WO2011051518A1 - Procedimiento e instalación para el pre-tratamiento de biomasa - Google Patents

Procedimiento e instalación para el pre-tratamiento de biomasa Download PDF

Info

Publication number
WO2011051518A1
WO2011051518A1 PCT/ES2010/070226 ES2010070226W WO2011051518A1 WO 2011051518 A1 WO2011051518 A1 WO 2011051518A1 ES 2010070226 W ES2010070226 W ES 2010070226W WO 2011051518 A1 WO2011051518 A1 WO 2011051518A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exchanger
biomass
installation
temperature
scraped surface
Prior art date
Application number
PCT/ES2010/070226
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Aart Berthold Kleijn
Original Assignee
Hrs Heat Exchangers, S.L.U.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hrs Heat Exchangers, S.L.U. filed Critical Hrs Heat Exchangers, S.L.U.
Priority to EP10826139.7A priority Critical patent/EP2495036B1/en
Priority to ES10826139.7T priority patent/ES2649558T3/es
Priority to US13/504,583 priority patent/US9381490B2/en
Publication of WO2011051518A1 publication Critical patent/WO2011051518A1/es
Priority to US14/621,882 priority patent/US10124314B2/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/025—Thermal hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086—Hydrothermal carbonization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/06—Means for pre-treatment of biological substances by chemical means or hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/20—Heating; Cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a process and installation for the pretreatment of biomass from any source of organic matter.
  • the pretreated biomass can then be subjected to biological treatment for the production of bioethanol or biogas.
  • the first step in obtaining biofuel is to pre-treat the biomass to break the lignin and make hemicellulose and cellulose accessible to bacteria and enzymes.
  • Figure 1 shows a flow chart of a particular embodiment of the process of the invention and of a particular embodiment of the installation of the invention for its implementation.
  • Figure 2 shows a flow chart of a particular embodiment of the process of the invention and of a particular embodiment of the installation of the invention for its implementation.
  • the invention relates to a new process for the pretreatment of biomass comprising the following steps: a) heating the biomass to a temperature equal to or less than 1 10-C in an H1 exchanger;
  • step b) heating the biomass obtained in step a) to a temperature between 150 and 175 5 C in a scraped surface exchanger H2;
  • thermohydrolyzed biomass for subsequent biological treatment.
  • the biomass used in the process is previously crushed, and can come from any source of organic material, for example, vegetable waste, wood etc., and is initially at room temperature, around 20 5 C.
  • step a) is carried out in an exchanger H1 in which the biomass reaches a temperature around 1 10 Q C. This temperature is important to control at H1 output.
  • the heat needed for this stage a) comes from the hot water that is generated in a scraped surface heat exchanger H4. Hot water, in general at 130 5 C, is conducted by suitable means from H4 to H1. Once the heat has been transferred to the biomass, the water cooled to 40 5 C returns from H1 to H4.
  • stage b takes place according to which it is heated to reach a temperature between 150 and 175 5 C.
  • thermal oil and an H3 exchanger connected to the scraped surface exchanger H2 are used, among which thermal oil flows from H3 to H2 at 230 5 C and from H2 to H3 to 210 5 C.
  • thermal oil flows from H3 to H2 at 230 5 C and from H2 to H3 to 210 5 C.
  • exhaust gases produced at some other point of the installation are used.
  • H2 can be heated alternatively, for example by steam from a boiler, thus eliminating the use of the H3 exchanger in the installation of the invention.
  • thermohydrolyzed biomass is cooled in step d) to reach a temperature of 60 5 C in the scraped surface exchanger H4, using cooled water that comes from the exchanger H1 as mentioned above.
  • a water loop is used that allows the transport of heat between H1 and H4. This combination can be defined as a direct energy recovery system, and contributes essentially to the best energy efficiency compared to other procedures in the art.
  • Biomass cooled to 60 5 C in H4 continues to cool to a temperature of 40 5 C in an H5 exchanger, at which temperature biological processes with enzymes and bacteria in a suitable tank generally take place.
  • the H1 and H5 exchangers are of the conventional type, in particular tube-in-tube, while the H2 and H4 exchangers are scraped surface exchangers.
  • the use of conventional tubular exchangers would imply the need to stop the procedure for cleaning and removing internal fouling.
  • the use, however, of the scraped surface heat exchangers H2 and H4 allows the continuous process of the invention to be carried out, since the wall is continuously cleaned and its optimum heat exchange is also ensured. This prevents fouling, the operation can be continuous, which improves and facilitates the procedure.
  • step a) is carried out in an exchanger H1 in which the biomass reaches a temperature around 70-80 5 C and in which the necessary heat for its heating it comes from the water vapor that is generated at 100 5 C in an F1 flash tank.
  • the biomass at 70-80 5 C is taken to the scraped surface exchanger H2 where stage b) takes place according to which it is heated to a temperature between 150 and 175 5 C.
  • thermal oil is used and an H3 exchanger connected to the scraped surface heat exchanger H2 between which thermal oil circulates, leaving H3 to H2 heated to 230 5 C and from H2 to H3 cooled to 210 5 C.
  • exhaust gases produced at some other point of the installation are used for heating the thermal oil.
  • H2 can be heated alternatively, for example by steam from a boiler, thus eliminating the use of the H3 exchanger in the installation of the invention.
