calor producido por las microondas expulsa bio-aceite (s ) en forma de vapores , que luego son transportados desde el tubo por el gas portador, pasados a través de un condensador y recogidos en el dispositivo de recogida. A continuación, el gas portador agotado pasa de nuevo a través de la carcasa 3 y por el tubo para continuar llevando a los gases hacia el condensador. Este es un sistema cerrado bajo una ligera presión o vacío. La combinación de gases dentro de este sistema puede ser controlado. En una forma de realización alternativa, el vapor de agua puede actuar como un gas portador. En una forma de realización alternativa adicional, en lugar de utilizar un gas portador, el aparato puede funcionar bajo un vacío parcial o presión reducida.

El flujo de gas inerte es contracorriente a la biomasa, de tal manera que los volátiles son arrastrados hacia atrás sobre la biomasa entrante que aún tiene que alcanzar temperaturas de pirólisis. Cuando esto sucede, el material menos volátil se condensa en la biomasa entrante y transfiere calor a la biomasa entrante. La condensación del material menos volátil en o hacia el extremo de entrada del tubo de cuarzo asiste a la absorción de más energía de microondas porque el líquido absorbe la energía de microondas mejor. La condensación del material menos volátil también permite la recogida de los bio-aceite (s) más útiles y más volátiles sustancialmente libres de los alquitranes menos volátiles y pesados. Finalmente, se alcanza un equilibrio (suponiendo tasas de energía y de alimentación constantes) que significa que el sistema se comporta como uno con calentamiento continuo, y la eliminación de aceites deseables que sucede en cada temperatura específica.

La mayoría de los bio-aceite (s ) y vapor de agua son expulsados al principio del tubo de medida que se seca la biomasa. A medida que la biomasa continúa viajando a lo largo de la longitud del tubo, el calor producido por las microondas convertirá la biomasa en carbón.

La aplicación de energía de microondas a la biomasa creará variación (es ) en la temperatura del material. En la forma de realización preferida, el aparato tiene sensores de temperatura separados a lo largo de la longitud del tubo.

La entrada de la energía de microondas, la presión de funcionamiento y el rendimiento de la biomasa se controlan para calentar la materia prima para dar los productos requeridos. Por ejemplo, para lograr bio-aceite (s) requerida y/o carbón (es) .

Una vez que la biomasa se ha carbonizado efectivamente en carbón, el carbón fijará el carbono potencialmente para más de 103 años. El carbón es altamente resistente a la descomposición microbiana y una vez formado se elimina de manera efectiva de los depósitos de carbono de la biosfera, incluyendo la atmósfera y el océano.

Una vez que el carbono en la biomasa se fija en el carbón que ha sido producida por el método, el carbón puede ser almacenado en sumideros de carbono. Los sumideros preferidos para el carbón son depósitos naturales de carbono como los suelos, las minas y las minas de carbón a cielo abierto. Como alternativa, el carbón podría ser pulverizado y coloca como masa fluida en los yacimientos de petróleo y gas agotados . Cualquier sumidero que proporciona un ambiente húmedo y fresco se puede utilizar para el almacenamiento de carbón. El carbón puede ser enterrado o depositado en depósitos superficiales.

El bio-aceite (s ) producido usando el aparato y método descrito anteriormente tiene un contenido de energía de al menos aproximadamente 2lMJ/kg. Los valores tabulados para Pinus radiata son 16-19MJ/kg.

Bio-aceite (s) vienen en varias clases. Por lo tanto los emitidos a las temperaturas más bajas incluyen terpenos vegetales; los emitidos alrededor de 350 2 C incluyen productos de la pirólisis de sacáridos, tales como 1 , 6-anhidroglucosa, mientras que las emitidas por encima de 400 2 C incluyen los productos de descomposición de lignina, que son en gran medida fenólicos, con substitución de metoxilo, alquenilo, alquilo o formilo. Estos pueden ser utilizados tal cual como combustible crudo, o pueden ser el material de alimentación para el hidrotratamiento para formar hidrocarburos .

Resultados experimentales Los resultados experimentales de la aplicación de energía de microondas al material vegetal se proporcionan a continuación. Durante las pruebas, la energía de microondas se aplicó a Pinus radiata (Pinus radiata) . La fuente de Pinus radiata fue virutas de madera de un aserradero .

El siguiente paso en la recolección de bio-aceite era hacer funcionar la máquina para producir carbón y durante este proceso, recoger los aceites producidos. Esto se completó muchas veces y algunas muestras de condensado fueron elegidas a partir de una temperatura de funcionamiento de alrededor de 300 ° C y un vacío de aproximadamente 10 kPa. Estas muestras específicas fueron elegidas porque, cuando se determinó el análisis de la composición química de estas muestras, una mayor investigación podría hacerse para ver cómo diferentes condiciones de procesamiento afectan a la composición. Estas muestras de condensado contenían un alto porcentaje de agua. Este agua tuvo que ser separado antes de ser probado con un cromatógrafo de gases acoplado a un espectrómetro de masas (GC-MS) . Este proceso fue completado utilizando tres métodos diferentes para producir tres tipos diferentes de muestras libre de agua. La primera muestra observada era puro bio-aceite, el segundo, de bio-aceite destilado y el tercero, de productos químicos volátiles contenidos en bio-aceite.

En todos los tres casos, el condensado se mezcló con cloruro de metileno - un disolvente no polar. Por consiguiente, la solución forma dos capas; una de cloruro de metileno y bio-aceite, y la otra de agua. El agua se retiró a continuación, utilizando un embudo de separación. Después de este proceso, el bio-aceite puro se mantuvo. Este se utilizó entonces como la primera muestra. En las otras dos muestras, el mismo proceso se completó y amplió; a continuación, la capa de cloruro de metileno fue luego destilada, y porque el cloruro de metileno tiene un bajo punto de ebullición de 40 grados Celsius, se separa fácilmente de las otras moléculas orgánicas dentro del bio-aceite. El residuo todavía contenido cuando se retiró el cloruro de metileno formado por la segunda muestra. El tercer paso fue tomar el residuo y continuar la destilación a una temperatura mucho más alta. Esta eliminó por destilación a las moléculas orgánicas volátiles y dejó los alquitranes restantes. Estas moléculas orgánicas volátiles formadas por la tercera muestra.

Estas tres muestras; el bio-aceite puro, el bio-aceite destilado y los productos químicos volátiles contenidos dentro del bio-aceite se analizaron mediante un GCMS. El GCMS luego devolvió un desglose detallado de la composición contenida en cada muestra, incluyendo su proporción relativa.

