ES2204353T3

ES2204353T3 - Aparato de prehidrolisis de biomasa y uso del mismo.

Info

Publication number: ES2204353T3
Application number: ES00940076T
Authority: ES
Inventors: Daltro Garcia Pinatti; Alvaro Guedes Soares
Original assignee: RM Materiais Refratarios Ltda
Current assignee: RM Materiais Refratarios Ltda
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2020-06-23
Also published as: MXPA02000137A; US6878212B1; CN1243610C; BR9902607B1; ES2204353T1; DE60045667D1; CN1824379A; CO5280144A1; JP4664330B2; PT1194226E; CN100384526C; AR023267A1; CA2588501A1; JP2003502395A; ES2204361T3; HK1043954B; EA006758B1; AU5516000A; US7238242B2; MX255489B

Abstract

Un aparato para prehidrólisis de biomasa, que comprende: - un revestimiento externo (1), - un revestimiento interno (2), recubriendo el revestimiento interno (2) el interior del revestimiento externo (1); - existiendo un espacio entre el revestimiento interno (2) y el revestimiento externo (1), caracterizándose dicho aparato porque se produce vacío (3, 4) en el espacio entre el revestimiento interno (2) y el revestimiento externo (1).

Description

Aparato de prehidrólisis de biomasa y uso del mismo.

Esta invención se refiere a un aparato para el procesamiento de materiales, especialmente para llevar a cabo la pre-hidrólisis de cualquier tipo de biomasa (madera, bagazo, paja, hierba, residuos vegetales, residuos orgánicos etc.) para obtener productos comerciales, tales como celulignina y soluciones de azúcar, capas de pre-hidrolizado que contienen xilosa, glucosa, mamosa, galactosa, arabinosa, acetílicos, ácidos uránicos, etc. Esta invención permite además la fabricación de reactores para la digestión de minerales, tales como ilmenita, anatasia, columbita, pirocloro, zirconita, etc.

Descripción de la técnica anterior

Los reactores químicos son dispositivos que se definen por una variedad de procedimientos para la transformación de materiales, tales como productos químicos, metalúrgicos, térmicos, biotecnológicos, materiales farmacéuticos etc. Los reactores se clasifican mediante tres criterios:

a) clasificación de acuerdo con contenedores y flujos: 1º) reactor por lotes; 2º) reactor semicontinuo; 3º) reactor de tanque con agitador continuo - RTMC; 4º) RTMC en serie; 5º) reactor tubular y 6º) reactor de recirculación.

b) clasificación de acuerdo con las fases existentes: 1º) reactores para fases gaseosas; 2º) reactores para fases líquidas; 3º) reactores para fases líquidas y gaseosas: 4º) reactores con catalizadores sólidos; 5º) reactores no catalíticos que incluyen sólidos (gas-sólido, líquido-sólido y reacciones de fases gaseosas; 6º) reactores para procedimientos electroquímicos; 7º) reactores para procedimientos biológicos; 8º) reactores para procedimientos fotoquímicos y radioquímicos. Los reactores gas- sólido y líquido-sólido no catalíticos con los cuales, a modo de ejemplo, se debería comparar el reactor de esta invención, se enumeran a continuación.

b1): reactor gas-sólido no catalítico: retorta (reactor de tipo torre), reactor de lecho móvil, reactor de lecho múltiple, horno rotativo, reactor de lecho fluido, reactor de flujo con recirculación, calcinador de polvo (pulverización de polvo).

b2): reactores líquido - sólido no catalíticos: tanque con un agitador (por lotes, semi-continuo, en cascada - porcentaje de sólidos limitada por la potencia del mezclador), tanque con recirculación de líquidos, tambor rotativo, lecho fluido, máquina de amasado, reactor de tipo inmersión-prensa, tornillo sin fin, reactor tipo cesta, horno rotativo.

c) Clasificación de acuerdo con el estado de movimiento de los sólidos presentado en la tabla 1. El reactor de esta invención tiende a las características de un lecho fluidizado, móvil, con los siguientes valores: dispositivo de reacción (tanque), movimiento de los sólidos (gravitacional), flujo gas/líquido-sólido (contracorriente), diámetro de partícula (mm a cm), tiempo de retención de los sólidos (minutos), tiempo de retención del gas (segundos), velocidad de calentamiento y transferencia de masa (alta), control de temperatura (buena), rendimiento en términos de volumen y tiempo (alto).

Otra característica importante de los reactores son los materiales usados para la fabricación de los mismos. La tabla 2 da los materiales básicos con sus respectivas ventajas y desventajas para condiciones de alta corrosión. Los materiales estructurales y aquellos resistentes a la corrosión, incluso cuando se usan en la fabricación de reactores, presentan todos ellos una simple desventaja que elimina esta invención fabricando el reactor con un armazón y estructura hecha de acero al carbono y un recubrimiento de materiales especiales (refractario, superaleaciones, acero inoxidable y plásticos etc.)

De forma específica los principales reactores de biomasa son de los siguientes tipos: helicoidal (bajo porcentaje de ocupación de volumen), torre (alta relación L/S - líquido-sólido), tanque/percolación (alta relación L/S y flujo de tapón (alta relación L/S). Todos los tipos de reactor presentan alimentación de biomasa y sistemas de descarga complejos. Esta invención compacta la biomasa en el reactor (alta relación de ocupación de volumen del reactor), procesa la biomasa con baja relación L/S = 2, proporciona la alimentación con un alimentador helicoidal simple y descarga de forma inmediata debido al hecho de que el reactor presenta una gran cubierta y se puede dividir en reactores de tamaño pequeño y de tamaño medio.

Una desventaja de los reactores de la técnica anterior es que están sometidos a implosión debido al hecho de que su construcción no permite una yuxtaposición perfecta entre el armazón y el recubrimiento, y hay un vacío dentro del reactor, provocado, en la mayoría de los casos, por la condensación de vapor. Esta invención evita la implosión por el vacío mantenido entre el recubrimiento y el armazón, de modo que les permite yuxtaponerse de forma apropiada.

Otra desventaja de los reactores convencionales es la imposibilidad de detectar de forma continua y precisa microfugas en el recubrimiento. Esta invención permite la detección precisa de microfugas antes de que tenga lugar la fuga de líquidos corrosivos dentro del armazón de acero del reactor. Esto permite que el reactor se use además, incluso con microfallos, mediante la programación adecuada para uso.

Los reactores usados en aplicaciones de corrosión alta no usan acero al carbono en el armazón y tienden a fabricarse de materiales monolíticos caros. Posibilitando la identificación de microfugas, esta invención detecta las condiciones para la corrosión acelerada del acero al carbono microsoldado, y esta detección facilita el uso del mismo, lo cual lleva a una reducción significativa en los costes de fabricación del reactor.

Los reactores de la técnica anterior están construidos de materiales gruesos con el fin de conseguir una resistencia a la corrosión mayor. Por tanto, algunas veces el espesor del metal en la construcción de los reactores presenta una interrelación directa con la seguridad, y el uso de placas muy gruesas hace imposible su transporte a zonas en las que está el material de partida para su uso. El reactor de esta invención proporciona un control perfecto para la detección de fallos y permite usar materiales más ligeros, lo cual reduce el peso total del reactor y en consecuencia facilita su transporte.