  • the biomass leaving H2 is taken to a maintenance zone M1 where stage c) of thermohydrolysis of the biomass under pressure and at a temperature between 150 and 175 5 C takes place and for a predetermined time.
  • the process further comprises a steam explosion of the thermohydrolyzed biomass in step c), which takes place in a flash tank F1.
  • This stage further decreases the particle size of the thermohydrolyzed biomass and serves to generate heat that is used in stage a).
  • the pressure of the thermohydrolyzed biomass is lowered to atmospheric pressure.
  • the installation is provided with a pressurized valve.
  • the biomass enters the F1 flash tank radially, and the pressure drop causes the evaporation of large amounts of water from the biomass. Water vapor is thus generated which is conducted at 100 5 C temperature to the exchanger H1 for use.
  • H1 and F1 allows to recover a large amount of energy.
  • the biomass is driven to the H4 exchanger from which it leaves at 40 5 C for subsequent biological treatment in a suitable tank. Water is used for this last exchange cooling of the water network of the installation.
  • the process of the invention allows the recovery of a percentage comprised between 70 and 76% of the energy used for the thermohydrolysis of said organic matter.
  • the process of the invention is based on indirect heating using heat exchangers, of which at least one of them has a scratched surface, which allows its continuous implementation.
  • the procedure does not use chemical additives and does not need additional water. In this sense, the water content of the biomass is maintained, so that the same amount of water enters as that obtained.
  • Another object of the present invention relates to an installation suitable for carrying out the process of the invention, comprising at least one scraped surface exchanger, and a combination of certain elements, as detailed below, in reference to Figures 1 and 2, which allow obtaining a high energy balance in the process of the invention.
  • the installation hereinafter installation of the invention, comprises among other elements means for feeding the biomass; at least one pump 1 that drives the biomass throughout the installation, as well as means for controlling and maintaining the pumping speed, a pressurizing valve 2 to maintain the proper pressure to carry out the process of the invention; a tank 3 for the product obtained pretreated; and means to measure and control temperatures.
  • the installation of the invention comprises a maintenance zone M1 where thermohydrolysis takes place at high temperature and pressure.
  • This zone in a particular embodiment is a long coil through which the biomass is maintained for a certain time circulating.
  • the installation of the invention also comprises at least one scraped surface exchanger, for the area in which the biomass is at elevated temperatures between 150 and 175 5 C and which prevents fouling.
  • This exchanger can be purchased commercially (Unicus ® HRS).
  • the installation of the invention which is represented in Figure 1, comprises in series the following elements:
  • the exchanger H1 is connected to the scraped surface exchanger H4 through means that transport cooled water from H1 to the scraped surface exchanger H4 and hot water from H4 to H1.
  • the chilled water is approximately 40 5 C and the hot water 130 5 C.
  • the scraped surface exchanger H2 is connected in a particular embodiment to a conventional multitubular type H3 exchanger, by means that transport hot thermal oil at an approximate temperature of 230 5 C to H2, and means allowing the return of said thermal oil cooled to a temperature of approximately 210 5 C.
  • the heat necessary for heating the thermal oil comes from exhaust gases from some point of the installation.
  • instead of H3 steam from a boiler is used.
  • the hydrolyzed biomass is cooled to 40 5 C and taken to a tank for subsequent biological treatment.
  • H1 and H5 are conventional tube-to-tube exchangers, and H2 and H4 of scraped surface.
  • the installation is provided with means to maintain a pressure between 6 and 8 bar within the area of the installation where the biomass is at high temperature, that is from the exchanger H2 to the exchanger H4 both inclusive.
  • the installation comprises means for transporting water vapor generated at 100 5 C in flash tank F1 to exchanger H1 where said heat is used to heat the biomass, which enters approximately 20 5 C, to a temperature typically of 70 5 C.
  • the biomass is conducted to a scraped surface exchanger H2 which is connected, in a particular embodiment, to a conventional multitubular type H3 exchanger, by means carrying hot thermal oil at an approximate temperature of 230 5 C towards H2, and means which allow the return of said cooled thermal oil at a temperature of approximately 210 5 C.
  • the heat necessary for heating the thermal oil comes from exhaust gases from some point of the installation.
  • instead of H3 steam from a boiler is used.
  • the biomass leaves H2 at a temperature between 150 and 175 5 C and enters the maintenance zone M1 where the thermohydrolysis is carried out.
  • the biomass which comes out at a pressure between 6 and 8 bar of M1, enters an F1 flash tank at atmospheric pressure thanks to a depressurized valve located between M1 and F1.
  • F1 the steam explosion takes place, generating steam that exits at 100 5 C towards the exchanger H1 and that is used to heat the biomass in H1 recovering energy.
  • the thermally hydrolyzed biomass at 100 5 C is output, which is driven to the H4 exchanger by means of a pump.
  • the H4 exchanger uses cooling water from the installation's water network to cool the hydrolyzed biomass.
  • the thermohydrolyzed biomass cools and leaves at 40 5 C to a tank where the biological treatment can be carried out.
  • the installation is provided with a pressurizing valve to maintain a pressure between 6 and 8 bar within the installation area from the included exchanger H2 to the entrance in the F1 flash tank.