Se obtuvo el valor calorífico de una muestra de aceite puro. Con este valor y la información recogida durante la ejecución del proceso, tales como la cantidad de condensado recogido y la cantidad de carbón producido, la cantidad inicial de materia prima, y el contenido de humedad, la cantidad total de bio-aceite producido, pudo entonces ser calculado. Esta información se utiliza para calcular el rendimiento de bio-aceite por kilogramo de virutas de madera en base húmeda y seca. Además, con este valor calorífico y el contenido de humedad de la madera conocido, la cantidad de bio-aceite necesario para pre secar la madera también puede ser calculado. El cálculo completo puede verse a continuación. El contenido de energía relativamente alto obtenido fue, muy probablemente, el resultado de un bajo contenido de agua y la supresión de las reacciones secundarias de los compuestos volátiles durante el calentamiento por microondas.

Los alquitranes son principalmente productos primarios de pirólisis de la celulosa y la lignina que se han calentado aún más y han reaccionado uno con otro. En el flujo de gas a contracorriente, los intermedios son arrastrados a zonas más frías, y si forman alquitranes, los alquitranes no se revolatilizan, sino que entran en las zonas más cálidas y se convierten en carbón, o re-pirolizan. Así, el flujo de gas a contra corriente debe reducir en gran medida la producción de alquitranes no volátiles. También, mediante la adopción de los volátiles en zonas más frías, en lugar de zonas cada vez más calientes, tales reacciones secundarias deben ser ralentizadas o suprimidas.

Materias primas Descripción umedad % Astillas de pino, frescas, 5 - 10 mm espesor, 20 - 60 mm longitud 2 Virutas de pino, almacenadas 8 meses, 2 - 3 mm espesor, 20 - 80 mm longitud 1 Virutas de pino, frescas, 2 - 3 mm espesor, 20 - 80 mm longitud. 6.4088398 Tabla 1 : parámetros de proceso calculados para so de bio-aceite (s) .

Análisis calorífico del bio-aceite ( s ) Rendimienro de carbón vs e dimiento de bio-aceite ^aecci ^ úmeda (^húmeda X humedad) Ifiaceite = I¾eco Ulcarbón Xaceite/seco ~~ ^aceite / ¾ Xaceite/húmedo — ^aceite / ^húmedo Q = Cp x magua x ?G) + (Hvap x magua) Maceite = (Qreq / Hcomb) x ^ Carbón activado La energía de microondas difiere de la fuente habitual de calor en que se suministra la energía directamente a nivel molecular, y es particularmente bueno en la activación de agua. La aplicación de niveles de potencia adecuados de energía de microondas conduce al vapor que es formado durante la pirólisis de la madera a estar a una temperatura suficientemente alta que activa el carbón que se ha formado. Además, hemos encontrado que como las formas de pirólisis iniciales, un recubrimiento de carbono eléctricamente conductor se forma en las paredes interiores del recipiente de reacción. Cuando esto sucede, la biomasa también se incrusta en un intenso campo de radiación de cuerpo negro, que ayuda en la activación del carbono .

La energía de microondas proporciona energía a través del cuerpo de la biomasa, ya que la absorción tiende a ser modesta y por lo tanto dicha radiación puede viajar a través de una cantidad considerable de biomasa antes de que se absorba. Es absorbida fuertemente por el agua, que tiene el efecto de crear rápidamente la estructura inicial de los poros, sin embargo una vez deshidratado, la absorción de microondas desaparece.

Las microondas son, sin embargo, fuertemente absorbidas por los materiales conductores de electricidad, y hemos encontrado que esto nos da una ruta a través de la zona de biomasa seca a una capa de carbón conductor de la electricidad en el interior del recipiente de reacción. Como se liberan alquitranes de la biomasa, algunos se instalan en el interior del recipiente de reacción, después de lo cual son pirolizados a carbón para formar la capa de carbón conductor de electricidad en el interior del recipiente de reacción. Una vez que el carbón se convierte en conductor de electricidad, el carbón absorbe fuertemente la energía de microondas y se convierte en rojo a amarillo caliente, y así genera un campo de radiación intensa de cuerpo negro. Tal radiación de cuerpo negro convierte rápidamente las partes externas de las partículas a carbón, momento en el que las partículas de carbón se convierten en conductoras de electricidad y absorben fuertemente las microondas, que a su vez promueve rápidamente la conversión de la biomasa en carbón.

SEGUNDO MÉTODO PREFERIDO: Un segundo método preferido de tratamiento de biomasa se describirá ahora con referencia a la Figura 5. La Figura 5 muestra cada una de las opciones para el procesamiento de biomasa siguiendo los métodos preferidos segundo, tercero y cuarto descritos en este documento.

El primer paso es proporcionar biomasa 108. El siguiente paso es proporcionar una cavidad electromagnética 3 que está adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética. El siguiente paso es proporcionar un recipiente de reacción 5. El siguiente paso es cargar el recipiente de reacción 5 con biomasa 108.

La biomasa 108 es preferiblemente de tamaño reducido a una forma que se manipule fácilmente, y la elección del tamaño es por conveniencia. En los experimentos descritos a continuación, hemos utilizado serrín. Sin embargo, será apreciado que cualquier material lignocelulósico finamente dividido es adecuado. Serrín fue elegido en los experimentos en gran medida por conveniencia. La biomasa no tiene que estar seca, sin embargo, en cuanto más húmeda, más energía se gasta en la eliminación del agua. La cavidad electromagnética 3 y el recipiente de reacción de 5 pueden tener cualquier forma; Sin embargo, un recipiente cilindrico es probable que sea más conveniente.

El siguiente paso consiste en aplicar energía electromagnética a la cavidad electromagnética 3 , recipiente de reacción 5 y la biomasa 108 alojada en la misma. Preferiblemente, la frecuencia de la energía electromagnética es generada por el generador de microondas 7 está dentro del espectro electromagnético de frecuencias de microondas. La energía electromagnética se transmite a través de una guía de ondas/placa de partición de cavidad electromagnética 106a dentro de la cavidad electromagnética 3 y el recipiente de reacción 5 a través de la guía de onda 9 del generador 7.

La biomasa 108 recibe energía electromagnética directa y como resultado de la energía electromagnética directa, se produce un campo de radiación indirecta de cuerpo negro. La biomasa 108 está expuesta al campo de radiación indirecta de cuerpo negro mientras que la energía electromagnética directa se aplica simultáneamente a la biomasa 108 de tal manera que se forma carbón activado a partir de la biomasa 108.