La patente de Estados Unidos 5.338.366 se refiere a un procedimiento y aparato para la pre-hidrólisis de biomasa que, entre otras características que son diferentes a esta invención, es muy pesado y por tanto permanece en una posición estacionaria, lo cual requiere que la biomasa de partida sea transportada al mismo. Además, la pre-hidrólisis de la biomasa tiene lugar en distintas partes del equipo, lo cual aumenta el consumo de energía para llevar a cabo y hacer el proceso de producción caro. Esta invención, además de eliminar estas desventajas, facilita una alta concentración de azúcar en el pre- hidrolizado, reduciendo así los costes de los procesos siguientes, y permite el uso de agua desionizada debido a la baja relación líquido/sólido para la producción de combustible de celulignina catalítica limpia para uso en turbinas de gas.

La patente de Estados Unidos 5.411.594 trata de la hidrólisis de biomasa de lignocelulosa para la producción de una solución de azúcar única y residuos de lignina. Toda la hidrólisis se lleva a cabo en dos etapas (hemicelulosa y celulosa) en un reactor continuo y presenta una relación L/S de 5:10 con una salida máxima del 65%, y, debido a la proporción L/S alta, hay un sistema de recuperación de calor complejo. Esta invención implementa todo el proceso, ya que lleva a cabo la pre-hidrólisis de la hemicelulosa en un reactor por lotes con una relación L/S = 2 y presenta una salida de un 100% (uso máximo de material de partida): recuperación del 80% de celulignina y 20% del pre-hidrolizado. La recuperación de calor tiene lugar sólo cuando se descarga el pre-hidrolizado, precalentando la solución ácida y agua en la caldera.

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(Tabla pasa a página siguiente)

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TABLA 2 Materiales básicos usados en la fabricación de los reactores

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El documento US-A-3056664 describe un aparato para la manipulación de materiales corrosivos a presiones y temperatura elevadas. Se proporciona un contenedor interno de un metal noble o del tipo de las manufacturas de vidrio conocido como una "caldera de resina" pero es incapaz de resistir presión sustancial. Se proporciona un encamisado que se puede vaciar de doble pared para aislar térmicamente el contenedor de las paredes de una carcasa resistente a la presión exterior que rodea el encamisado y el contenedor.

El documento US-A-4997124 en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1 presente describe una estructura de metal de doble pared, aislada por vacío que comprende armazones interior y exterior hechos de un metal y unidos conjuntamente para formar una estructura de doble pared con un espacio entre ellos, estado el espacio libre de aire.

La invención proporciona un aparato como se reivindica en la reivindicación 1. La realización del aparato mostrado en los dibujos acompañantes comprende un reactor o caldera, construido con tecnología que permite el uso en ambientes altamente corrosivos. La nueva tecnología consiste en insertar un vacío entre el armazón "exterior" y el recubrimiento "interior", de modo que se usa acero al carbono microsoldado en el armazón y estructura del reactor, y materiales especiales, en especial metales refractarios (Ti, Zr, Nb, Ta y sus aleaciones) para el recubrimiento interior. El vacío con el recubrimiento del material refractario permite además el uso de acero microsoldado de alta resistencia (750 MPa) en la fabricación del armazón ultraligero del reactor tipo "armazón ovalado", permitiendo la oscilación a mayores frecuencias con mayor homogenización de los productos y tiempo de reacción más cortos de los mismos.

El nivel de vacío satisfactorio está por debajo de 1 mm de Hg (1.000 \mum), de modo que el recubrimiento de metal refractario no sufrirá implosión y de modo que es posible usar un detector de fugas de helio acoplado entre el reactor y la bomba de vacío para la detección y medida de fugas a través de las microfisuras de las soldaduras. Velocidades de fuga de 10^{-4} Ncm^{3}/min indican un nivel satisfactorio y velocidades de fuga 100 veces mayores (10^{-2} Ncm^{3}/min) indican la necesidad para reparar las fisuras de soldadura o aquellas generadas durante la operación del reactor. Es posible mantener o quizás reemplazar el recubrimiento de metal refractario con alto valor en particulados para recuperación de estos metales desechados de la fabricación yuxtapuesta del reactor de acero al carbono, mantenida por el vacío y sin soldadura al armazón.

El vacío entre el armazón del reactor y el recubrimiento mantiene el recubrimiento fino del metal especial yuxtapuesto al armazón de acero, evitando la implosión del reactor, incluso cuando hay vacío dentro del mismo, debido a la condensación de vapor y otras causas. El uso de vacío, entre otras ventajas, también permite la detección continua o intermitente de microfugas en el recubrimiento del reactor mediante inyección de gas helio en el reactor y detección con un detector de fugas en la bomba de vacío.

Debido a esta característica, este reactor se denomina "reactor de tipo a prueba de fallos", por medio del cual se detectan y miden las microfugas en periodos de días o meses antes de que tenga lugar la fuga de líquidos corrosivos dentro del armazón de acero al carbono. Esta característica permite usar el reactor incluso con microfallos, y programar su reparación o sustitución una vez haya finalizado la sesión o campaña industrial. Se debería observar la significancia de esto para permitir usar acero al carbono en el armazón del reactor para aplicaciones de alta corrosión, sin lo que las fugas, y en consecuencia la corrosión acelerada del acero al carbono microsoldado no se identificaría.

El aparato ilustrado, siendo más ligero que los de la técnica anterior, permite la oscilación durante su proceso de hidrólisis, lo cual permite que la capa límite del líquido saturado de azúcar sea renovada sobre la superficie de los trozos o materia particulada de biomasa, dando lugar así a aproximadamente un producto homogéneo. La pre- hidrólisis acoplada con la oscilación y purga del vapor proporcionará la característica de combustión catalítica de la celulignina.

Son notables las siguientes características de la realización ilustrada:

El uso de acero al carbono en los procesos llevados a cabo en medios altamente corrosivos.

La capacidad para identificar la corrosión del acero al carbono usado en el reactor.

Evitar la implosión del reactor, incluso cuando hay un vacío dentro de él.

Detección de fugas o incluso microfugas en los reactores.

La posibilidad de programar periodos de mantenimiento o reparación del reactor de forma adecuada.

El peso reducido del reactor y la capacidad de transportarlo a lugares en los que están los materiales de partida.

La reducción en los costes de fabricación del reactor en virtud de la posibilidad de usar materiales más económicos.

El uso de un acero más resistente como armazón/recubrimiento exterior, de modo que permite la oscilación a frecuencias mayores, con el fin de homogenizar mejor el producto y acortar su tiempo de reacción.

Cumple los requerimientos de la resolución CONAMA número 20 del 18 de Junio de 1986, publicada en la D.O.U (diario oficial) de 30 de Julio de 1986, en aguas de lavado, dotando a la invención de características totalmente ecológicas.