Abstract

La presente invención describe un nuevo procedimiento de pretratamiento de biomasa, y una instalación para su puesta en práctica, su posterior tratamiento biológico y obtención de biocombustible. El procedimiento se basa en el empleo de al menos un intercambiador de superficie rascada y comprende las siguientes etapas: calentar la biomasa hasta una temperatura igual o inferior a 110º C en un intercambiador H1; calentar la biomasa obtenida en la etapa a) hasta una temperatura comprendida entre 150 y 175º C en un intercambiador de superficie rascada H2; termohidrólisis de la biomasa a una temperatura comprendida entre 150 y 175º C; y enfriar la biomasa termohidrolizada para su posterior tratamiento biológico.

Description

PROCEDIMIENTO E INSTALACIÓN PARA EL
PRE-TRATAMIENTO DE BIOMASA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento e instalación para el pretratamiento de biomasa procedente de cualquier fuente de materia orgánica. La biomasa pretratada puede ser a continuación sometida a tratamiento biológico para la producción de bioetanol o biogas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para la obtención de biocombustibles a partir de biomasa es necesario que bacterias y enzimas ataquen la hemicelulosa y la celulosa de la misma, para transformarlas en bioetanol o biogas. La hemicelulosa y la celulosa están protegidas por la lignina, una fibra que las envuelve, e impide dicho ataque biológico. Por tanto el primer paso en la obtención de biocombustible es pretratar la biomasa para romper la lignina y hacer accesibles la hemicelulosa y la celulosa a las bacterias y enzimas.
En el estado de la técnica es conocido que el tratamiento de material orgánico a una temperatura comprendida entre 160-2405C causa la hidrólisis de una parte considerable de la materia orgánica, por lo que se ha desarrollado un procedimiento de pretratamiento térmico de residuos orgánicos, madera etc. En el caso de la obtención de biocombustibles, que constituyen actualmente una importante alternativa a los combustibles fósiles, un pretratamiento de la biomasa que va a ser utilizada, aumenta considerablemente la conversión al mismo, lo cual resulta de gran interés económico e industrial.
Se conocen diversos procedimientos para el pretratamiento de biomasa, que se clasifican en químicos y térmicos, entre los cuales cabe mencionar el procedimiento de explosión de vapor que puede llevarse a cabo en un tanque flash convencional. WO96/09882 describe en este sentido, un pretratamiento de biomasa para producir la rotura de la lignina, basado en la explosión térmica, que consiste en someter la biomasa a calentamiento y presión elevada para de repente liberar la presión, con lo que el agua retenida en el interior de la biomasa explosiona, rompiendo la barrera de lignina y liberando la hemicelulosa y la celulosa sobre las que a continuación pueden actuar bacterias y enzimas. Este procedimiento sin embargo presenta, entre otras desventajas, que no es un procedimiento continuo, y que sólo se recupera entorno a un 50% de la energía invertida en el procedimiento de pretratamiento con lo que el balance energético resultante es pobre, y el consumo necesario de energía para producir bioetanol o biogas resulta elevado.
Por tanto y debido al interés creciente en biocombustibles sigue existiendo la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar un procedimiento alternativo para el pretratamiento de biomasa que sea eficaz desde un punto de vista energético, y por tanto interesante para su puesta en práctica a nivel industrial.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 : muestra un esquema de flujo de una realización particular del procedimiento de la invención y de una realización particular de la instalación de la invención para su puesta en práctica.
Figura 2: muestra un esquema de flujo de una realización particular del procedimiento de la invención y de una realización particular de la instalación de la invención para su puesta en práctica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA LA INVENCIÓN
A continuación se describe de forma detallada la invención haciendo referencia a las Figuras 1 y 2.
En un primer aspecto, la invención se relaciona con un nuevo procedimiento para el pretratamiento de biomasa que comprende las siguientes etapas: a) calentar la biomasa hasta una temperatura igual o inferior a 1 10-C en un intercambiador H1 ;
