ES2605464T3

ES2605464T3 - Método para controlar el contenido de agua en líquidos de pirólisis

Info

Publication number: ES2605464T3
Application number: ES13724020.6T
Authority: ES
Inventors: Lambertus Van De Beld; Evert Johannes LEIJENHORST
Original assignee: BTG BioLiquids BV
Current assignee: BTG BioLiquids BV
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2017-03-14
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CA2873347C; MY170291A; NL2008835C2; HUE032384T2; WO2013172705A1; BR112014028261B1; DK2850150T3; EP2850150A1; CA2873347A1; BR112014028261A2; EP2850150B1

Abstract

Método para controlar el contenido de agua en un líquido de pirólisis que comprende: a) producir un vapor de pirólisis que comprende compuestos condensables y gases no condensables a una temperatura igual o menor que 70ºC y a una presión igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar); b) introducir la fase vapor en un condensador (102), condensar los compuestos condensables del vapor de pirólisis para obtener un condensado a una temperatura igual o menor que 70ºC y a una presión igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar), y separar los gases no condensables del condensado; c) introducir al menos parte del condensado en el concentrador (106) y concentrar dicho condensado eliminando cierta cantidad de agua a una temperatura igual o menor que 80ºC obteniendo de este modo un concentrado; d) introducir el concentrado obtenido tras la etapa c) en el condensador (102) obteniendo de este modo un líquido de pirólisis con un contenido de agua controlado.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para controlar el contenido de agua en Ifquidos de pirolisis Antecedentes de la invencion

La presente invencion describe un metodo para controlar el contenido de agua en Ifquidos de pirolisis. Ademas, la presente invencion esta relacionada con un aparato adecuado para llevar a cabo este metodo.

La pirolisis rapida es un proceso en el que se calienta rapidamente materia organica a 400 - 600°C en ausencia de aire. Bajo estas condiciones se producen vapores de pirolisis, gases no condensables y carbon. Los vapores se condensan en un lfquido. Tfpicamente, el 50 - 70% en peso de materia prima se convierte en lfquido. La pirolisis ofrece la posibilidad de desacoplar la conversion de biomasa y las aplicaciones del lfquido de pirolisis (en tiempo, lugar y escala), la manipulacion facil de los lfquidos y una calidad mas consistente comparada con cualquier biomasa solida. El lfquido de pirolisis puede ser utilizado en muchas aplicaciones diferentes como por ejemplo calderas, motores, turbinas, o puede ser mejorado para su uso como combustible de transporte.

La calidad del lfquido de pirolisis depende del tipo de materia prima, el porcentaje de humedad de la materia prima, las condiciones del proceso, etc. El contenido de agua del lfquido es un parametro importante y tfpicamente puede ser tan bajo como el 15% en peso hasta mas del 30% en peso. El contenido de agua tiene una fuerte influencia en, por ejemplo, el poder calonfico y la viscosidad del lfquido. Ademas, se sabe que un alto contenido de agua (tfpicamente superior al 28 - 30% en peso) conduce a un lfquido con fases separadas: una fase organica altamente viscosa y una fase acuosa con baja viscosidad. La separacion de fases es una situacion altamente indeseable.

Para la aplicacion y comerciabilidad del lfquido de pirolisis es importante que se pueda producir un lfquido de calidad bastante estable independientemente de variaciones en, por ejemplo, la materia prima, el porcentaje de humedad de la materia prima y las condiciones del proceso propiamente dicho. Se sabe que la materia prima con un mayor contenido de ceniza o alcali conduce a un mayor contenido de agua en el lfquido, con el riesgo de que se produzca una separacion de fases.