El interior del recipiente de reacción 5 no necesita ser limpiado, ya que productos de la pirólisis, tales como carbón en la superficie interior del recipiente de reacción 5 promueve el calentamiento de la biomasa 108. En una forma de realización, el recipiente de reacción 5 se podría dar inicialmente una ligero recubrimiento de grafito .

La energía electromagnética directa se aplica a la biomasa 108 a niveles de potencia tales que como productos de pirólisis forma, los productos de la pirólisis forman una capa en el interior del recipiente de reacción 5. Cuando se aplica la energía electromagnética directa a la capa de productos de pirólisis, la capa se convierte en una capa eléctricamente conductora que absorbe fuertemente microondas y proporciona un campo de radiación de cuerpo negro. En una forma de realización alternativa, el método comprende la aplicación de una capa de carbono a las paredes del recipiente de reacción 5. Por ejemplo, pintando o pulverizando una capa que comprende grafito en las paredes del recipiente de reacción.

Durante el procesamiento, la biomasa 108 puede ser o bien estacionaria (modo por lotes) o en movimiento (continua) ; el requisito es que tiene un escogido tiempo de residencia en el campo de energía. Hemos obtenido los mejores resultados cuando el campo de energía es estable, y dicha estabilidad se obtiene más fácilmente cuando el calor infrarrojo (radiación de cuerpo negro) proviene de una capa de carbono conductor de electricidad en el interior del recipiente de reacción 5. Cargas de potencia más altos permiten la generación de un plasma. El plasma se puede formar además del campo de radiación de cuerpo negro producido a partir de la capa conductora de electricidad. El plasma proporciona un campo de radiación a la biomasa 108. El plasma se forma cuando hay moléculas en la fase de gas que pueden absorber potencia de microondas suficiente para ser ionizado, momento en el cual, siendo especies eléctricamente conductoras, facilitan la absorción adicional de potencia de microondas . A medida que el carbón se convierte en conductor de la electricidad, también se calienta .

La biomasa 108 está expuesta a los campos de energía por un periodo de tiempo tal que se forma un rendimiento máximo de carbón activado, dependiendo el tiempo de la proporción de niveles de potencia con la masa de material que contiene carbono. Los niveles de potencia se eligen de manera que la temperatura del material que contiene carbono se eleva a las temperaturas adecuadas.

La temperatura de formación de carbón activado es de entre 450 a C a 1300 2 C, preferiblemente entre 550 oC a 900 oC, siendo la temperatura controlada mediante el índice aplicado de energía electromagnética. Hemos encontrado que los niveles de potencia deben ajustarse para garantizar que el carbón en esta fase alcanza al menos 600 2 C y preferiblemente no debe exceder 900oC, mientras que se elige el tiempo para maximizar la producción de carbón. Este tiempo tiene que ser determinado experimentalmente para una materia prima dada. La temperatura inferior es asegurar que la carbonización procede a una tasa razonable. El intervalo superior está nominado porque cuanto mayor sea la temperatura, en muchos gases más carbón se pierde por oxidación. Demasiado corto de una época y el carbón es inferior, mientras que un tiempo demasiado largo conduce a una disminución del rendimiento.

El tiempo de calentamiento depende de la proporción de energía por la masa de material que contiene carbono, que puede ser de aproximadamente entre 1 minuto a 5 horas, pero es preferiblemente de aproximadamente entre 10 minutos y 1 hora.

En una forma de realización, el método comprende además la sustitución de aire dentro del recipiente de reacción 5 con un gas añadido. El aparato también tiene un sistema para retirar y recoger bio-aceite (s ) emitidos en forma de vapor o gaseoso. En particular, el aparato puede tener un sistema de extracción de vapor/gas que puede incluir una fuente de gas portador, en la forma de un recipiente a presión 47, un condensador 65, y reguladores de presión (no mostrado) . El recipiente a presión 47 puede proporcionar el interior del recipiente de reacción 5 con un gas portador. El gas fluye añadido a través de la biomasa 108 y se elimina a través de un tubo de salida, al mismo tiempo eliminando compuestos volátiles que se producen como resultado de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa 108. El gas añadido se suministra al recipiente de reacción 5 a una especificada velocidad de flujo. Creemos que un gas ligeramente oxidante es preferible para asegurar que los poros parcialmente bloqueados de la biomasa se limpian, y el dióxido de carbono es útil para esto.

Agua adventicia generada durante la pirólisis también funcionará como un agente oxidante tal, particularmente si no hay flujo de gas, sin embargo, encontramos que es más fácil controlar el producto con un flujo de gas. Pequeñas cantidades de vapor de agua también podrían ser introducidas en el gas añadido, pero se prefiere dióxido de carbono. La velocidad de flujo de dióxido de carbono puede ser especificada para controlar la presión dentro del recipiente de reacción 5, así como la velocidad de eliminación del bio-aceite en lugar de la deposición de carbono pirolítico en las paredes del recipiente de reacción 5. El método puede además comprender condensación bio-aceite ( s ) emitida, desde la biomasa 108 como resultado de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa, en forma de vapor en condensado . En una forma de realización, el condensado se recoge en un recipiente adecuado asociado con un condensador de gas .

El método comprende además cesar la exposición del carbón así formado a energía de microondas. Después del tiempo deseado, se retira el carbón y, aparte de los tratamientos estándar para obtener un lote con tamaños de partícula uniforme, el carbón está listo para usar.

Con referencia a las Figuras 7 a 10, se describirá ahora un segundo aparato y método preferido. A menos que se describa a continuación, el segundo método de aparato preferido es similar al primer preferido aparato y método .

El aparato mostrado en las figuras 7 a 10 tiene un recipiente de reacción 5, que está rodeado por materiales refractarios 101. El recipiente de reacción es de sílice fundida de alta pureza, alúmina de alta pureza o tubo de alumino-silicato que tiene un diámetro exterior de aproximadamente 70 mm comparado con el diámetro de recipiente de reacción en la primera forma de realización preferida, que es de unos 150 mm. Materiales refractarios adecuados incluyen cerámica térmica con características de pérdida dieléctricas bajas tales como fibra de alumino-silicato Kaowool®, tableros de fibra alumino-sílice Fibrefrax® y ladrillos refractarios de alumino-silicato Isolite (marca), por ejemplo.

En una forma de realización-, la constante dieléctrica de los materiales refractarios que rodean el recipiente de reacción será lo suficientemente alta para reducir la intensidad de campo eléctrico en los materiales refractarios y aumentar (concentrado) el campo eléctrico dentro del recipiente de reacción.