b) calentar la biomasa obtenida en la etapa a) hasta una temperatura comprendida entre 150 y 1755C en un intercambiador de superficie rascada H2;
c) termohidrólisis de la biomasa obtenida en la etapa b) a una temperatura comprendida entre 150 y 1755C; y
d) enfriar la biomasa termohidrolizada para su posterior tratamiento biológico.
La biomasa utilizada en el procedimiento se tritura previamente, y puede proceder de cualquier fuente de material orgánico, por ejemplo, residuos vegetales, madera etc., y se encuentra inicialmente a temperatura ambiente, entorno a 205C.
En una realización particular del procedimiento de la invención, que se esquematiza en la Figura 1 , la etapa a) se realiza en un intercambiador H1 en el que la biomasa alcanza una temperatura entorno a 1 10QC. Esta temperatura es importante controlarla a la salida de H1 . El calor necesario para esta etapa a) proviene del agua caliente que se genera en un intercambiador de superficie rascada H4. El agua caliente, en general a 1305C, es conducida mediante medios adecuados desde H4 a H1 . Una vez cedido el calor a la biomasa el agua enfriada a 405C retorna desde H1 a H4.
A continuación la biomasa a 1 10-C se lleva a un intercambiador de superficie rascada H2 donde tiene lugar la etapa b) según la cual se calienta hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 150 y 1755C.
Para calentar la biomasa en H2 se utiliza aceite térmico y un intercambiador H3 conectado al intercambiador de superficie rascada H2, entre los cuales circula aceite térmico que sale desde H3 hacia H2 a 2305C y desde H2 a H3 a 2105C. En una realización particular, para el calentamiento del aceite térmico se utilizan gases de escape producidos en alguno otro punto de la instalación. En otra realización particular, H2 puede calentarse de forma alternativa, por ejemplo mediante vapor de una caldera, eliminando así el empleo del intercambiador H3 en la instalación de la invención.
Es importante en este punto evitar la evaporación de agua de la biomasa por lo que se mantiene una presión comprendida entre 6 y 8 bar mientras la biomasa se encuentra a temperatura elevada (entre 150 y 1755C) durante el procedimiento de la invención.
La biomasa que sale de H2 se lleva a una zona de mantenimiento M1 donde tiene lugar la etapa c) de termohidrolisis de la biomasa a presión y una temperatura comprendida entre 150 y 1755C y durante un tiempo predeterminado.
La biomasa termohidrolizada se enfría en la etapa d) hasta alcanzar una temperatura de 605C en el intercambiador de superficie rascada H4, utilizando agua enfriada que proviene del intercambiador H1 como se ha mencionado arriba. En una realización particular se utiliza un lazo de agua que permite el transporte de calor entre H1 y H4. Esta combinación se puede definir como un sistema de recuperación de energía directa, y contribuye de forma esencial al mejor rendimiento energético respecto a otros procedimientos de la técnica.
La biomasa enfriada a 605C en H4 se continúa enfriando hasta una temperatura de 405C en un intercambiador H5, temperatura a la cual tienen lugar en general los procedimientos biológicos con enzimas y bacterias en un tanque adecuado.
En esta realización particular del procedimiento de la invención los intercambiadores H1 y H5 son de tipo convencional, en particular de tubo en tubo, mientras que los intercambiadores H2 y H4 son intercambiadores de superficie rascada. A temperaturas superiores a 1 10QC, el uso de intercambiadores convencionales tubulares implicaría la necesidad de detener el procedimiento para limpiar y quitar el ensuciamiento interno. El empleo sin embargo de los intercambiadores de superficie rascada H2 y H4 permite llevar a cabo el procedimiento de la invención en continuo, ya que la pared se limpia continuamente y se asegura además su óptimo intercambio de calor. De este modo se evita el ensuciamiento, la operación puede ser continua, lo cual mejora y facilita el procedimiento.
En otra realización particular del procedimiento de la invención, que se esquematiza en la Figura 2, la etapa a) se realiza en un intercambiador H1 en el que la biomasa alcanza una temperatura entorno a 70-805C y en la que el calor necesario para su calentamiento proviene del vapor de agua que se genera a 1005C en un tanque flash F1 . La biomasa a 70-805C se lleva al intercambiador de superficie rascada H2 donde tiene lugar la etapa b) según la cual se calienta hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 150 y 1755C.