Se describirá ahora un reactor construido de acuerdo con la invención, a modo sólo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra un diagrama de flujo de la pre-hidrólisis de la biomasa con balance de masa.

la figura 2a muestra una realización del reactor en sección transversal y sus detalles de fabricación.

la figura 2b es una vista lateral que muestra la disposición de una realización del reactor en una carreta de transporte.

la figura 2c es una vista en planta de una realización del reactor con un alimentador.

la figura 2d es una vista posterior de una realización del reactor sobre la carreta de transporte.

la figura 2e es una vista frontal de una realización del reactor colocado sobre pilares en el almacén de biomasa con la carreta de descarga de celulignina.

la figura 3 muestra microfotos de celulignina (eucalipto pre- hidrolizado), celulosa cristalina y lignina globalizada.

la figura 4 es un gráfico que muestra la potencia específica media irradiada durante la combustión de una partícula de celulignina.

la figura 5 es un gráfico que muestra la conductividad eléctrica del plasma de combustión para gas, aceite pesado, carbón, alquitrán y celulignina.

El diagrama de flujo del procesamiento de la biomasa se muestra en la figura 1, en donde el "reactor de tipo a prueba de fallos" ilustrado, que constituye esta invención es el equipo principal. En el procesamiento de minerales, las etapas son similares, solo hay adaptación de las piezas periféricas del equipo y ajuste del balance de masa para cada tipo de mineral. El diagrama de flujo muestra las siguientes etapas:

1) plataforma de alimentación - donde se descarga la biomasa (o el mineral) y se lleva o no a cabo el lavado;

2) alimentador helicoidal - responsable de la alimentación y compactación de la biomasa en el reactor (esta compactación es prescindible en el caso de minerales);

3) reactor - que constituye la invención, en donde se desarrollan los procesos de hidrólisis de la biomasa, digestión mineral o cualquier otro proceso químico o termoquímico de cualquier material;

4) intercambiador de calor - que presenta tres funciones, a saber; a) recuperación del calor durante la descarga del pre-hidrolizado, b) pre-calentamiento de la solución ácida, y c) pre-calentamiento del agua que genera vapor en la caldera;

5) tanque o tren de lavado - donde la celulignina (o el mineral) se lava en la extensión deseada, recuperándose el pre-lavado como pre-hidrolizado y los otros lavados se neutralizan y tratan en un tanque de estabilización antes del vertido en efluentes o para uso en fertilización, etc.

6) tanque de pre-hidrolizado, bien estacionario o instalado sobre carretas - depósito del primer producto;

7) secador de celulignina o mineral - secado del segundo producto;

8) triturador de la celulignina o mineral - triturado del segundo producto;

9) silo, bien estacionario o instalado sobre carretas - depósito del segundo producto.

El reactor ilustrado define una nueva tecnología de fabricación de reactores químicos para procesos en ambientes altamente corrosivos. La figura 2 ilustra con detalle un reactor construido de acuerdo con esta invención y, además, muestra todos los componentes de un reactor ordinario para una mayor comprensión.

Las condiciones de corrosión interna del reactor para diferentes materiales, temperatura y contenido en ácido se dan en la tabla 3, de donde se extraen las siguientes conclusiones: 1) debido a su alta tasa de corrosión, se puede usar sólo el acero inoxidable a altas temperaturas durante un periodo de tiempo muy corto; 2) es posible el uso de Ti de calidad comercial para las condiciones de pre-hidrólisis de la biomasa (T = 15ºC, H_{2}SO_{4} al 1,5%, 0,62 MPa), debido a que este es un material reactivo y se pasiva con el azúcar generado por la propia hidrólisis; 3) para las condiciones de hidrólisis total de la biomasa (T = 190ºC, H_{2}SO_{4} al 1,5%, 2,8 MPa) es necesario usar aleaciones de NbTi (ejemplo Nb, Ti al 44%) con un punto de fusión de T = 1.830ºC permitiendo la soldadura más fácilmente que el Nb puro, el cual presenta un punto de fusión de T = 2.500ºC; 4) para las condiciones de digestión mineral (T = 150ºC, H_{2}SO_{4} al 60%, P = 0,6 MPa), es necesario el uso de aleación de Nb, Ta al 40%, la tasa de corrosión de este es del orden de 100 mm/año. Por encima de Ta al 40% las aleaciones comienzan a ser caras debido a la necesidad de uso de mineral de tantalita en lugar de columbita en la producción de la aleación de NbTa.

TABLA 3 Datos de corrosión para las condiciones de pre-hidrólisis, hidrólisis de biomasa y digestión mineral (mm/año)

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Los detalles de la figura 2 presentan el procedimiento de soldadura del recubrimiento de metal refractario in situ y yuxtapuesto al armazón del reactor de acero al carbono, sin que el material soporte se funda o contamine el metal refractario. Se colocan juntas o placas de protección del mismo metal como recubrimiento sobre la soldadura de las partes y extremos. La soldadura se lleva a cabo con plasma con protección de gas inerte (helio o argón), garantizando cantidades intersticiales (C, O, N, H) dentro de las normas del material inicial. En cuanto a las características metalúrgicas, hay un crecimiento de granos en las zonas soldadas, disminuyendo la resistencia, principalmente la resistencia a la fatiga. La disminución es aceptable, debido a que el recubrimiento trabaja en régimen de compresión, y hay un aumento en el recubrimiento en las regiones bajo régimen de tracción. La construcción del reactor que presenta una estructura bipartita con una ligera conicidad en las partes cilíndricas permite que se lleve a cabo buena parte de la soldadura fuera del armazón de acero al carbono y sólo las uniones de partes grandes y extremos se sueldan in situ. También es posible recuperar porciones significativas del recubrimiento, en caso de que sea necesario reemplazarlas, en virtud de la facilidad de desensamblaje, recuperando por tanto parte de su coste como chatarras de alto valor. Los metales especiales permiten el uso de otros ácidos, además del H_{2}SO_{4} (HCl, HNO_{3} etc.), procurando que el pH efectivo sea similar a los niveles de las soluciones de la tabla 3.

Otra característica notable es el uso de juntas de elastómero (voton, silicona, teflón y otros) que presentan una sección transversal circular o trapezoidal en todas las cubiertas, conexiones y sellado a vacío en el recubrimiento. El dimensionado de las juntas de sellado sigue normas de presión y sellado a vacío. El tipo de junta se selecciona en función de la temperatura. Cuando se procesen minerales o biomasa, la temperatura está normalmente en torno a 200ºC, y la junta seleccionada está hecha de viton. Por otro lado, para temperaturas medias, la junta debería ser de teflón/fibra de vidrio/fibra de carbono, siendo la metálica más recomendada para temperaturas altas.