El aparato tiene un sistema para la introducción y extracción de gas . El gas añadido se introduce en un puerto de inyección 103 y se retira por un puerto de salida 105. Los puertos de entrada y salida son preferiblemente tubos de cristal de silicio. El aparato también tiene una brida de interfaz de guía de ondas 106d (tornillos a la guía de ondas 9, Figura 1), una guía de ondas /placa de partición de cavidad electromagnética 106a en forma de un disco de cristal de silicio o de alúmina con una holgura 106c entre el disco 106a y el recipiente de reacción 5. Un sello mecánico 107 se proporciona en el puerto de salida 105.

TERCER MÉTODO PREFERIDO: En el tercer método preferido, la biomasa 108 se introduce en el recipiente de reacción 5. Cuando las microondas se aplican a la cavidad electromagnética 3, las ondas tendrán posiciones de interferencia destructiva (posiciones nodales) y posiciones de interferencia constructiva (posiciones anti-nodales ) . Correspondientes posiciones nodales y anti-nodales son también configuradas dentro del recipiente de reacción 5. En el segundo método preferido, un material absorbente de microondas 109 (tal como carburo de sílice, grafito o carbón activado) es proporcionado a una posición anti-nodal en el interior del recipiente de reacción de tal manera que el material absorbente de microondas está acoplado fuertemente al campo electromagnético y se calienta directamente por el campo electromagnético .

Un gas añadido se introduce en el recipiente de reacción a través del puerto de inyección 103 y fluye en la dirección indicada por las flechas marcadas en la Figura 7.

El gas añadido es preferiblemente cualquier gas que no reaccione significativamente con el carbono bajo estas condiciones, o que reaccione sólo lentamente a temperaturas elevadas. Ejemplos de tales gases inertes incluyen, pero no se limitan a, nitrógeno, argón, neón y helio. Ejemplos de gases ligeramente reactivos incluyen dióxido de carbono. Las microondas se aplican al recipiente de reacción y el material absorbente de microondas a niveles de potencia tales que el material absorbente de microondas recibe energía electromagnética directa. Las microondas se aplican al recipiente de reacción en la dirección marcada M en la Figura 7. Por conducción térmica, el material absorbente de microondas 109 calienta los gases portadores añadidos que fluyen a través del recipiente de reacción. Además, el calentamiento de los gases conduce a una ionización parcial de los gases después de lo cual la fase gaseosa se convierte en eléctricamente conductora. El campo electromagnético se acopla a la fase de gas eléctricamente conductora e iniciar un plasma 111. El plasma 111, una vez iniciado, se sostiene si está presente un medio gaseoso y la amplitud apropiada de campo electromagnético se mantiene en el interior del recipiente de reacción 5. El plasma 111 proporciona un campo de radiación de cuerpo negro y la biomasa se expone al campo de radiación de cuerpo negro tal que el carbono activado o el carbón recarburador se forma a partir de la biomasa. El gas añadido fluye a través de la biomasa y se elimina a través de un tubo de salida 105, eliminando al mismo tiempo compuestos volátiles 113 que se producen como resultado de la aplicación de energía electromagnética a la biomasa. El material absorbente de microondas 109 está expuesto al campo electromagnético por la duración del proceso de conversión de biomasa 108. Alternativamente, el material absorbente de microondas 109 está protegido eléctricamente del campo electromagnético después de la iniciación del plasma 111. En este método alternativo, el plasma 111 calienta el gas portador entrante suficiente como para ionizar el gas, después de lo cual la fase gaseosa se convierte en eléctricamente conductora. La aparición de especies conductoras de la electricidad mejora en gran medida la mayor absorción de energía de microondas, mejorando aún más 1 generación de plasma 111. En este método alternativo, la energía electromagnética utilizada inicialmente para calentar el material de microondas 109 de absorción está disponible para mejorar la intensidad de plasma 111.

La intensidad y la posición del plasma 111 se controla mediante el ajuste de la amplitud de campo electromagnético y la tasa de flujo del gas portador añadido. El aumento de la amplitud del campo electromagnético genera especies más energéticas y el plasma resultante se expande para llenar una proporción mayor del volumen de recipiente de reacción. Al aumentar la tasa de flujo del gas portador añadido, el plasma se extiende lejos de los puntos de origen hacia el puerto de salida de gas 105. La amplitud de campo electromagnético y de la tasa de flujo de gas portador añadido se ajusta de modo que el plasma entra en contacto con la biomasa 108 situado aguas abajo del puerto de inyección de gas añadido 103 y material absorbente de microondas 109.

Además de calor conducido por la biomasa 108 a partir del plasma 111, se genera calor volumétricamente dentro de la biomasa 108 a través de la interacción del campo electromagnético residual no absorbido por el material absorbente de microondas 109 con moléculas polares, iones y electrones libres presentes en la biomasa 108 .

La biomasa 108 se coloca dentro del recipiente de reacción 5 en una posición onda electromagnética antinodal .

Con referencia a las Figuras 5, y 7 a 11, se describirá ahora un tercer método preferido. A menos que se describa a continuación, el tercer método preferido es similar a los primero y segundo métodos preferidos. En el tercer método preferido, un segundo recipiente de reacción 205 está conectado al extremo de salida del primer recipiente de reacción 5 a través de sello mecánico 107 . Biomasa 108 se proporciona para el segundo recipiente de reacción 205 . El tubo de salida de gas 105 se conecta al segundo recipiente de reacción 205 a través de la prensaestopa 207 .

El material absorbente de microondas 109 se coloca en una posición de onda electromagnética anti-nodal. Preferiblemente, el material absorbente de microondas 109 se sitúa en la primera posición anti-nodal 200 o segunda posición anti-nodal 201 con relación a la placa de de terminación final de corto circuito de la cavidad electromagnética 206 . Alternativamente, los materiales absorbentes de microondas están colocados en la primera posición anti-nodal 200 y el segundo anti-nodal posición 201 en relación con la posición de la placa de terminación final de corto circuito de la cavidad electromagnética 206 .

En una forma de realización de la placa de terminación de cortocircuito puede ser reemplazada por una carga con impedancia característica equivalente a la de la guía de ondas. Esto eliminará la onda estacionaria y normalizará la intensidad de campo a lo largo de la longitud del recipiente de reacción.

CUARTO MÉTODO PREFERIDO En el cuarto método preferido, un segundo recipiente de reacción 205 está conectado al extremo de salida del primer recipiente de reacción 5 a través de sello mecánico 107. Biomasa 108 se proporciona para el segundo recipiente de reacción 205. El tubo de salida de gas 105 se conecta al segundo recipiente de reacción 205 a través de la prensaestopa 207.