Para un funcionamiento fiable y continuo de cualquier proceso de pirolisis rapida tambien es ventajosa la produccion de un lfquido de calidad constante. En la mayona de procesos se utiliza un condensador de spray para condensar los lfquidos de la fase vapor mediante la pulverizacion de los lfquidos de pirolisis dentro del condensador. Un lfquido con una calidad bastante estable resultara en un patron de rociamiento constante y un rendimiento de recuperacion del lfquido contante. Adicionalmente, un lfquido de una sola fase puede ser filtrado con relativa facilidad siempre y cuando su viscosidad no sea demasiado alta, p. ej. bajo contenido de agua. Ademas, un lfquido de una sola fase proporciona menos problemas de funcionamiento en intercambiadores de calor y bombas. Para evitar las reacciones de repolimerizacion en el lfquido es preferible que la temperatura del lfquido se mantenga por debajo de 60°C. La repolimerizacion conducina a un incremento en la viscosidad y finalmente a una separacion de fases.

Por tanto, se concluye que tener un metodo para controlar el contenido de agua en el lfquido de pirolisis es ventajoso tanto para el propio proceso de pirolisis como para las aplicaciones, la posterior mejora y la comerciabilidad del lfquido de pirolisis.

Para controlar el contenido de agua en el lfquido de pirolisis se pueden seguir diferentes aproximaciones. En primer lugar, el condensador del lfquido se puede hacer funcionar a una mayor temperatura para reducir la condensacion de agua. De este modo tampoco se condensa parte de la materia organica y se reduce el rendimiento general. Una segunda aproximacion consiste en incrementar la carga de gas en el condensador, que tiene el efecto de mas agua abandona el condensador por medio de la fase gaseosa y se retiene menos agua en la fase lfquida. En ambos casos mencionados anteriormente ocurrina una perdida significativa de materia organica y, adicionalmente, todos los equipos situados aguas abajo debenan manejar un volumen de gas significativamente mayor (limpieza de gases, etc.).

Cambiando el porcentaje de humedad de la materia prima tambien se podna obtener un lfquido de pirolisis con diferente contenido de agua. Sin embargo, este no es un metodo adecuado para controlar el contenido de agua hasta un nivel aceptable ya que incluso con materia prima completamente seca (por ejemplo paja o racimos de fruta vados), se puede obtener un lfquido de pirolisis con un contenido de agua demasiado alto. Todavfa otra aproximacion mas es obtener un lfquido con bajo contenido de agua anadiendo agua adicional al lfquido, forzando una separacion de fases y obteniendo una fraccion aceitosa espesa y una fase acuosa. Sin embargo, la fase acuosa contiene una cantidad significativa de compuestos organicos y solo se obtiene un bajo rendimiento. Ademas, este metodo no se puede utilizar para controlar el contenido de agua.

Otro metodo para obtener un lfquido de pirolisis derivado de biomasa con bajo contenido de agua es haciendo funcionar el condensador a una alta temperatura evitando que el agua se condense, secando entonces la fase vapor en una etapa separado, y utilizar el gas seco en el proceso de pirolisis como gas portador. En particular, esto es aplicable a la pirolisis rapida basada en lecho fluidizado, pero tambien resulta en una gran perdida de materia organica.

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Todavfa otra aproximacion mas es producir un Uquido de pirolisis de una sola fase. En esta aproximacion, se anade un agente de supresion de la separacion de fases para promover la formacion de un producto condensado de una sola fase. Sin embargo, de forma desventajosa, se requieren cantidades relativamente grandes de agente para ser efectivo y la cantidad de agua como tal no esta controlada.

SE 522 021 C2 describe un proceso y un sistema para la produccion de lfquidos de pirolisis con un contenido de agua controlado, en el que la biomasa se somete a un proceso de pirolisis rapida, los gases de pirolisis se condensan y el agua se elimina de los lfquidos de pirolisis resultantes a traves de evaporacion.

Por lo tanto, hay una necesitad en la tecnica anterior de proporcionar un metodo para el control del contenido de agua en el lfquido de pirolisis.

Por tanto, un objetivo de la presente invencion, entre otros objetivos, es proporcionar un metodo que no presente las desventajas de metodos conocidos. La presente invencion consigue este objetivo, espedficamente mediante el metodo para controlar el contenido de agua en un lfquido de pirolisis que comprende:

a) producir un vapor de pirolisis que comprende compuestos condensables y gases no condensables a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar);

b) introducir la fase vapor en un condensador, condensar los compuestos condensables del vapor de pirolisis para obtener un condensado a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar), y separar los gases no condensables del condensado;

c) introducir al menos parte del condensado en un concentrador y concentrar dicho condensado mediante la eliminacion de cierta cantidad de agua a una temperatura igual o menor que 80°C obteniendo de este modo un concentrado;

d) introducir el concentrado obtenido tras la etapa c) en el condensador y mezclarlo con el condensado presente en el condensador obteniendo de este modo un lfquido de pirolisis con un contenido de agua controlado.