Además de biomasa y minerales, es posible procesar cualquier tipo de material en el "reactor tipo a prueba de fallos" (polimerización, alimentos, medicamentos, síntesis de productos etc.), procurando que las condiciones de corrosión del recubrimiento sean respetadas. En condiciones altamente agresivas, se usa Ta, bien puro o dopado con platino. Para condiciones menos agresivas, la técnica "a prueba de fallos" permite el uso de recubrimientos nobles de calidad inferior, mencionados en la tabla 2 (materiales inoxidables, aleaciones de níquel, termoplásticos, elastómeros, plástico termocurado reforzado, etc.), procurando que las condiciones de temperatura, presión, corrosión, abrasión y resistencia del material sean respetadas.

Las condiciones externas de corrosión del acero al carbono son más agresivas en el momento de la descarga de los productos (celulignina, minerales etc.). Se condensaron vapores en el momento de la descarga, se midió su pH, y se ensayaron varios aceros pintados con pintura epoxi bituminosa.

La tabla 4 da la comparación de costes/m^{2} de los reactores recubiertos con Ti, Nb y monolítico hecho de acero inoxidable y hastelloy. Además de la superioridad técnica, tienen menores costes que los reactores monolíticos.

TABLA 4 Coste de los materiales usados en la construcción del reactor / m^{2}

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Se muestran las principales características en la figura 2 y la tabla 5 da las referencias de las partes y componentes del reactor y del alimentador.

El cuerpo del reactor se compone de la parte cilíndrica 1.1, casquete 1.2, boquilla de entrada 1.3, cubierta de entrada 1.4, sector cónico 1.5, junta de deslizamiento circular o radial con cuñas de retención o chavetas 1.6, cubierta de descarga con soporte de la cuña 1.7, conexiones de válvula, aparatos de medición, accesorios, etc. 1.8, bisagra 1.9, articulación y cilindro hidráulico para cierre de la cubierta 1.10, cilindro hidráulico para cierre y apertura de las cuñas de retención 1.11. Se ilustra la bipartición del reactor en el detalle A, el cual permite el ensamblaje y desensamblaje del recubrimiento de metal especial sin soldadura o sin soldar del armazón de acero del reactor. Para reactores pequeños la cubierta se desplaza para la bipartición, eliminándose el sector cónico (para reactores muy pequeños, el armazón y el recubrimiento pueden estar yuxtapuestos sólo por encastre, sin necesidad de soldadura). El cuerpo cilíndrico es ligeramente cónico para facilitar el ensamblaje y desensamblaje del recubrimiento. Este último se suelda, en gran parte, antes del ensamblado, siendo soldadas el resto de las partes mostradas en los detalles A - F dentro del armazón del reactor. Esta tecnología es fundamental para hacer posible el cierre por soldadura al cuerpo de acero del reactor (punto de fusión de 1760ºC) de metales especiales que presenta un punto de fusión alto (1800ºC - 3100ºC), evitando la contaminación del mismo con Fe. La apertura y cierre de la cubierta se hace por medio de dos sistemas hidráulicos, el primero comanda las cuñas de retención soporte de presión interna del reactor, manteniendo la presión de confinamiento de la junta de sellado (junta o) de viton de las soluciones ácidas. Esta junta de sellado aguanta durante meses o años la apertura y cierre repetidos durante las operaciones.

El sistema basculante se compone de la estructura 1.12, pivote 1.13 y cilindro hidráulico 1.14. Este último se utiliza para volcar y agitar el reactor durante la operación de descarga de la celulignina, ya que este es un material sólido. El sistema de movimiento horizontal se compone de una carreta 1.15 y un cilindro hidráulico 1.16. De forma alternativa, el reactor puede estar fijo y el alimentador se puede mover horizontalmente. La estructura fija 1.17 soporta el reactor y el alimentador, y con esto el reactor se puede separar de la carreta hasta los pilares soporte (véase la figura 2.d). El sistema oscilatorio para giro se compone de la cadena 1.18 y de un motor hidráulico 1.19 comandado por micro-conmutadores 1.20, los cuales invierten la rotación a ángulos predeterminados. La seguridad del sistema oscilatorio para giro viene dada por la longitud de la cadena, la cual sale del piñón del motor hidráulico si fallan los micro- conmutadores.

El recubrimiento de metal especial 2.1 y 2.2 está hecho de acuerdo con los detalles A - F. Las principales tensiones en el recubrimiento tienen lugar sobre la boquilla de entrada en el momento de la carga del reactor y sobre el cuerpo cilíndrico, debido al movimiento del sistema oscilatorio para inversión. Las tensiones son bajas y el tiempo de vida del recubrimiento (mayor de 10 años) se determina por el fallo por fatiga. Los sellados se hacen con una junta de elastómero sobre la cubierta de descarga 2.3, en la bipartición 2.4, entre el recubrimiento y el armazón del reactor 2.5. La protección contra la fusión del acero y contaminación del metal refractario soldado con Fe se hace con juntas de sacrificio del metal refractario 2.6.

El reactor presenta conexiones y válvulas para la entrada de agua y solución ácida 3.1, entrada de vapor 3.2, salida de vapor 3.3, vacío en el cuerpo de reactor 3.4.1, en el sector cónico 3.4.2, en la cubierta 3.4.3, descarga del hidrolizado 3.5, válvula para recogida del pre-hidrolizado para análisis 3.6. La entrada de vapores tiene lugar en una parte inferior y se distribuyen mediante un tubo perforado. La entrada de líquido (agua o solución ácida) tiene lugar por la parte superior. Obviamente, las entradas de líquidos y vapores no presentan problema alguno de atascamiento. La salida de vapor está en la parte superior a través de un conducto perforado y la descarga de hidrolizado se localiza en la parte inferior en el sector cónico, la cual se protege mediante una placa perforada dentro del reactor para evitar el atascamiento. Se prevé un retorno de vapor esporádico sobre la placa y tubo perforado para desatascar la salida de vapor a través de una válvula de derivación entre la entrada y salida de vapor, después del tubo flexible para la entrada de vapor 3.7 y 3.8. De forma alternativa se puede usar un rascador rotativo para las placas perforadas. Las conexiones y válvulas se conectan a los soportes de entrada de los tubos de rotación flexibles 4 mediante conductos rígidos.

Los tubos de rotación flexibles 5 están constituidos por distintas unidades: entrada de agua y solución ácida 5.1, entrada de vapor 5.2, salida de vapor 5.3, vacío 5.4 y otros. La máxima rotación permitida es a = \pm 45ºC, de modo que no fluirá líquido alguno a través de la salida de vapor. El nivel de solución ácida se mantiene por debajo de la línea de agua (figura 2.d), de modo que no fluye líquido alguno al exterior. En caso de que la salida de vapor esté por debajo de la línea de líquido, se recurre a los comandos eléctricos de la válvula de salida de vapor 3.3 para cerrarla, siempre y cuando el límite del líquido se haya excedido. En general, estos comandos eléctricos no son necesarios debido a que el giro de oscilación de 45º es suficiente para humedecer toda la biomasa, homogenizar la masa líquida y sólida y para evitar rutas preferidas en la hidrólisis. Los soportes de las salidas de los tubos de rotación flexibles 6 se colocan en la parte superior del reactor.