Para calentar la biomasa en H2 se utiliza aceite térmico y un intercambiador H3 conectado al intercambiador de superficie rascada H2 entre los cuales circula aceite térmico, que sale desde H3 hacia H2 calentado a 2305C y desde H2 a H3 enfriado a 2105C. En una realización particular, para el calentamiento del aceite térmico se utilizan gases de escape producidos en alguno otro punto de la instalación. En otra realización particular, H2 puede calentarse de forma alternativa, por ejemplo mediante vapor de una caldera, eliminando así el empleo del intercambiador H3 en la instalación de la invención.
Es importante en este punto evitar la evaporación de agua de la biomasa por lo que se mantiene una presión comprendida entre 6 y 8 bar mientras la biomasa se encuentra a temperatura elevada (entre 150 y 1755C).
La biomasa que sale de H2 se lleva a una zona de mantenimiento M1 donde tiene lugar la etapa c) de termohidrolisis de la biomasa a presión y a una temperatura comprendida entre 150 y 1755C y durante un tiempo predeterminado.
De acuerdo con esta realización particular de la invención, el procedimiento comprende además una explosión de vapor de la biomasa termohidrolizada en la etapa c), que tiene lugar en un tanque flash F1 . Esta etapa disminuye aún más el tamaño de las partículas de la biomasa termohidrolizada y sirve para generar calor que se utiliza en la etapa a). Entre la termohidrolisis y la explosión de vapor, la presión de la biomasa termohidrolizada se disminuye hasta presión atmosférica. Para ello la instalación está provista de una válvula presurizada. La biomasa entra en el tanque flash F1 de forma radial, y la bajada de presión causa la evaporación de gran cantidad de agua de la biomasa. Se genera así vapor de agua que se conduce a 1005C de temperatura al intercambiador H1 para su utilización. En este sentido la combinación de H1 y F1 permite recuperar gran cantidad de energía. La biomasa se impulsa hasta el intercambiador H4 del que sale a 405C para su posterior tratamiento biológico en un tanque adecuado. Para este último intercambio se utiliza agua de enfriamiento de la red de agua de la instalación.
El procedimiento de la invención permite la recuperación de un porcentaje comprendido entre 70 y 76% de la energía utilizada para la termohidrolisis de dicha materia orgánica. Además el procedimiento de la invención se basa en un calentamiento indirecto utilizando intercambiadores de calor, de los que al menos uno de ellos es de superficie rascada, lo cual permite su puesta en práctica en continuo. El procedimiento no utiliza ni aditivos químicos y ni necesita de la aportación de agua adicional. En este sentido el contenido en agua de la biomasa se mantiene, de modo que entra la misma cantidad de agua que la que se obtiene.
Otro objeto de la presente invención se refiere a una instalación adecuada para llevar a cabo el procedimiento de la invención, que comprende, al menos, un intercambiador de superficie rascada, y una combinación de determinados elementos, tal y como se detalla a continuación, en referencia a las Figuras 1 y 2, que permiten obtener un balance energético elevado en el procedimiento de la invención.
La instalación, en adelante instalación de la invención, comprende entre otros elementos medios para alimentar la biomasa; al menos una bomba 1 que impulsa la biomasa a lo largo de la instalación, así como medios para controlar y mantener la velocidad de bombeo, una válvula presurizadora 2 para mantener la presión adecuada para llevar a cabo el procedimiento de la invención; un tanque 3 para el producto obtenido pretratado; y medios para medir y controlar las temperaturas.
La instalación de la invención comprende una zona de mantenimiento M1 donde tiene lugar la termohidrolisis a elevada temperatura y presión. Esta zona en una realización particular es un serpentín largo por el que la biomasa se mantiene un tiempo determinado circulando.
La instalación de la invención comprende asimismo al menos un intercambiador de superficie rascada, para la zona en la que la biomasa se encuentra a temperaturas elevadas de entre 150 y 1755C y que evita el ensuciamiento. Este intercambiador puede adquirirse de forma comercial (Unicus ® HRS). En una realización particular la instalación de la invención, que aparece representada en la Figura 1 , comprende en serie los siguientes elementos:
(i) un intercambiador H1 ;
(ii) un intercambiador de superficie rascada H2;
(iii) una zona de mantenimiento M1 ;
(iv) un intercambiador de superficie rascada H4; y
(v) un intercambiador H5.
El intercambiador H1 está conectado con el intercambiador de superficie rascada H4 a través de medios que transportan agua enfriada desde H1 al intercambiador de superficie rascada H4 y agua caliente desde H4 a H1 . El agua enfriada se encuentra a 405C aproximadamente y el agua caliente 1305C.
El intercambiador de superficie rascada H2 se encuentra conectado en una realización particular a un intercambiador H3 de tipo convencional multitubular, mediante medios que transportan aceite térmico caliente a una temperatura aproximada de 2305C hacia H2, y medios que permiten el retorno de dicho aceite térmico enfriado a una temperatura de aproximadamente 2105C. El calor necesario para el calentamiento del aceite térmico proviene de gases de escape de algún punto de la instalación. En una realización alternativa, en lugar de H3 se utiliza vapor de una caldera.
La biomasa sale de H2 a elevada temperatura, comprendida entre 150 y 1755C, entra en la zona de mantenimiento M1 donde se lleva a cabo la termohidrólisis, y a continuación, entra en el intercambiador de superficie rascada H4 donde se intercambia calor con H1 , de modo que la biomasa termohidrolizada sale de H4 a una temperatura de aproximadamente 605C.
A continuación, en el intercambiador H5 que utiliza agua de enfriamiento procedente de la red de agua de la instalación se enfría la biomasa hidrolizada hasta 405C y se lleva a un tanque para su tratamiento biológico posterior.
En esta realización particular H1 y H5 son intercambiadores convencionales de tubo en tubo, y H2 y H4 de superficie rascada. Además la instalación está provista de medios para mantener una presión comprendida entre 6 y 8 bar dentro de la zona de la instalación donde la biomasa se encuentra a elevado temperatura, es decir desde el intercambiador H2 al intercambiador H4 ambos inclusive.
En otra realización particular la instalación de la invención (Figura 2) para llevar a cabo el procedimiento de la invención comprende los siguientes elementos en serie:
(i) un intercambiador H1 ;
(ii) un intercambiador de superficie rascada H2;
(iii) una zona de mantenimiento M1 ;
(iv) un tanque flash F1 ; y
(v) un intercambiador H4.
La instalación comprende medios para transportar vapor de agua generado a 1005C en el tanque flash F1 al intercambiador H1 donde dicho calor se utiliza para calentar la biomasa, que entra a 205C aproximadamente, hasta una temperatura típicamente de 705C.
La biomasa se conduce a un intercambiador de superficie rascada H2 que se encuentra conectado, en una realización particular, a un intercambiador H3 de tipo convencional multitubular, mediante medios que transportan aceite térmico caliente a una temperatura aproximada de 2305C hacia H2, y medios que permiten el retorno de dicho aceite térmico enfriado a una temperatura de aproximadamente 2105C. El calor necesario para el calentamiento del aceite térmico proviene de gases de escape de algún punto de la instalación. En una realización alternativa, en lugar de H3 se utiliza vapor de una caldera.
La biomasa sale de H2 a una temperatura de entre 150 y 1755C y entra en la zona de mantenimiento M1 donde se lleva a cabo la termohidrólisis. La biomasa, que sale a presión de entre 6 y 8 bar de M1 , entra en un tanque flash F1 a presión atmosférica gracias a una válvula despresurizada situada entre M1 y F1 . En F1 tiene lugar la explosión de vapor, generándose vapor de agua que sale a 1005C hacia el intercambiador H1 y que se utiliza para calentar la biomasa en H1 recuperándose energía. De F1 sale la biomasa termihidrolizada a 1005C que es impulsada hacia el intercambiador H4 mediante una bomba. El intercambiador H4 utiliza agua de enfriamiento procedente de la red de agua de la instalación para enfriar la biomasa hidrolizada. En H4 la biomasa termohidrolizada se enfría y sale a 405C hacia un tanque donde se puede llevar a cabo el tratamiento biológico.
La instalación, como se ha mencionado anteriormente, está provista de una válvula presurizadora para mantener una presión comprendida entre 6 y 8 bar dentro de la zona de la instalación desde el intercambiador H2 incluido hasta la entrada en el tanque flash F1 .