En el contexto de la presente invencion, el vapor de pirolisis se origina de una composicion de pirolisis producida en un reactor. La composicion de pirolisis comprende dicho vapor asf como un solido (tal como una mezcla entre carbon y ceniza).

En el contexto de la presente invencion, el vapor de pirolisis se produce mediante un proceso de pirolisis. El proceso de pirolisis fabrica una composicion de pirolisis a una temperatura en el intervalo de 400 - 500°C. El vapor comprende componentes condensables y gases no condensables a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar). La composicion de pirolisis producida en un proceso de pirolisis puede comprender un solido de pirolisis (arena, carbon y ceniza) que se separa principalmente despues de la produccion de la composicion de pirolisis, el vapor de pirolisis se separa de la composicion de pirolisis (en la etapa a)). En el contexto de la presente invencion, la composicion de pirolisis puede comprender ademas algunos solidos carbonosos (carbon, ceniza). El vapor en la etapa a) puede comprender algunas partfculas solidas (p. ej. material del lecho, carbon, ceniza o catalizador) que pueden estar presentes en el condensado cuando se condensa el vapor en lfquido. Las partfculas solidas se pueden eliminar del lfquido por filtracion. En el contexto de la presente invencion, la composicion de pirolisis puede tener varios ongenes, como origen vegetal.

En el contexto de la presente invencion, cuando se condensa el vapor de pirolisis, se convierte en un lfquido de pirolisis en la etapa b).

En la etapa c), se introduce al menos parte del condensado en el concentrador. La expresion “al menos parte” se debe entender como al menos una porcion del condensado, pero tambien puede ser casi todo el condensado. Ventajosamente, la porcion del condensado introducida puede ser de al menos el 10% en peso del peso total de todo el condensado, al menos el 20% en peso, al menos el 30% en peso, al menos el 40% en peso, al menos el 50% en peso, al menos el 60% en peso, al menos el 70% en peso, al menos el 80% en peso, al menos el 90% en peso, al menos el 99% en peso.

En la etapa d), cuando se mezcla el concentrado obtenido tras la etapa c) con la parte del condensado presente en el condensador, la mezcla es un lfquido de pirolisis con una cantidad controlada/fijada de agua. En la etapa d), el lfquido tratado se devuelve al condensador. Este paso permite obtener un cierto (predeterminado) contenido de agua en el condensador (un contenido que se puede controlar independientemente de la composicion de pirolisis producida en el proceso de pirolisis) y evita la separacion de fases del aceite nuevo en este condensador. Se evitan dificultades de funcionamiento en el propio condensador asf como en el procesamiento aguas abajo, como la filtracion.

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Se puede llevar a cabo una etapa de filtracion tras cualquiera de las etapas b), c) o d).

En el contexto de la presente invencion, los componentes condensables son tales como componentes organicos (azucares, fenoles, compuestos aromaticos, acidos organicos, cetonas, aldelddos). Los gases no condensables son gases tales como monoxido de carbono (CO), dioxido de carbono (CO2), metano, y nitrogeno.

Se puede hacer funcionar el condensador a temperatures mas altas para controlar el contenido de agua en el producto principal, pero de forma desventajosa se observa una perdida significativa de rendimiento de producto. Sorprendentemente, se encontro que la perdida de producto se puede reducir mediante una aproximacion de dos pasos: i) en el primer paso, se condensan los lfquidos de pirolisis a baja temperatura y ii) en un segundo paso se produce un lfquido de pirolisis con un contenido de agua espedfico evaporando parte del agua del lfquido de pirolisis. Esta aproximacion proporciona un metodo robusto para controla el contenido de agua en el lfquido como una parte integrada de cualquier proceso de pirolisis rapida.