El sello mecánico 107 es preferentemente metálico, cilindrico y hueco y tiene un diámetro interno por debajo de la frecuencia de corte de la oscilación campo electromagnético, que atenúa la amplitud del campo electromagnético impidiendo el calentamiento electromagnético de la biomasa 108 que reside dentro del segundo recipiente de reacción 205. El sello mecánico 107 se monta en la placa de terminación de corto circuito de la cavidad electromagnética 206 de tal manera que hace contacto eléctrico alrededor de su circunferencia. El sello mecánico tiene una longitud 202 para atenuar el campo electromagnético suficientemente de forma que la biomasa no se caliente cuando se aplica energía electromagnética a la cavidad electromagnética 5.

El segundo recipiente reactor tiene un diámetro de aproximadamente 40 mm y está fabricado preferentemente de cristal de silicio de alta pureza o alumino-silicato de alta pureza.

La amplitud del campo electromagnético y la tasa de flujo de gas añadido son ajustados hasta que el plasma es forzado a través de la salida del primer recipiente de reacción 5, a través del sello mecánico 107 y en el segundo recipiente de reacción 205 que contiene la biomasa 108. El plasma entonces entra en contacto directo con la biomasa 108, calentando rápidamente la biomasa 108 por conducción. Los volátiles producidos a partir de la biomasa 108 fluyen a través del segundo recipiente del reacción 205 por el tubo de salida de gas 105. Una diferencia entre el cuarto método preferido y el tercer método preferido es que la biomasa no está expuesta a la energía de microondas, lo que proporciona un mayor nivel de control de temperatura y control sobre la química entre el plasma y la biomasa.

Una diferencia entre el cuarto método preferido y el tercer método preferido es que la biomasa 108 no está expuesta a la energía electromagnética de modo que la biomasa 108 no absorbe la energía electromagnética no absorbida por el material absorbente de microondas 109. En este método, los productos de pirólisis generados por la biomasa 108 son impedidos de formar una capa eléctricamente conductora en las paredes del recipiente de reacción 5 paredes (como se describe en el primer aspecto de la invención) y de absorber la energía del campo electromagnético, que permite más potencia para el de plasma 111.

MÉTODO DE PRE-TRATAMIENTO PREFERIDO En el método de pre-tratamiento preferido, la biomasa de tamaño reducido se trata previamente por conversiones hidrotermales utilizando un reactor de alta presión de proceso por lotes, como se muestra en la Figura 12. El reactor discontinuo es un reactor convencional que tiene un cuerpo 301, un calentador de cerámica 303, un serpentín de refrigeración 305, una vaina 307, una abrazadera 309, adaptadores de agua refrigerada 311, 313, un sensor de presión 315 con manómetro asociado 317, y las válvulas de entrada de gas .

El pre-tratamiento de biomasa se llev% a cabo para : i) Normalizar la composición básica y estructura de la biomasa. ii) Reducir la cantidad de materia volátil-que se libera en el reactor de microondas durante el calentamiento por microondas y por el plasma. iii) Desoxigenar de forma efectiva la biomasa. iv) Carbonizar parcialmente la biomasa y aumentar la conductividad eléctrica, y así aumentar la susceptibilidad a microondas. v) Evitar la necesidad de secar primero la biomasa antes de la carbonización como se requiere generalmente en el tratamiento de la biomasa en condiciones de pirólisis seca. vi) Capturar compuestos orgánicos volátiles en el medio de reacción acuoso, que se puede además procesar/tratar por destilación fraccionada o digestión anaerobia para separar compuestos buscados a partir de compuestos no deseados.

El pre-tratamiento hidrotermal consiste en calentar la la biomasa sin procesar de tamaño reducido en agua a alta presión y temperatura autógenas (en la región inferior del proceso de licuefacción hidrotermal) de modo que la biomasa se convierte en torrefactada .

En condiciones hidrotermales el agua actúa como un disolvente orgánico de gran alcance, que permite a los compuestos orgánicos para solubilizar y alcanzar sus reacciones en un medio homogéneo. En este método, el reactor químico se calienta con un elemento de calentamiento eléctrico de resistencia convencional. En una forma de realización, el contenido del reactor hidrotermal se pueden calentar con energía de microondas para acelerar el calentamiento del reactivo y la biomasa y para reducir el tiempo de residencia de la biomasa. La biomasa se calienta a una temperatura entre 230 0 C y 350 ° C bajo presión saturada de entre 25 y 170 Bar durante aproximadamente 30 minutos a 2 horas.

Una pequeña cantidad de catalizador ácido se añade a la biomasa y el reactivo, antes del tratamiento hidrotérmico con el fin de mejorar la degradación de la biomasa, y reducir los tiempos de residencia. Esto también promueve la eliminación de oxígeno de la biomasa y la formación de carbono fijo. El oxígeno extraído de la biomasa de esta manera promoverá la formación de moléculas de agua. Si no se utiliza un catalizador ácido, de oxígeno en el gas de la biomasa se forma monóxido de carbono más probable, reduciendo así la cantidad de carbono fijo retenido en el producto final.

Durante el tratamiento hidrotermal muchos de los componentes volátiles en la biomasa se eliminan de la biomasa junto con algunos compuestos inorgánicos.

La biomasa pre-tratada se retira del reactor hidrotérmico y presiona mecánicamente para eliminar el exceso de agua libre (reactivo sobrante) y posiblemente algo de líquido orgánico de los vapores condensados . Durante el proceso de deshidratación, material volátil y mineral adicional se lava fuera de la biomasa y se recupera .

El agua reactiva sobrante y agua recogida durante el prensado son tratadas y recicladas para el próximo pre-tratamiento hidrotermal .

Materia nutriente recogida durante el tratamiento del agua se devuelve al suelo.

La biomasa pre-tratada tendrá un contenido de carbono fijo típicamente entre aproximadamente 64% seco en base sin cenizas.

Especies polares suficientes son retenidas en la biomasa pre-tratada para permitir el acoplamiento de microondas adecuada (segunda etapa) con la biomasa durante la fase de calentamiento. La cantidad de especies polares retenidas en la biomasa pre-tratada es menor que el requerido para sostener un plasma térmico.

La biomasa parcialmente seca hidrotermalmente pre-tratada se coloca entonces en el recipiente de reacción de microondas y se procesa usando el segundo método preferido descrito anteriormente. Se apreciará que el proceso de pre-tratamiento se pueda usar antes de cualquiera de los otros métodos preferidos descritos anteriormente .