Claims

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el pretratamiento de biomasa que comprende las siguientes etapas:
a) calentar la biomasa hasta una temperatura igual o inferior a 1 10-C en un intercambiador H1 ;
b) calentar la biomasa obtenida en la etapa a) hasta una temperatura comprendida entre 150 y 1755C en un intercambiador de superficie rascada H2; c) termohidrólisis de la biomasa obtenida en la etapa b) a una temperatura comprendida entre 150 y 1755C;
d) enfriar la biomasa termohidrolizada para su posterior tratamiento biológico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la etapa a) se realiza en un intercambiador H1 en el que la biomasa alcanza una temperatura de 1 10QC, y en la que el calor necesario proviene del agua caliente generada en un intercambiador de superficie rascada H4.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que en la etapa d) la biomasa termohidrolizada se enfría hasta una temperatura de 605C en el intercambiador de superficie rascada H4, con agua enfriada que proviene del intercambiador H1 y a continuación se enfría hasta una temperatura de 405C en un intercambiador H5.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 , en el que la etapa a) se realiza en un intercambiador H1 en el que la biomasa alcanza una temperatura de entre 70-805C y en la que el calor necesario proviene del vapor de agua generado a 1005C de un tanque flash F1 .
5. Procedimiento según la reivindicación 1 o 4, que comprende, además, una explosión de vapor de la biomasa previamente termohidrolizada en la etapa c) que tiene lugar en un tanque flash F1 .
6. Procedimiento según la reivindicación 1 , 4 o 5, en el que la biomasa se enfría hasta una temperatura de 405C en un intercambiador H4.
7. Instalación para llevar a cabo el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende en serie:
(i) un intercambiador H1 ;
(ii) un intercambiador de superficie rascada H2;
(iii) una zona de mantenimiento M1 ;
(iv) un intercambiador de superficie rascada H4; y
(v) un intercambiador H5.
8. Instalación según la reivindicación 7, en la que el intercambiador H1 está conectado con el intercambiador de superficie rascada H4 a través de medios que transportan agua enfriada desde H1 al intercambiador de superficie rascada H4 y agua caliente desde H4 a H1 .
9. Instalación según la reivindicación 7, en la que el intercambiador H5 utiliza agua de enfriamiento procedente de la red de agua de la instalación para enfriar la biomasa termohidrolizada.
10. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones 7, 8 o 9 provista de medios para mantener una presión comprendida entre 6 y 8 bar dentro de la zona de la instalación desde el intercambiador H2 al intercambiador H4 ambos inclusive.
1 1 . Instalación para llevar a cabo el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 , 4-6, que comprende en serie:
(i) un intercambiador H1 ;
(ii) un intercambiador de superficie rascada H2;
(iii) una zona de mantenimiento M1 ;
(iv) un tanque flash F1 ; y
(v) un intercambiador H4.
12. Instalación según la reivindicación 1 1 , que comprende medios para transportar vapor de agua generado a 1005C en el tanque flash F1 al intercambiador H1 .
13. Instalación según a reivindicación 1 1 , en la que el intercambiador H4 utiliza agua de enfriamiento procedente de la red de agua de la instalación para enfriar la biomasa hidrolizada.
14. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones 1 1 -13, provista de medios para mantener una presión comprendida entre 6 y 8 bar dentro de la zona de la instalación desde el intercambiador H2 incluido hasta la entrada en el tanque flash
F1 .
15. Instalación según la reivindicación 7 o 1 1 , en la que el intercambiador de superficie rascada H2 está conectado con un intercambiador H3 mediante medios que transportan desde H3 a H2 aceite térmico calentado a 2305C y desde H2 a H3 aceite térmico enfriado a 2105C.
PCT/ES2010/070226 2009-10-27 2010-04-14 Procedimiento e instalación para el pre-tratamiento de biomasa WO2011051518A1 (es)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10826139.7A EP2495036B1 (en) 2009-10-27 2010-04-14 Biomass pre-treatment method and installation
ES10826139.7T ES2649558T3 (es) 2009-10-27 2010-04-14 Procedimiento e instalación para pretratamiento de biomasa
US13/504,583 US9381490B2 (en) 2009-10-27 2010-04-14 Process and apparatus for the pre-treatment of biomass
US14/621,882 US10124314B2 (en) 2009-10-27 2015-02-13 Process and apparatus for the pre-treatment of biomass

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200930913A ES2360332B2 (es) 2009-10-27 2009-10-27 Procedimiento y aparato para el pre-tratamiento de biomasa
ESP200930913 2009-10-27

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/504,583 A-371-Of-International US9381490B2 (en) 2009-10-27 2010-04-14 Process and apparatus for the pre-treatment of biomass
US14/621,882 Division US10124314B2 (en) 2009-10-27 2015-02-13 Process and apparatus for the pre-treatment of biomass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011051518A1 true WO2011051518A1 (es) 2011-05-05

Family

ID=43921392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2010/070226 WO2011051518A1 (es) 2009-10-27 2010-04-14 Procedimiento e instalación para el pre-tratamiento de biomasa

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9381490B2 (es)
EP (1) EP2495036B1 (es)
ES (2) ES2360332B2 (es)
WO (1) WO2011051518A1 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106636225A (zh) * 2017-01-18 2017-05-10 华南理工大学 一种可利用循环蒸汽的酸催化蒸汽爆破预处理方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2360332B2 (es) 2009-10-27 2012-04-24 Hrs Heat Exchangers, S.L.U. Procedimiento y aparato para el pre-tratamiento de biomasa
WO2017088061A1 (en) 2015-11-25 2017-06-01 Iogen Energy Corporation System and method for cooling pretreated biomass

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2054996T3 (es) * 1988-12-13 1994-08-16 Still Otto Gmbh Procedimiento para el tratamiento de biomasas, por ejemplo fangos de clarificacion, estiercol liquido, etc.
WO1994024316A1 (en) * 1993-04-16 1994-10-27 Regalco Ab Method for hydrolysis of material containing cellulose and/or starch
WO1996009882A1 (en) 1994-09-28 1996-04-04 Cambi As Method and means for hydrolysis of organic materials
ES2158752A1 (es) * 1998-07-16 2001-09-01 Hrs Spiratube S L Mejoras en intercambiadores termicos para tratamiento de liquidos.
ES2228530T3 (es) * 1999-05-31 2005-04-16 Cambi As Metodo e instalacion para la hidrolisis continua de material organico.
WO2008026932A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Cambi As Method and device for thermal enzymatic hydrolysis of ligno cellulose