La condensacion en la etapa b) se lleva a cabo a una temperatura igual o menor que 70°C, ventajosamente igual o menor que 68°C, mas ventajosamente igual o menor que 65°C, aun mas ventajosamente igual o menor que 60°C, lo mas ventajosamente igual o menor que 50°C, lo aun mas ventajosamente igual o menor que 40°C. Ademas, la condensacion en la etapa b) se lleva a cabo a una temperatura igual o superior a 10°C, ventajosamente igual o superior a 15°C, mas ventajosamente igual o superior a 20°C, lo mas ventajosamente igual o superior a 30°C, lo aun mas ventajosamente igual o superior a 35°C. La condensacion en la etapa b) se lleva a cabo ventajosamente a una temperatura en cualquier intervalo descrito por los lfmites anteriores entre 10°C y 70°C. Por lo tanto, la condensacion en la etapa b) se puede llevar a cabo a cualquier temperatura en el intervalo entre 10°C y 70°C, como a 10°C, 11°C,

12°C, 13°C, 14°C, 15°C, 16°C, 17°C, 18°C, 19°C, 20°C, 21°C, 22°C, 23°C, 24°C, 25°C, 26°C, 27°C, 28°C, 29°C,

30°C, 31°C, 32°C, 33°C, 34°C, 35°C, 36°C, 37°C, 38°C, 39°C, 40°C, 41°C, 42°C, 43°C, 44°C, 45°C, 46°C, 47°C,

48°C, 49°C, 50°C, 51°C, 52°C, 53°C, 54°C, 55°C, 56°C, 57°C, 58°C, 59°C, 60°C, 61°C, 62°C, 63°C, 64°C, 65°C,

66°C, 67°C, 68°C, 69°C, 70°C.

Por lo tanto, el objetivo de la etapa b) es acumular el lfquido de pirolisis y separar los componentes condensables de los gases no condensables en las condiciones (temperatura y presion) descritas en la etapa b). Condensando los componentes condensables se forma un condensado (tambien designado como lfquido). La presion a la que se lleva a cabo la condensacion en la etapa b) es de en torno a la presion ambiente, alrededor de 1O0.OOO Pa (1 bar), como maximo 150.000 Pa (1,5 bar). Ventajosamente, la presion de la condensacion en la etapa b) es igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar).

En el contexto de la presente invencion, el condensado obtenido en la etapa b) comprende los compuestos condensables. Ventajosamente, el condensado no contiene gases no condensables. Los compuestos condensables son cualquier compuesto originado del vapor de pirolisis que sea condensable (al menos parcialmente) a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion menor que 150.000 Pa (1,5 bar). De acuerdo con la presente invencion, el condensado tambien comprende agua. La cantidad de agua en el condensado comprende, en el contexto de la presente invencion, al menos el 15% en peso del peso total del condensado, como al menos el 20% en peso, como al menos el 30% en peso, como al menos el 40% en peso, como al menos el 50% en peso, como al menos el 60% en peso, como al menos el 70% en peso.

En la etapa c), se introduce al menos parte del condensado en el concentrador. La expresion “parte del condensado” debe ser entendida como cualquier valor entre el 5% y el 95% del peso total del condensado, tal como el 5% en peso del peso total del condensado, tal como el 10% en peso del peso total del condensado, tal como el 20% en

peso del peso total del condensado, tal como el 30% en peso del peso total del condensado, tal como el 40% en

peso del peso total del condensado, tal como el 50% en peso del peso total del condensado, tal como el 60% en

peso del peso total del condensado, tal como el 70% en peso del peso total del condensado, tal como el 80% en

peso del peso total del condensado, tal como el 90% en peso del peso total del condensado, tal como el 95% en

peso del peso total del condensado.

En la etapa c) se ha de entender la concentracion del condensado mediante la eliminacion de cierta cantidad de agua como la separacion, o eliminacion, de cierta cantidad de agua del condensado para obtener un lfquido de pirolisis en la etapa d) con el contenido de agua deseado. En otras palabras, significa eliminar al menos parte del agua del condensado. Ventajosamente, se elimina como mucho el 80% en peso del peso total de agua en el condensado, mas ventajosamente como mucho el 50% en peso, lo mas ventajosamente como mucho el 80% en peso.