PRODUCCIÓN La producción principal del método de esta invención es el carbón activado, que tiene un uso extendido como un adsorbente para purificar soluciones y corrientes de gas . Producciones adicionales pueden incluir carbón recarburador, coque de nuez metalúrgico, aceites de pirólisis de la biomasa, de interés para la fabricación de bio-aceites, y posiblemente monóxido de carbono en la corriente de gas .

DISCUSIÓN DE EJEMPLOS Los siguientes ejemplos muestran que carbón activado de calidad, con una buena área superficial, se puede hacer con relativa rapidez con la aplicación de energía de microondas a condición de que la calefacción adicional de incandescencia en el interior del recipiente de reacción 5 esté presente. No se muestran en los ejemplos los resultados de serrín tratado con microondas donde este efecto no estaba presente. Una muestra típica de tal carbón que no tuvo tal incandescencia presente tenía una superficie de 0,46 m2 / g, es decir, la presencia del tratamiento de incandescencia aumenta la superficie por dos órdenes de magnitud.

Además de la radiación de cuerpo negro desde tal superficie eléctricamente conductora, hemos encontrado que se puede formar un plasma, en cuyo caso el plasma también proporcionará el campo de radiación requerida. Esto parecía haber ocurrido en el ejemplo 1. También puede haber algún calentamiento directo desde el plasma. Mientras que la discusión de los ejemplos adicionales, los plasmas pueden haberse formado, pero nuestra invención depende de la formación de carbón activado basado en la formación de un campo de radiación incandescente, y no de la naturaleza exacta de dicho campo.

Cuando se trató de forma similar carbón empapado en alquitranes pirolíticos pesados, se encontró un buen rendimiento de carbón activado, aunque el área superficial fue algo menor que en las otros experimentos. Sin embargo, un carbón más barato de ligeramente menor grado tendrá usos, y más importante aún, este es un buen uso de alquitranes que son difíciles de usar de otro modo.

Que el calor incandescente naranja fue causado por el carbón en el interior del recipiente de reacción se pone de manifiesto por el hecho de que mientras que en el ejemplo 1 se llevó bastante tiempo para establecer, y en un número de experimentos anteriores no estableció en absoluto, lo que lleva sólo al producto inferior, una vez establecido, siempre y cuando el recipiente de reacción no fue limpiado, la incandescencia comenzó muy rápidamente en los siguientes experimentos.

Si el tercer ejemplo se toma como referencia, prolongando el tiempo a una energía más baja puede o no puede haber mejorado el carbón activado, pero se corre el riesgo de disminución de los rendimientos . Un tiempo más largo a niveles de alta potencia no produce carbono, al menos si se lleva a cabo en presencia de dióxido de carbono. Este será porque el dióxido de carbono es un agente oxidante suave. Esto es conveniente para la fabricación de carbón activado, ya que ayuda a despejar los bloqueos de los poros, pero al mismo tiempo está mejorando la calidad de la activación, también se retira carbono fuera. Durante un cierto tiempo, las mejoras compensan la pérdida de rendimiento, pero después de ese momento crítico, una mayor exposición simplemente cuesta rendimiento .

Lo óptimo parece ser niveles de potencia apropiados para formar una incandescencia amarillo-naranja, durante un tiempo que maximiza el rendimiento / actividad. Esto variará en cierta medida la configuración real del aparato y la naturaleza de la biomasa.

EJEMPLOS Ejemplo" 1 Serrín (50 g) se colocó en un recipiente de reacción limpio de cuarzo, y se hizo pasar dióxido de carbono sobre él a una velocidad de 40 L/min. La energía de microondas absorbida fue inicialmente 3 kw. Después de aproximadamente 6 minutos, tiempo durante el cual la temperatura del serrín era 305 2 C, lo que creemos que es se formó un plasma, junto con un profundo calor incandescente naranja que comenzó en el interior del cuarzo, que se mantuvo durante un breve período después que la energía se apagara. Durante este período, la absorción de energía fue de 7,6 kw y la temperatura alcanzó los 871 oC . Al final de 20 minutos, se obtuvo 6 g de carbón, que tenía un área superficial de 705 m2 / gramo.

Ejemplo 2 Serrín (50 g) impregnado con 35 g de alquitrán de pirólisis pesada se colocó en un recipiente de reacción de cuarzo, la superficie interior de los cuales se recubrió con carbón de experimentos anteriores, y se hizo pasar dióxido de carbono sobre él a una velocidad de 40 L / min. La absorción de la energía de microondas era inicialmente 5 kW, que posteriormente se elevó a 7 kW después de la formación de plasma intermitente y de la superficie incandescente naranja. La temperatura alcanzó los 756 oC. Al final de 20 minutos, se obtuvo 12 g de carbón, que tenía un área superficial de 446 m2 / gramo.

Ejemplo 3 Serrín (50 g) se colocó en un recipiente de reacción de cuarzo, la superficie interior de leí cual se recubrió con carbono de experimentos anteriores, y se hizo pasar dióxido de carbono sobre él a una velocidad de 40 L / min. El resplandor naranja apareció después de aproximadamente 1 minuto, y la potencia de microondas fue absorbida a 5 kw inicialmente, y después de 9 min, 6,5 kw. A continuación, la potencia aplicada se redujo para mantener 5 kW. Al final de 23 minutos, la energía cesó y se obtuvo 4 g de carbón, que tenía un área superficial de 637 m2 / gramo .

Ejemplo 4 Serrín (50 g) se colocó en un recipiente de reacción de cuarzo, la superficie interior del cual se recubrió con carbono de carreras anteriores, y se hizo pasar dióxido de carbono sobre él a una velocidad de 40 L / min, y la energía de microondas se absorbió en 5 kw durante 46 minutos. El resplandor naranja comenzó después de aproximadamente 2 minutos. La temperatura era de 590 8 C al final del experimento, pero esto puede no haber sido la temperatura máxima. Al final de 46 minutos, se obtuvo 2 g de carbón, que tenía un área superficial de 797 m2 / gramo.

Ejemplo 5 Ejemplo 4 se repitió, excepto que la potencia absorbida se incrementó a 8,2 kw a 9 kw mediante el aumento de la potencia aplicada. La temperatura alcanzó más de 910 oC, y el rendimiento del carbón fue de 0 g.

A continuación, la Tabla 1 enumera la especificación para el carbón recarburador utilizado por New Zealand Steel en la fabricación de acero, junto con los resultados de carbono producido mediante el uso del primer aparato preferido mostrado en las figuras 1 a 3. La siguiente Tabla 2 enumera los resultados correspondientes para el carbono producido usando el aparato mostrado en las figuras 5 a 8.