La conducción intermedia 7 está constituida por los mismos componentes que los tubos de rotación flexibles 7.1 - 7.4 e interconecta las salidas de los tubos de rotación flexibles con las entradas de los tubos basculantes flexibles.

Los tubos basculantes flexibles 8 están constituidos por los mismos componentes que las conducciones intermedias 8.1 - 8.4 y se diseñan para permitir bascular el reactor con su estructura soporte para la descarga de la celulignina. Las salidas de los tubos basculantes flexibles están conectadas a las conducciones fijas 9.1 - 9.4. Estas últimas conectan los tubos basculantes flexibles con el conjunto de conducciones de válvulas 9.5 instalado en el panel de control localizado bajo el alimentador 16.

Los sensores de vacío 10 están constituidos por cuatro unidades: cuerpo de reactor 10.1, sector cónico 10.2, cubierta de reactor 10.3 y la conducción de la bomba de vacío 10.4. El cierre de las válvulas pertinentes y la visualización de la caída de vacío permiten determinar una posible fuga en el recubrimiento de metal especial.

El indicador de presión 11 es del tipo diafragma, con el fin de resistir los medios ácidos y el indicador de temperatura 12 está protegido por una cavidad de protección del mismo material que el recubrimiento.

El sistema hidráulico 13 lleva las siguientes unidades por este orden: motor hidráulico del alimentador helicoidal 14.1, cilindro hidráulico de movimiento 1.16, cilindro hidráulico de la cubierta de cierre 1.10, motor hidráulico del sistema rotativo de oscilación 1.19, cilindro basculante hidráulico 1.14, cilindros hidráulicos para apertura de las cuñas de retención 1.11. Obsérvese que no hay simultaneidad de operación alguna, prevaleciendo la mayor potencia, la cual es aquella del motor hidráulico del alimentador helicoidal 14.1.

El alimentador está compuesto por un motor hidráulico 14.1, un semi-eje del propulsor 14.2, propulsor del alimentador 14.3, cesta del alimentador 14.4, una boquilla de alimentador cónica 14.5 y una casquete 14.6. El alimentador debe llenar el reactor en un periodo de 10 minutos. Está construido de acero al carbono microsoldado, protegido con pintura epoxi bituminosa. El espacio por debajo del alimentador está ocupado por el panel de control 16 (líquidos, vapores, aparatos de medición, sistema eléctrico etc.) un sistema hidráulico 13, una bomba de vacío 15, un detector de fugas 17, herramientas de trabajo y dispositivos de trabajo etc.

La estructura fija del reactor y del alimentador se acomodan en una carreta convencional con una plataforma localizada 960 mm desde el suelo 18, altura máxima del equipo inferior 4.400 mm y dentro de guías de rodadura. El equipo se transporta a los lugares de la biomasa, en los que se levanta con gatos hidráulicos y se soporta sobre vigas y pilares a la altura de procesamiento deseada (figura 2.e). De forma alternativa se puede operar sobre la propia carreta de transporte.

Las piezas complementarias del equipamiento del reactor son: intercambiador de calor 19, bomba de presión de agua 20.1 y descarga de solución ácida 20.2, desionizador de agua 21, caldera 22, y estructura soporte 23. Esto es transportado sobre carretas convencionales 18, se eleva y se soporta del mismo modo que se explicó anteriormente.

TABLA 5 Claves de las partes del reactor y del alimentador

A- 1^{o} Estructura (primera carreta)

1	carcasa y estructura del reactor
1.1	cuerpo cilíndrico
1.2	casquete
1.3	boquilla de entrada
1.4	cubierta de entrada
1.4.1	cubierta
1.4.2	cilindros hidráulicos
1.5	sector cónico
1.6	junta deslizante con cuñas de retención
1.7	cubierta de descarga con soporte para las cuñas de retención
1.8	conexiones
1.9	bisagra
1.10	articulación y apertura de cubierta del cilindro hidráulico
1.11	cilindro hidráulico para cierre/apertura de cuñas de retención
1.12	estructura basculante
1.13	pivote basculante
1.14	cilindro hidráulico basculante
1.15	carreta de movimiento
1.16	cilindro hidráulico de movimiento horizontal
1.17	estructura fija del reactor y alimentador
1.18	cadena del sistema rotativo de oscilación
1.19	motor hidráulico del sistema rotativo de oscilación
1.20	micro-conmutadores
2	- recubrimiento de metales y aleaciones especiales
2.1	cuerpo del reactor
2.2	bridas
2.3	junta de sellado de la cubierta de descarga (junta o)
2.4	junta de sellado de bipartición (junta o)
2.5	junta de sellado a vacío entre armazón y recubrimiento
2.6	junta de Ti para protección frente a contaminación con Fe en la soldadura de Ti
3	- conexiones y válvulas de agua, solución ácida, vapor, vacío y pre- hidrolizado
3.1	entrada para agua y solución ácida
3.2	entrada para vapor
3.3	salida para vapor
3.4	vacío
3.4.1	vacío en el cuerpo de reactor
3.4.2	vacío en el sector cónico
3.4.3	vacío en la cubierta del reactor
3.4.4	vacío en la bomba de vacío
3.5	descarga del pre-hidrolizado
3.6	válvula para recogida del pre-hidrolizado para análisis
3.7	válvula de retorno de vapor en la placa perforada del conducto de descarga del pre-hidrolizado
3.8	válvula de retorno de vapor en el tubo perforado de la salida de vapor
4	soporte de entrada de los tubos de rotación flexibles
5	tubos de rotación flexibles
5.1	entrada de agua y de solución ácida
5.2	entrada de vapor

(Continuación)

5.3	salida de vapor
5.4	vacío
6	soporte para salida de tubos flexibles
7	conducción intermedia
7.1	entrada de agua y de solución ácida
7.2	entrada de vapor
7.3	entrada de vapor
7.4	vacío
8	tubos basculantes flexibles
8.1	entrada de vapor y de solución ácida
8.2	entrada de vapor
8.3	salida de vapor
8.4	vacío
9	conducciones y válvulas para agua, solución ácida, vapor y vacío
9.1	entrada de agua y de solución ácida
9.2	entrada de vapor
9.3	salida de vapor
9.4	vacío
9.5	ensamblaje de conducción de válvula
10	sensores
10.1	en el cuerpo del reactor
10.2	en el sector cónico
10.3	en la cubierta del reactor
10.4	en la bomba de vacío
11	indicador de presión
12	indicador de temperatura
13	sistemas hidráulicos
14	alimentador
14.1	motor hidráulico
14.2	semi-eje del propulsor
14.3	propulsor del alimentador
14.4	cesta del alimentador
14.5	boquilla del alimentador cónica
14.6	casquete
15	bomba de vacío
16	panel de control (líquidos, vapores, aparatos de medición, sistemas eléctricos, etc.)
17	detector de fugas
18	carreta - capacidad 30 t

B - 2ª Estructura (Segunda carreta - figuras no incluidas)

19	intercambiador de calor
20	bomba de presión (20.1) para agua y solución ácida (20.2)
21	agua desionizada
22	caldera
23	estructura soporte para los elementos 19 a 22

Procesamiento de pre-hidrólisis de biomasa y productos resultantes

La pre-hidrólisis se puede llevar a cabo sobre cualquier tipo de biomasa, tal como madera y bagazo y paja de la caña de azúcar, residuos vegetales, cortezas, hierba, parte orgánica de las basuras etc. El proceso de pre-hidrólisis sigue estas etapas:

1.- La biomasa en forma desmenuzada se descarga sobre la plataforma de alimentación, la cual puede estar constituida por un alimentador de cinta transportadora o helicoidal inclinado, en donde se lava con el fin de disminuir el contenido inorgánico (tierra, cenizas etc.)