En el contexto de la presente invencion, se debe entender una “cierta cantidad de agua” como el porcentaje deseado, dependiendo del contenido de agua en la composicion de pirolisis original, por lo tanto del contenido de agua de la composicion de pirolisis. El porcentaje de agua en el original depende de la fuente de los materiales pirolizados. Por ejemplo, cuando el contenido de agua en el vapor de pirolisis que va a ser condensado tiene un gran contenido de agua, se tiene que eliminar mas agua que si el contenido de agua en el vapor de pirolisis fuera relativamente mas bajo.

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En el contexto de la presente invencion, el concentrado obtenido en la etapa c) comprende los compuestos condensables y tiene un contenido de agua igual o menor que el condensado. La concentracion dla etapa c) se lleva a cabo a una temperature igual o menor que 80°C, ventajosamente igual o menor que 75°C, mas ventajosamente igual o menor que 70°C, aun mas ventajosamente igual o menor que 65°C, lo mas ventajosamente igual o menor que 60°C, lo aun mas ventajosamente igual o menor que 55°C. Ademas, la etapa c) se lleva a cabo a una temperatura igual o superior a 10°C, ventajosamente igual o superior a 15°C, mas ventajosamente igual o superior a 20°C, lo mas ventajosamente igual o superior a 30°C, lo aun mas ventajosamente igual o superior a 35°C. La etapa c) se lleva a cabo ventajosamente a una temperatura en cualquier intervalo descrito por los lfmites anteriores de 10°C a 80°C. Por lo tanto, la concentracion en la etapa c) se puede llevar a cabo a cualquier temperatura en el intervalo de 10°C a 80°C, como a 10°C, 11°C, 12°C, 13°C, 14°C, 15°C, 16°C, 17°C, 18°C, 19°C, 20°C, 21°C, 22°C,

23°C, 24°C, 25°C, 26°C, 27°C, 28°C, 29°C, 30°C, 31°C, 32°C, 33°C, 34°C, 35°C, 36°C, 37°C, 38°C, 39°C, 40°C,

41°C, 42°C, 43°C, 44°C, 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C, 50°C, 51°C, 52°C, 53°C, 54°C, 55°C, 56°C, 57°C, 58°C,

59°C, 60°C, 61°C, 62°C, 63°C, 64°C, 65°C, 66°C, 67°C, 68°C, 69°C, 70°C, 71°C, 72°C, 73°C, 74°C, 75°C, 76°C,

77°C, 78°C, 79°C, 80°C.

En el contexto de la presente invencion, se puede medir la calidad del material de pirolisis una vez se ha llevado a cabo el proceso mediante mediciones en lmea de viscosidad, de densidad o de agua.

De acuerdo con la presente invencion, la condensacion en la etapa b) se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 5°C a 70°C, preferiblemente de 10°C a 60°C, mas preferiblemente de 20°C a 50°C.

De acuerdo con la presente invencion, la concentracion en la etapa c) se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 10°C a 8o°C, preferiblemente de 20°C a 70°C, mas preferiblemente de 40°C a 70°C.

De acuerdo con la presente invencion, la concentracion en la etapa c) se lleva a cabo a una presion igual o menor que 50.000 Pa (500 mbar), preferiblemente igual o menor que 35.000 Pa (350 mbar), mas preferiblemente igual o menor que 25.000 Pa (250 mbar), lo mas preferiblemente igual o menor que 20.000 Pa (200 mbar). Por lo tanto, la concentracion en la etapa c) se puede llevar a cabo a cualquier presion igual o menor que 20.000 Pa (200 mbar), como a una presion igual o menor que 18.000 Pa (180 mbar), una presion igual o menor que 15.000 Pa (150 mbar), una presion igual o menor que 12.500 Pa (125 mbar), una presion igual o menor que 10.000 Pa (100 mbar), una presion igual o menor que 8.000 Pa (80 mbar), una presion igual o menor que 5.000 Pa (50 mbar). La concentracion dla etapa c) se lleva a cabo en un concentrador. Un concentrador es un contenedor adecuado para llevar a cabo la concentracion de un lfquido. Por concentracion se debe entender la reduccion de la cantidad de un compuesto particular. En la presente invencion, la concentracion en la etapa c) permite la reduccion y el control de la cantidad de agua en el condensado.