Tabla 1 La materia prima para cada uno de los experimentos de la Tabla 1 era carbón sub-bituminoso de llama. La última fila de la Tabla 1 muestra las propiedades del carbón de llama antes del tratamiento.

Tabla 2 materia prima para cada uno experimentos de la Tabla 2 fue o bien astillas de madera de Pinus radiata o de carbón sub-bituminoso de llama. La segunda fila de la Tabla 2 muestra las propiedades de las astillas de madera antes del tratamiento y la última fila de la Tabla 2 muestra las propiedades del carbón de llama sub-bituminoso antes del tratamiento.

La Tabla 3 muestra las condiciones de tratamiento, junto con los resultados del tratamiento de la biomasa para producir carbones activados a partir de materias primas importadas y localmente cultivadas de madera de nogal y de cáscara de nuez cultivada localmente. Las propiedades de la biomasa de nogal se muestran al final de la tabla de resultados. Las propiedades de la nuez no están disponibles, pero en general se acepta que la densidad sólida de cáscara de nuez es más alto que el nogal y tiene una estructura porosa interna más fina.

Las temperaturas de tratamiento entre 600 0 C y 1000 ° C se seleccionaron en todos los tratamientos, el límite superior de temperatura está impuesto por el rango de medición de los sensores de temperatura de infrarrojos. La presión en todos los tratamientos fue ligeramente superior a la atmosférica en aproximadamente 25 mm H20.

Experimentos 43 a 46 implicaron el uso de carburo de silicio como catalizador absorbente de microondas para promover el calentamiento rápido de la materia prima de nogal. Se calentaron las muestras hacia la temperatura objetivo y luego la calefacción fue apagada. No se aplicó ningún 'tiempo de retención' a una cierta temperatura o dentro de un determinado rango de temperatura. El tiempo total de calefacción por microondas fue entre 7 y 13 minutos y las temperaturas correspondientes oscilaron entre 410 ° C a 912 ° C.

Experimentos 47 a 62 fueron también tratamientos de la materia prima de nogal pero no se utilizó catalizador absorbente de microondas. En estos tratamientos tiempos de retención en las temperaturas objetivo fue de 3 minutos a 15 minutos para dar tiempo a la estructura porosa de evolucionar en los carbones .

Los experimentos 63 a 65 fueron los tratamientos de cáscara de nuez. En estos tratamientos el catalizador absorbente de microondas no se utilizó. Los tiempos de retención a la temperatura objetivo de 0 para los experimentos 63 y 64. Se seleccionó un tiempo de espera largo de 20 minutos para el experimento 65 para poner a prueba los límites de los aparatos a alta temperatura.

En todos los tratamientos una fina capa de carbono pirolítico estaba presente en la superficie interna del recipiente de reacción. Esta capa es susceptible a la energía de microondas y por lo tanto proporciona un campo de radiación de cuerpo negro a la biomasa, ayudando a la calefacción y la activación. Áreas de superficie específicas de los carbones activados determinados por el método BET (N2 ) variaron de entre 170m2/g a 629.8m2/g, y un promedio de 550.7 m2 / g en los experimentos 43 a 46.

Los rendimientos variaron del 10% al 13% y un promedio de 12,5% a lo largo de los experimentos 43 a 46.

Submuestra L2 mostró un área de superficie más baja de 170m2 / g, sin embargo, se trató a la temperatura más alta a través del experimento 43 a 46. El fenómeno se puede atribuir a cualquiera de las temperaturas suficientes para la activación, siendo alcanzadas en la ubicación específica del recipiente de reacción de L2 , o un escape térmico en esta ubicación ha forzado una reordenación térmica de la estructura cristalina latente en la biomasa, es decir, la formación de carbono grafitico no poroso. Áreas superficiales específicas de los carbones activados determinadas por el método BET (N2) oscilaron entre 82.3m2 / ga 931 m2/g y un promedio 509 m2/g en los experimentos 47-62. Los rendimientos variaron del 7% al 13% y un promedio de 16% en los experimentos 47 a 62. Si la sub-muestra L2 no está incluida en la evaluación de los experimentos 47 a 62 el área superficial media alcanzada aumenta a más de 600 m2/g. Áreas superficiales específicas de los carbones activados determinados por el método BET (N2) variaron de 531 m2/g hasta 1276 m2/g, y un promedio de 904 m2/g en los experimentos 63 a 65. Los rendimientos variaron 8% a 20% y un promedio de 15% en los experimentos de 63 a 65.

Tabla 3: Tabla 3 continuación: Tabla 3 continuación: condiciones de tratamiento, junto con los resultados del pre- tratamiento de biomasa utilizando el método de pre- tratamiento preferido. La biomasa fue Pinus radiata en todos los pre-tratamientos y el agua a la biomasa relación de 5:1 fue seleccionado para asegurar una satisfactoria mezcla convectiva a lo largo del medio de reacción. La última fila de la tabla de resultados muestra las propiedades de la biomasa antes de pre-tratamiento .

La campaña de pre-tratamiento ha demostrado que la temperatura de reacción tenía un fuerte efecto sobre el nivel de carbonización. Una temperatura de pre-tratamiento de biomasa de aproximadamente 270C es suficiente para elevar el contenido de carbono de la biomasa de 27% en aproximadamente 1 hora a más de 70% de C. Duplicar el tiempo de tratamiento a 2 horas elevó el contenido de carbono marginalmente en sólo el 1% .

Tabla 4 : Pmus radiata cortado lomasa transversalmente . 1 amaño de x 1 - 3 x partícula m Contenido humedad ensidad a granel 62 /L CONDICIONES DE TRATAMIENTO RE SULTADOS A continuación, la Tabla 5 muestra la especificación de destino para el coque de nuez usado en la fabricación de acero, junto con los resultados para la biomasa hidrotermalmente pre-tratada, que ha sido tratada por calentamiento por microondas usando el primer método preferido .

La biomasa hidrotermalmente pre-tratada fue astillas de madera de Pinus radiata (25 mm x 25 mm) , que tenían un contenido inicial de carbono alrededor del 55%. El tratamiento hidrotermal se llevó a cabo a alrededor de 300C durante aproximadamente 1 hora, lo que elevó el contenido de carbono por encima de 76%. Se midió la resistencia eléctrica de un subconjunto de partículas de biomasa pre- tratadas . Todos eran >2K Ohms, que no se espera para se acople fuertemente con microondas. La muestra de biomasa pre-tratada se mezcló con piezas de carburo de silicio (5 mm x 5 mm) equivalente a 5% de la masa de la biomasa pre-tratada y tratada con una potencia de calentamiento por microondas neta de alrededor de 400W durante aproximadamente 5 minutos. El resultado demuestra un aumento significativo en el contenido de carbono de 11% después de sólo unos pocos minutos de calentamiento por microondas y una disminución correspondiente en azufre y en contenido de nitrógeno.