2.- La plataforma de alimentación descarga la biomasa dentro del alimentador helicoidal, el cual llena el reactor hasta que comienza la compactación, alcanzando la densidad de 300 kg/m^{3} (materia seca), la cual es tres veces la densidad de la biomasa blanda (bagazo, paja, hierba, residuos vegetales, cortezas, partes orgánicas de basuras). El alimentador permanece acoplado al reactor durante la operación de relleno, la cual lleva aproximadamente 10 minutos. Después de que el reactor se haya llenado se desacopla del alimentador mediante un movimiento horizontal de la estructura móvil respecto a la estructura fija. Después del desacoplamiento, se cierra la boquilla de entrada mediante una válvula comandada por cilindros hidráulicos.

3.- Después de que el reactor se haya llenado, comienza la operación de desgasificación mediante el paso de vapor, inundando el reactor con una solución ácida (del orden de 1,7% de la biomasa), precalentada hasta 80ºC en el intercambiador de calor y en una relación líquido/sólido - L/S = 2, calentamiento y presurización hasta 160ºC, 0,62 MPa. Esta actividad tiene una duración de 10 minutos, y el calor del vapor de escape se recupera en el intercambiador de calor mediante la solución ácida de la siguiente reacción. Con el fin de llevar a cabo esta recuperación de calor, el intercambiador de calor se dimensiona normalmente con dos veces el volumen de la solución ácida requerida para cada reacción.

4.- Tras el calentamiento y presurización se lleva a cabo la pre-hidrólisis durante un periodo de 30 minutos de forma simultánea con la oscilación rotativa del reactor y purga de vapor, con el fin de mantener la temperatura próxima a 160ºC \pm 10ºC, lo cual es fundamental para obtener la característica de combustión catalítica de la celulignina, ya que las temperaturas inferiores no hidrolizan completamente la memicelulosa y la celulosa amorfa, y las temperaturas superiores provocan la transformación de la celulosa cristalina en celulosa amorfa, haciendo así difícil triturarla en partículas finas (f < 250 mm). Se debe observar la importancia de las conexiones flexibles para mantener la temperatura durante todo el periodo de hidrólisis y la oscilación del reactor para renovar la capa límite del líquido saturado con azúcar sobre la superficie de los trozos de partículas de biomasa, optimizando el periodo de hidrólisis en aproximadamente 20 - 30 minutos. El control de la pre-hidrólisis se hace mediante seguimiento del contenido en azúcar en el pre-hidrolizado por medio del refractómetro o cualquier otro aparato de medida de azúcar hasta el valor de 9 Brix. Periodos más largos de pre-hidrólisis dan lugar a una caída del contenido en azúcar debido a la descomposición de la xilosa en furfural y alcohol furfurílico. El control completo de la temperatura, presión, contenido de ácido, oscilación (homogenización) y pureza del vapor permite la optimización completa del proceso de pre-
hidrólisis.

5.- Después de la pre-hidrólisis comienza la operación de descarga del pre-hidrolizado (solución de azúcar), el cual se dirige al tanque estacionario o carreta-tanque a través del intercambiador de calor, recuperando así su energía en el pre- calentamiento de la solución ácida y en el agua de la caldera. La recuperación del calor del pre-hidrolizado desde el vapor de escape (calentamiento y purga) y el uso de una baja relación líquido/sólido (L/S = 2) permite reducir el consumo de energía de esta invención a valores inferiores al 6% de la energía contenida en la biomasa original. Estos valores son significativamente inferiores que en cualquiera de los otros procesamientos de biomasa, los cuales en la mayoría de los casos son del orden del 30% (relación L/S = 12). La operación de descarga del hidrolizado lleva aproximadamente 10 minutos.

6.- Después de la descarga del pre-hidrolizado se lleva a cabo el lavado de recuperación de azúcar en la relación
L/S = 1, dando un Brix \geq 5. Esta segunda fracción del pre-hidrolizado puede estar o no puede estar en la primera fracción (Brix \geq 9). En general, la primera fracción debería pretenderse para la producción de furfural (la mayor concentración posible de azúcar) y la segunda fracción para la producción de alcohol (por ejemplo, mediante fermentación con echerichia coli modificados genéticamente). Obsérvese que la segunda fracción contiene (5x1S)/(9x1,5Sx1S) = 0,27 = 27% del azúcar contenido en las dos fracciones y no se puede perder. Además, se debe observar que las dos fracciones totalizan (0,09x1,5S+0,05x1S)/0,2S = 0,925 S = 92,5% del azúcar contenido en la hemicelulosa y celulosa amorfa. Debido a la alta velocidad de recuperación no hay necesidad de uso complejo y caro de los azúcares del agua de lavado, que se vierte. La invención evita el uso de prensas roscadas caras para extraer el pre-hidrolizado y recuperar azúcares. El periodo de recuperación del azúcar es del orden de 10 minutos.

7.- Tras la recuperación del azúcar se efectúa la descarga de la celulignina mediante apertura de la cubierta grande y basculando el reactor. La celulignina se puede descargar en lavadores mecánicos (cónicos, cilíndricos, tanques rotativos etc.) o sobre carretas para ser lavada mediante percolación (difusión). La descarga se realiza en unos minutos y, junto con la limpieza de las juntas de sellado y la recuperación del reactor en una posición de descarga, lleva menos de 10 minutos. El ciclo completo lleva aproximadamente 80 minutos, permitiendo 16 reacciones al día, con una tasa de utilización de la máquina del 90%.

8.- Las operaciones de lavado se pueden llevar a cabo en cualquier tipo de lavador. Se da preferencia al lavado mediante percolación (difusión) sobre carretas o contenedores plegables (tipo big-bags) que presenta menor consumo de agua, mantiene la celulignina protegida de las impurezas y permite la descarga sobre las carretas de graneles. Las aguas de lavado cumplen los requerimientos de la resolución CONAMA nº 20 de 18 de Junio de 1986 (publicada en el D.O.U. de 30 de Julio de 1996 (Diario Oficial de Brasil) y, en principio, se podrían verter en cualquier curso de agua. Con vistas a dotar la invención totalmente con características ecológicas se neutralizan las aguas de lavado con lechada de cal y se trata biológicamente en tanques de esterilización.