Ventajosamente, la presion en la etapa c) es igual o menor que 18.000 Pa (180 mbar), mas ventajosamente igual o menor que 17.000 Pa (170 mbar), lo mas ventajosamente igual o menor que 15.000 Pa (150 bar).

De acuerdo con la presente invencion, la introduccion del concentrado obtenido tras la etapa c) en del condensador tambien puede llevarse a cabo mediante pulverizacion. En el contexto de la presente invencion, el concentrado obtenido tras la etapa c) se hace circular hacia el condensador. La circulacion se puede llevar a cabo mediante pulverizacion. El concentrado contiene menos agua y su introduccion, o circulacion (a veces denominado tambien como recirculacion), permite controlar la cantidad de agua en el lfquido de pirolisis en el condensador. Por pulverizacion se ha de entender la creacion de pequenas gotas del concentrado que son introducidas en el condensador a alta velocidad, tfpicamente por una bomba. La pulverizacion ocurre ventajosamente en la parte superior del condensador.

De acuerdo con la presente invencion, la condensacion en la etapa b) se lleva a cabo en un condensador y la concentracion en la etapa c) se lleva a cabo en un evaporador. Ventajosamente, el evaporador se hace funcionar como un equipo flash y el propio lfquido de pirolisis proporciona la energfa para la evaporacion. Un evaporador, en el contexto de la presente invencion, es un equipo utilizado para convertir (o para permitir la conversion) de la forma lfquida de un qrnmico en su forma gaseosa. El evaporador puede ser un evaporador escogido del grupo de evaporadores de circulacion natural/forzada, un evaporador de pelfcula descendente, un evaporador de pelfcula ascendente, un evaporador de placas de pelfcula ascendente y descendente, un evaporador de efecto multiple o un evaporador flash.

Los evaporadores de circulacion natural se basan en la circulacion natural del producto causada por las diferencias de densidad que surgen del calentamiento. En un evaporador que utilice tubos, una vez que el agua comienza a hervir, las burbujas comenzaran a subir y a provocar la circulacion, facilitando la separacion del lfquido y el vapor en la parte superior de los tubos de calentamiento. La cantidad de evaporacion que tiene lugar depende de la diferencia de temperatura entre el vapor y la disolucion. Pueden surgir problemas si los tubos no estan adecuadamente sumergidos en la disolucion. Si esto ocurre, el sistema se secara y la circulacion se comprometera. Para evitar esto, se puede utilizar circulacion forzada insertando una bomba para incrementar la presion y la circulacion. La circulacion forzada ocurre cuando la carga hidrostatica evita la ebullicion en la superficie de calentamiento. Tambien se puede utilizar una bomba para evitar la precipitacion de incrustaciones que es causada por la ebullicion del lfquido en los tubos; la bomba suprime la formacion de burbujas. Otros problemas son que el tiempo de residencia

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es indefinido y que el consumo de vapor es muy alto, pero a altas temperatures es facil conseguir una buena circulacion.

Un evaporador de pelfcula descendente esta hecho generalmente de largos tubos (4 - 8 metros de longitud) que estan rodeados de camisas de vapor. Cuando se usa este tipo de evaporador es importante la distribucion uniforme de la disolucion. La disolucion entra y como fluye hacia abajo gana velocidad. Se atribuye esta ganancia en velocidad al vapor que se libera contra el medio de calentamiento, que fluye hacia abajo tambien. Este evaporador se aplica generalmente a disoluciones altamente viscosas, asf que se usa frecuentemente en las industrias qmmica, alimentaria y de la fermentacion.