Tabla 5 NA disponible NS = No especificado La Tabla 6 muestra las condiciones experimentales, junto con los correspondientes resultados de los ensayos de coque de nuez utilizando el primer método preferido. Las propiedades de la materia prima están debajo de la tabla de resultados 7.

En todos los ejemplos la materia prima utilizada era de nogal, el recipiente de reacción era cristal de cuarzo y gas portador nitrógeno.

No se utilizó ningún catalizador absorbente de microondas durante estos tratamientos, sin embargo, una fina capa de carbono pirol tico forra la pared interior del recipiente de reacción y por lo tanto proporciona un campo de radiación de cuerpo negro a la biomasa para ayudar a la calefacción.

Como se puede ver, se aumentó el contenido de carbono de la biomasa de manera significativa en todos los tratamientos . El contenido de carbono parece haberse estabilizado después de sólo 3 minutos de tiempo de calentamiento a la temperatura deseada y promedió 89%, mientras que el contenido de nitrógeno parece disminuir con el tiempo de calentamiento adicional.

Los resultados demuestran que un tiempo de calentamiento total de alrededor de 15 minutos es suficiente para cumplir con la especificación de destino para el coque de nuez .

Tabla 6 Tabla 6 continuación Tabla 6 continuación . abla 7 :

Claims

REIVINDICACIONES :

1. Un método para procesamiento de biomasa, caracterizado el método por comprender: a. pre-tratar la biomasa usando conversión hidrotermal; b. aplicar energía electromagnética a la biomasa .

2. Un método como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porgue el paso (b) comprende aplicar energía electromagnética a la biomasa para producir uno o más de entre carbón recarburizado , bio-aceite(s), gas(es), coque de nuez o carbón activado.

3. Un método como se reivindica en las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la etapa de conversión hidrotermal comprende calentar la biomasa con agua a una presión de aproximadamente 25 a 170 Bar y a una temperatura de aproximadamente entre 230 °C y 350°C.

. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la biomasa está calentada durante la etapa de pre-tratamiento usando energía de microondas .

5. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el método comprende además recoger el vapor emitido desde la materia orgánica.

6. Un aparato para procesar biomasa, caracterizado porque el aparato comprende: a. un reactor para pre-tratamiento hidrotermal de la biomasa; b. un recipiente de reacción que tiene una entrada para recibir biomasa, una salida para la descarga de biomasa procesada; y c. un generador electromagnético para aplicar energía electromagnética al recipiente de reacción y a la biomasa recibida en el mismo.

7. Un aparato como el reivindicado en la reivindicación 6, caracterizado porque el recipiente de reacción comprende un tubo giratorio.

8. Un aparato como se reivindica en las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque el aparato comprende además un sistema de extracción gas/vapor donde el sistema de extracción gas/vapor comprende una fuente de gas portador .

9. Un producto cuando se produce por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el producto comprende uno o más de carbón recarburador, bio-aceite (s ) , gas(es), coque de nuez o carbón activado .

10. Un método de producción de bio-aceite (s ) a partir de biomasa caracterizado porque comprende: a. suministro de biomasa; b. suministro de una cavidad electromagnética definiendo un espacio de reactor para recibir la biomasa; c. entrega de la biomasa dentro del espacio de reactor de tal forma que la biomasa se desplaza generalmente en una primera dirección; d. aplicación de energía electromagnética en el espacio de reactor y en la biomasa recibida en el mismo de tal forma que son emitidos bio-aceite ( s ) en forma de vapor; e. suministro de un gas portador inerte en el espacio de reactor de tal forma que el gas inerte se desplaza en una dirección generalmente opuesta a la primera dirección para desviar y transportar el bio-aceite (s) fuera del recipiente; y f . recogida del bio-aceite (s)

11. Un método para procesamiento de biomasa caracterizado por comprender las etapas de: a. suministro de biomasa; b. suministro de una cavidad electromagnética, siendo la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; c. introducción de la biomasa en una cavidad electromagnética; d. aplicación de energía electromagnética a la cavidad electromagnética, y a la biomasa recibida en el mismo, a unos niveles de potencia tales que la biomasa recibe energía electromagnética directa y se produce un campo de radiación indirecta de cuerpo negro; y e. exposición de la biomasa al campo de radiación indirecto de cuerpo negro mientras simultáneamente se aplica el campo de energía electromagnética directa de tal forma que se forman al menos uno de bio-aceite(s) , carbón activado, coque de nuez y carbón recarburador, a partir de la biomasa.

12. Un método para procesamiento de biomasa caracterizado por que comprende las etapas de: a. suministro de biomasa; b. suministro de un material absorbente de microondas ; c. suministro de una cavidad electromagnética, siendo la cavidad electromagnética adaptada para encerrar y contener un campo de energía electromagnética; d. suministro de un recipiente de reacción; siendo el recipiente de reacción adaptado para encerrar y contener sólidos, líquidos y gases; e. introducción de un recipiente de reacción en la cavidad electromagnética; f. introducción de la biomasa en el recipiente de reacción,- g. introducción del material absorbente de microondas en el recipiente de reacción; h. introducción del gas añadido en el interior del recipiente de reacción; i. aplicación de energía electromagnética en la cavidad electromagnética, recipiente de reacción y el material absorbente de microondas recibido en el mismo a niveles de potencia tales que el material absorbente d energía recibe energía electromagnética directa; j . permitir que fluya calor del material absorbente de energía hasta el gas añadido de tal forma que se produce un plasma por el gas añadido, proveyendo el plasma un campo de radiación; y k. exposición de biomasa al campo de radiación de tal forma que se forman al menos uno de bio-aceite (s ) , carbón activado, coque de nuez, carbón recarburador o carbón grafitico, a partir de la biomasa.

13. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado por que el método comprende además una etapa de pre-tratamiento de la biomasa antes del paso (a) , comprendiendo la etapa de pre-tratamiento calentar la biomasa en agua a una presión aproximadamente de entre 25 y 165 Bar y una temperatura aproximadamente de entre 230°C y 350°C.

14. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 10-13 caracterizado por que el método produce un producto seleccionado de carbón activado, coque de nuez, y carbón recarburado, y el método comprende la etapa de usar el producto para fabricar acero.