9.- Hay dos opciones de lavado en esta invención, a saber, con agua normal y con agua desionizada. Con la primera de ellas se obtiene celulignina normal con un contenido en ceniza normal resultante de los materiales inorgánicos presentes en la biomasa e impurezas del ambiente (principalmente tierra). El lavado con agua desionizada lleva a la obtención de celulignina limpia que se va a usar como combustible para turbinas de gas, el mayor requisito de estas es el bajo contenido de K + Na < 5 ppm. El proceso de pre-hidrólisis es un proceso altamente eficiente para reducir las cenizas de la biomasa, en donde los materiales inorgánicos reaccionan con el H_{2}SO_{4}, dando lugar a sulfatos solubles que se lixivian de las celulignina en la pre-hidrólisis y en los procesos de lavado. El uso de agua desionizada aumenta la eficiencia de lavado de forma significativa, permitiendo la reducción del contenido en Na + K por debajo de los niveles requeridos en turbinas de gas. El uso de agua desionizada es factible y económico, en vistas a la baja relación L/S = 2. En los procesos convencionales con un gran consumo de agua (L/S = 12) nunca se ha considerado el uso de agua desionizada y, en consecuencia, tampoco el uso de celulignina como un combustible para turbinas de
gas.

El proceso de pre-hidrólisis de biomasa realizado por el reactor de tipo a prueba de fallos da lugar a dos productos (dos artículos): celulignina y pre- hidrolizado.

Celulignina

En lo referente a la celulignina, se debe observar que la madera se compone de hemicelulosa, celulosa y lignina dispuesta en microfibras. El objetivo de la pre-hidrólisis realizada en el reactor tipo a prueba de fallos es digerir la hemicelulosa y la celulosa amorfa, dejando la celulosa intacta en su forma cristalina y la lignina en la forma globulizada. Todas estas características se han conseguido y se muestran en la microfotografía de la figura 3. Esta microfotografía muestra el fractal de las fibras de celulosa cristalina con la celulignina globulizada, en donde los espacios vacíos están ocupados por la hemicelulosa y la celulosa amorfa antes de la pre-hidrólisis.

Este resultado tiene las siguientes características:

a) debido al control completo de los parámetros del proceso del reactor tipo a prueba de fallos, las características son uniformes en toda la masa del reactor, permitiendo la producción de "productos homogéneos".

b) debido al mantenimiento de la cristalinidad, es posible triturar la celulignina en partículas menores de 250 mm en trituradores de martillo, trituradores de barras y similares, con un consumo de energía de 12 kWh/t, lo cual aplicado a la fórmula de Bond: W=10Wi/=10Wi/ en donde W es el trabajo en kWht/t, Wi = ratio de trabajo del material,
P = tamaño de malla a través del cual pasa el 80% del producto (en micrómetros), F = tamaño de malla a través del cual pasa el 80% del material de alimentación (en micrómetros) da lugar a Wi = 15, lo cual es del mismo orden de la mayoría de los materiales minerales (esto es, materiales cristalinos). El coste de la energía de trituración es inferior a 1,00 \textdollar de Estados Unidos/t.

c) Como consecuencia de la alta porosidad, la celulignina sufre secado mediante gravidez natural hasta un contenido del 50% de humedad, evitando las prensas roscadas caras para esta etapa de procesamiento. El secado final se realiza en secadores rotativos, consiguiendo una humedad inferior al 12% con el mismo consumo de energía del secado de cereales (750 MJ/t), ilustrado mediante los ejemplos siguientes:

c1) secado de celulignina: consumo de 0,4 kg/h de GLP (42 MJ/kg de energía calorífica) durante 10 horas para secar 224 kg de celulignina - (0,4x10x42)/0,224=750 MJ/t de celulignina);

c2) secado de arroz: consumo de 1/3 metro cúbico de madera (396 kg/metro cúbico, 10,5 MJ/kg de energía calorífica) para secar 30 sacos de arroz al día (60 kg/saco) - (0,33x396x10,5)/1,8 = 760 MJ/t de arroz.

El coste de secado usando combustibles nobles (madera - 10,00 \textdollar de Estados Unidos/metro cúbico - 1,80 \textdollar de Estados Unidos/t de celulignina o GLP – 0,50 \textdollar de Estados Unidos/kg - 9,00 \textdollar de Estados Unidos/t de celulignina) es siempre muy caro y por ello se debe usar el calor residual a 125ºC de las calderas. Como consecuencia, el secado y la trituración deben estar siempre en la proximidad de la estación termoeléctrica o caldera, usando calor residual;

d) debido a la globulización de la lignina se abren los espacios vacíos para el ataque de la celulosa por parte de microorganismos de los animales rumiantes, y la celulignina se puede usar como un componente de volumen del forraje para animales con un digestibilidad del 58% comparable a los componentes de volumen de alta calidad (forraje ensilado de maíz húmedo - 61%, forraje ensilado de alfalfa - 56%, forraje de hierba - 56%, paja de avena - 44%, y mucho mayor que la digestibilidad de la hierba natural (35%).

e) la mayor aplicación de la celulignina es como combustible para caldera, turbina de gas y generación de energía mediante equipos magnetohidrodinámicos (MHD). La tabla 6 da un ejemplo de aplicación de la celulignina como combustible para caldera, en comparación con el fuelóleo. La menor energía calorífica de la celulignina (20 MJ/kg), en comparación con la del fuelóleo (41 MJ/kg) se contrarresta por su bajo coste (40,00\textdollar de Estados Unidos/t), lo cual es 1/3 menor que el del fuelóleo (120,00 \textdollar de Estados Unidos/t). Si bien se requiere dos veces más celulignina, es posible reemplazar el fuelóleo en cualquier tipo de caldera, ya que es un combustible oxigenado (29% de O_{2}) y requiere insuflado de aire con volúmenes próximos a los del fuelóleo. Esto significa que cualquier caldera de aceite o gas es capaz de quemar celulignina, generando la misma energía térmica con ajustes del orden del 15% de los quemadores e insufladores de aire. La celulignina producida con agua desionizada cumple los requisitos de combustible limpio para quemar en turbinas de gas con un contenido de Na + K < 5 ppm. Aunque la celulignina limpia contiene valores < 15 ppm, estos valores se reducen mediante el ciclón de limpieza. Para partículas menores de 200 mm, el quemado de las mismas es de tipo catalítico, como se muestra en la figura 4. Esta característica resulta de dos factores, el primero es debido a la gran superficie expuesta (2 m^{2}/g medida mediante BET - Brunaur, Emmett y Tellen o el número de yodo 100), en comparación con la superficie de la biomasa natural (0,4 m^{2}/g), y el segundo es debido a su trituración en partículas finas (f < 250 mm), lo que lleva a entrada del carburante oxígeno y salida del monóxido en los poros de la celulignina casi sin colisión entre las moléculas, facilitando la combustión catalítica (tamaño de partículas de celulignina < camino libre medio del carburante y gases de la combustión). Todo indica que la celulignina es el único combustible catalítico sólido que se puede producir a gran escala, su periodo de combustión (< 20 milisegundos) es del mismo orden que el del gas natural. Las turbinas de gas también requieren un contenido en partículas total < 200 ppm y partículas mayores de 5 mm < 8 ppm. Estas características se consiguen por medio de tres técnicas: combustión completa debido a la característica catalítica de la celulignina, ciclón instalado entre el combustor externo y la turbina de gas y separador magnético tras la trituración de la celuliginina para eliminar la contaminación magnética originada por los trituradores. Sin separadores magnéticos se consiguen valores < 50 ppm en partículas totales y usando separación magnética se consigue el requerimiento de 8 ppm < 5 mm. Debido a la combustión catalítica, la celulignina es un combustible excelente para equipos MHD, consiguiendo alta conductividad eléctrica en el plasma de combustión a temperatura elevada de 2727ºC (3.000 K). La figura 5 muestra la conductividad eléctrica del orden de 70 S/m, en comparación con valores de 15 S/m para carbón mineral purificado, 12 S/m para aceite derivado de petróleo y 8 S/m para el gas natural. Se debe observar que la madera presenta un contenido en carbono del 48% y un contenido en hidrógeno del 6%, dando una relación C/H = 8. La pre-hidrólisis aumenta el contenido en carbono en la celulignina al 66% y disminuye el contenido en H al 4,3%, doblando la relación C/H = 15.