En un evaporador de pelfcula ascendente, la ebullicion tiene lugar dentro de tubos, debido al calentamiento producido (generalmente por vapor) fuera del mismo. Por tanto no se desea el sumergimiento; la creacion de burbujas de vapor de agua dentro del tubo crea un flujo ascendente que mejora el coeficiente de transferencia de calor. Este tipo de evaporador es por tanto bastante eficiente, siendo la desventaja que es propenso a sufrir un escamado rapido de la superficie interna de los tubos. Este diseno se utiliza generalmente con disoluciones transparentes y sin sal. Los tubos son generalmente bastante largos (mas de 4 metros); algunas veces se proporciona una pequena realimentacion. Calcular este tipo de evaporador es generalmente una tarea delicada, ya que requiere una evaluacion precisa del nivel real del licor del proceso dentro de los tubos. Las aplicaciones recientes tienden a favorecer el patron de pelfcula descendente en lugar de este.

Los evaporadores de placas de pelfcula ascendente y descendente tienen un area de superficie relativamente grande. Las placas son generalmente corrugadas y se soportan en un marco. Durante la evaporacion, el vapor fluye a traves de los canales formados por los espacios libres entre las placas. El vapor asciende y desciende alternativamente en paralelo al lfquido concentrado. El vapor sigue caminos a favor de la corriente y contracorriente en relacion con el lfquido. Tanto el concentrado como el vapor alimentan a una plataforma de separacion, donde el vapor se envfa al condensador. Este tipo de evaporador de placas se aplica frecuentemente en las industrias lacteas y de fermentacion ya que tienen flexibilidad espacial. Un punto negativo de este tipo de evaporador es que esta limitado en cuanto a su habilidad para tratar productos viscosos o que contienen solidos. Hay otros tipos de evaporador de placas, que trabajan solo con pelfcula ascendente. En el de tipo de pelfcula ascendente se pueden utilizar viscosidades mucho mas altas comparadas con el de tipo pelfcula ascendente y descendente descrito anteriormente.

A diferencia de los evaporadores de etapa unica, los evaporadores de efecto multiple pueden estar formados por hasta siete etapas de evaporacion o efectos. El consumo de energfa de un evaporador de efecto simple es muy alto y constituye la mayor parte del coste de un sistema de evaporacion. Juntar varios evaporadores ahorra calor y por tanto requiere menos energfa. Anadir un evaporador al original disminuye el consumo de energfa hasta un 50% del consumo original. Anadir otro efecto lo reduce al 33%, etc. Se puede utilizar una ecuacion del porcentaje de ahorro de calor para estimar cuanto se ahorrana anadiendo una cierta cantidad de efectos. El numero de efectos en un evaporador de efecto multiple esta restringido generalmente a siete porque despues el coste de los equipos comienza a alcanzar el dinero ahorrado por el descenso del requerimiento de energfa. Se pueden utilizar dos tipos de sistemas de alimentacion con los evaporadores de efecto multiple. La alimentacion directa tiene lugar cuando el producto entra en el sistema a traves del primer efecto, que es el que esta a mayor temperatura. Despues el producto se concentra parcialmente porque parte del agua se transforma en vapor y es arrastrada. El producto alimenta despues un segundo efecto que esta a una temperatura un poco menor. El segundo efecto utiliza el vapor calentado en la primera etapa como fuente de calor (ahorrando asf en el gasto en energfa). La combinacion entre bajas temperaturas y altas viscosidades en los efectos subsecuentes proporciona buenas condiciones para el tratamiento de productos sensibles al calor como enzimas y protemas. Para el uso de este sistema se requiere un aumento del area de la superficie de calentamiento de los efectos subsecuentes. Otra manera de proceder es utilizando alimentacion a contracorriente. En este proceso, los productos diluidos alimentan el ultimo efecto que tiene la menor temperatura y son transferidos de efecto en efecto con temperaturas crecientes.

Un evaporador flash o enfriador flash se puede entender como una combinacion de enfriamiento del producto y concentracion. El lfquido caliente alimenta un recipiente que se hace funcionar a baja presion y, consecuentemente, se liberan los vapores hasta que se alcanza un equilibrio termico. La energfa requerida para la evaporacion es proporcionada por el lfquido caliente causando una reduccion en la temperatura del lfquido. A menudo se aplica este tipo de evaporador/enfriador con fluidos viscosos y sensibles.