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ209527A (en) * 1984-09-13 1988-10-28 Jack Tama Haigh Just Process for the continuous hydrolysis of cellulose-containing material
US5451319A (en) * 1988-03-30 1995-09-19 Kobayashi; Yoshio Anaerobic digestion process for sewage sludge
US5137744A (en) * 1989-09-11 1992-08-11 American Crystal Sugar Company Process and system for the improvement of edible fiber and product
US5411594A (en) * 1991-07-08 1995-05-02 Brelsford; Donald L. Bei hydrolysis process system an improved process for the continuous hydrolysis saccharification of ligno-cellulosics in a two-stage plug-flow-reactor system
SE509157C2 (sv) * 1993-03-29 1998-12-07 Alfa Laval Ab Sätt och anordning för kontinuerlig sterilisering av en flytande mjölkbaserad produkt
US6326461B1 (en) * 1998-01-30 2001-12-04 Ensyn Group, Inc. Natural resin formulations
UA86840C2 (ru) 2004-09-30 2009-05-25 Айоджен Энерджи Корпорейшн непрерывный процесс предварительной обработки лигноцеллюлозного сырья
ES2360332B2 (es) 2009-10-27 2012-04-24 Hrs Heat Exchangers, S.L.U. Procedimiento y aparato para el pre-tratamiento de biomasa

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2054996T3 (es) * 1988-12-13 1994-08-16 Still Otto Gmbh Procedimiento para el tratamiento de biomasas, por ejemplo fangos de clarificacion, estiercol liquido, etc.
WO1994024316A1 (en) * 1993-04-16 1994-10-27 Regalco Ab Method for hydrolysis of material containing cellulose and/or starch
WO1996009882A1 (en) 1994-09-28 1996-04-04 Cambi As Method and means for hydrolysis of organic materials
ES2158752A1 (es) * 1998-07-16 2001-09-01 Hrs Spiratube S L Mejoras en intercambiadores termicos para tratamiento de liquidos.
ES2228530T3 (es) * 1999-05-31 2005-04-16 Cambi As Metodo e instalacion para la hidrolisis continua de material organico.
WO2008026932A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Cambi As Method and device for thermal enzymatic hydrolysis of ligno cellulose

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOSIER, N. ET AL.: "Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass.", BIORESOURCE TECHNOLOGY., vol. 96, no. 6, 1 April 2005 (2005-04-01), pages 673 - 686, XP008156536 *
See also references of EP2495036A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106636225A (zh) * 2017-01-18 2017-05-10 华南理工大学 一种可利用循环蒸汽的酸催化蒸汽爆破预处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9381490B2 (en) 2016-07-05
EP2495036B1 (en) 2017-08-30
US10124314B2 (en) 2018-11-13
EP2495036A4 (en) 2015-06-24
ES2360332A1 (es) 2011-06-03
ES2360332B2 (es) 2012-04-24
US20150158009A1 (en) 2015-06-11
US20120264071A1 (en) 2012-10-18
ES2649558T3 (es) 2018-01-12
EP2495036A1 (en) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3152168B1 (fr) Procede et dispositif de carbonisation hydrothermale a rendement energetique optimise
KR101436002B1 (ko) 전기 및 열 생산량 증대를 위한 흡수식 히트펌프가 구비된 지역 난방시스템
CN102828925B (zh) 一种二元工质塔式太阳能发电系统
WO2011051518A1 (es) Procedimiento e instalación para el pre-tratamiento de biomasa
US20140034477A1 (en) Water Supply Systems
EP3004571B1 (fr) Procede de production d'energie par combustion de matieres, et installation pour la mise en oeuvre du procede
ES2350668A1 (es) Receptor solar de vapor sobrecalentado.
CN103557532B (zh) 利用相变换热避免空气预热器低温腐蚀的系统及方法
WO2015146698A1 (ja) 熱媒排出装置および熱媒排出方法
KR102028593B1 (ko) 초임계 이산화탄소 사이클을 이용한 하이브리드 발전 시스템
Palaniandy et al. Potential of steam recovery from excess steam in sterilizer at palm oil mill
JP2013193012A (ja) 海水淡水化装置
CN102997487B (zh) 一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置
CN105293610A (zh) 海产品烘干联合海水淡化系统及工作方法
Solomon et al. Performance analysis and efficiency enhancement of cooling tower in 210 MW thermal unit
CN205090659U (zh) 一种光伏槽式供热制冷系统
CN202973652U (zh) 一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置
CN211311285U (zh) 一种利用余热回收污泥干化系统
CN204461129U (zh) 一种太阳能热声制冷风力冷却塔
TH163964A (th) ระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมระหว่างแสงอาทิตย์-ชีวมวลแบบเบ็ดเสร็จและเหมาะสมที่สุด
RU2560621C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
RU140403U1 (ru) Тепловая электрическая станция
HU4690U (en) Switching arrangement for utilization of depot heat and depot gas
RU2016109061A (ru) Способ работы тепловой электрической станции
TH163964B (th) ระบบผลิตไฟฟ้าแบบผสมระหว่างแสงอาทิตย์-ชีวมวลแบบเบ็ดเสร็จและเหมาะสมที่สุด

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10826139

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010826139

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010826139

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13504583

Country of ref document: US