TABLA 6 Comparación de quemado de aceite y celulignina en una caldera convencional

7

TABLA 7 Principales impurezas inorgánicas del eucalipto y pre-hidrolizado

8

Este resultado es altamente significativo, ya que la figura 5 muestra que la conductividad eléctrica es muy baja para valores bajos de C/H, y aumenta de forma significativa hasta C/H = 15, saturándose desde ahí progresivamente. Durante la combustión el hidrógeno forma el hidroxilo OH^{-}, el cual tiene una sección de choque de 400 \ring{A} para el electrón en el plasma de combustión, disminuyendo su conductividad eléctrica y fallando para influir su valor para contenido menor de un 3% de H.

f) Además de las aplicaciones como combustible y componente de volumen para forraje de animales, la celulignina presenta varias aplicaciones en los siguientes campos: pirólisis para la producción de aceites y carbón activado, producción de negro de carbón (combustión incompleta), producción de metanol, resinatos de celulignina (aglomerados, MDF - fibra de densidad media), sustrato para fermentación semi-sólida (fungi, bacterias y enzimas) etc.

Pre-hidrolizado

El pre-hidrolizado es una solución de azúcares que contiene xilosa (80%), glucosa, mamosa, galactosa, arabinosa, acetílicos, ácidos uránicos etc. Además de azúcares, contiene ácido sulfúrico añadido en el proceso de pre-hidrólisis e impurezas inorgánicas dadas en la tabla 7. El gran control del proceso del reactor de tipo a prueba de fallos permite llevar a cabo una pre-hidrólisis virtualmente perfecta, permitiendo la digestión de todos los productos que son fácilmente hidrolizables, mientras se evita la descomposición de los azúcares debido a la baja temperatura del proceso (160ºC). El contenido de azúcares solubles (Brix) se sigue minuto a minuto, y se interrumpe el proceso (comenzando por la descarga, despresurización, enfriamiento) tan pronto como el Brix pasa por un máximo. La baja relación L/S = 2 permite conseguir un contenido en azúcar del orden de 10 Brix similar a otros caldos (caña, maíz etc.). El pre- hidrolizado presenta en general pH = 1. La recuperación de azúcares (tipo de lavado con L/S = 1) genera un pre-hidrolizado con Brix del orden de 5, un pH = 1,5 el cual puede o no puede mezclarse con el material soporte para procesamiento posterior.

El pre-hidrolizado presenta tres aplicaciones principales: producción de furfural mediante la técnica de dos estados (deshidratación de pentosas), producción de etanol (bacteria echerichia coli modificada genéticamente) y producción de xilitol (hidrogenación catalítica de D-xilosa).

Se debería entender que el ejemplo de reactor descrito junto con los valores mencionados son sólo a título ilustrativo y que el alcance de la invención es como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un aparato que comprende: un armazón externo (1) y un armazón interno (2), estando montado el armazón interno (2) en el armazón externo (1); habiendo un espacio entre el armazón interno (2) y el armazón externo (1) y produciéndose un vacío en el espacio generado entre el armazón interno (2) y el armazón externo (1), caracterizado porque el aparato comprende un contenedor sellable para el procesamiento de materiales, especialmente para llevar a cabo la pre-hidrólisis de una biomasa o para llevar a cabo la digestión de un mineral, ya que el armazón interno (2) es un recubrimiento y ya que se evita la implosión a través del vacío mantenido entre el recubrimiento (2) y el armazón externo (1) de modo que se permite que el recubrimiento (2) y el armazón externo (1) estén yuxtapuestos de forma apropiada.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el armazón externo (1) y el recubrimiento interno (2) están hechos de un material estructural y un material resistente a la corrosión, respectivamente.

3. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el armazón externo (1) y el recubrimiento interno (2) están hechos de acero al carbono microsoldado y metal refractario, incluyendo el último sus aleaciones, respectivamente.

4. Uso del aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, como un reactor termo-químico en la pre-hidrolización de la biomasa.

5. Uso del aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, como un reactor en un proceso de digestión mineral.

6. Uso del aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente como un reactor por lotes.

7. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque el armazón externo (1) y el recubrimiento interno (2) se montan mediante yuxtaposición simple, libre de soldaduras en los diferentes materiales.

8. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizado porque el armazón externo (2) y el recubrimiento interno (2) están soldados juntos y se colocan juntas o placas de protección del mismo material como el recubrimiento sobre la soldadura de las piezas y extremos.

9. El aparato o uso del mismo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende dispositivos para la detección y seguimiento del vacío entre el armazón externo (1) y el recubrimiento interno (2).

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los dispositivos de detección y seguimiento detectan microfugas por vacío, de modo que permiten detectar microfisuras en el recubrimiento interno (2).

11. Uso del aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la detección de las microfisuras se hace de modo continuo.

12. Uso del aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la detección de las microfisuras se hace de forma intermitente programada.

13. Uso del aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9, 10, 11 y 12, caracterizado porque se introduce gas helio en el reactor para detección de microfisuras en el recubrimiento interno (2).

14. El aparato o uso del mismo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9, 10, 11, 12 y 13, caracterizado porque se acoplan detectores de microfugas a la línea de vacío.

15. El aparato o uso del mismo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque incluye un mecanismo para movimiento rotacional oscilante.

16. El aparato o uso del mismo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el mecanismo para el movimiento rotativo oscilante permite al aparato oscilar alrededor de su eje principal.

17. El aparato o uso del mismo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque comprende un alimentador helicoidal para alimentación y compactación de un producto que se va a procesar en el aparato.

18. El aparato de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque el alimentador helicoidal se puede desacoplar una vez que el aparato se ha llenado.

19. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una cubierta grande que se puede abrir para la descarga del material sólido procesado.

20. El aparato de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende un mecanismo basculante para permitir la descarga del material sólido procesado.

21. El aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque comprende una carreta de transporte con el fin de permitir su transporte donde se pueda usar.