De acuerdo con la presente invencion, la etapa a) produce energfa que puede ser utilizada para llevar a cabo la etapa c). La etapa a) es ventajosamente un proceso de pirolisis. Mas ventajosamente, la sustancia pirolizada es una biomasa. La pirolisis de biomasa, o biomateriales, produce carbon, lfquidos y gases a partir de biomasa calentando la biomasa en un ambiente bajo en, o en ausencia de, oxfgeno. La ausencia de oxfgeno previene la combustion. El rendimiento relativo de productos de pirolisis vana con la temperatura. Una temperatura por debajo de 400°C (752 - 932°F) produce mas carbon, mientras que temperaturas por encima de 400°C (1.292°F) favorecen el rendimiento de componentes combustibles lfquidos y gaseosos. La pirolisis ocurre mas rapidamente a mayores temperaturas, requiriendo tfpicamente segundos en lugar de horas. La pirolisis a alta temperatura tambien es conocida como gasificacion, y produce principalmente gas de smtesis. Los rendimientos tfpicos de la pirolisis rapida son un 70% de

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bioaceite, un 15% de biocarbon y un 15% de gas. Por comparacion, la pirolisis lenta puede producir sustancialmente mas carbon (sobre un 50%).

De acuerdo con la presente invencion, se puede llevar a cabo una etapa de filtracion tras cada uno de las etapas b), c) o d). Ventajosamente, la filtracion se lleva a cabo tras la etapa b) y/o tras la etapa c) y/o tras la etapa d). En el contexto de la presente invencion, la etapa de filtrado, tambien designado por el termino “filtracion”, es la separacion de solidos de un flujo lfquido (el condensado, el concentrado o su mezcla) mediante la interposicion de un medio a traves del cual solo puede pasar el fluido. Los solidos demasiado grandes se retienen, pero la separacion no es completa; los solidos estaran contaminados con un poco de fluido y el filtrado contendra partfculas finas (dependiendo del tamano del poro y el grosor del filtro).

De acuerdo con la presente invencion, la etapa a) es un proceso de pirolisis. Puede ser una pirolisis lenta, preferiblemente es una pirolisis rapida.

De acuerdo con la presente invencion, la etapa a) es la pirolisis de biomasa vegetal, o residuos, o un flujo de residuos (cualquier materia organica que contenga solidos).

De acuerdo con otro aspecto, la presente invencion esta relacionada con un aparato para controlar el contenido de agua en un lfquido de pirolisis que comprende:

1) un condensador para un vapor de pirolisis que comprende compuestos condensables y gases no condensables para obtener la separacion de los gases no condensables de dicho vapor, dicho condensador comprende al menos dos tomas, en donde al menos una de las al menos dos tomas comprende al menos una entrada para recibir los compuestos condensables del vapor de pirolisis y dicho condensador comprende al menos dos extremos de descarga, dichos al menos dos extremos de descarga comprenden al menos una salida, en donde al menos uno de los al menos dos extremos de descarga comprende al menos una salida para gases no condensables y en donde al menos uno de los al menos dos extremos de descarga comprende una salida para un condensado, dicho condensador se puede hacer funcionar a temperatura igual o menor que 70°C, y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar);

2) un concentrador conectado con dicha salida para el condensado del condensador para la concentracion de dicho condensado eliminando una cantidad predeterminada de agua, dicho concentrador comprende al menos una toma, dicha toma comprende al menos una entrada para recibir el condensado producido en el condensador y dicho concentrador comprende al menos dos extremos de descarga comprendiendo al menos una salida, en donde al menos uno de los dos extremos de descarga comprende al menos una salida para el concentrado conectada al condensador, dicho concentrador se puede hacer funcionar a temperatura igual o menor que 80°C, y a una presion igual o menor que 50.000 Pa (500 mbar), en el que el condensador esta conectado a una de las salidas para el concentrado de dicho concentrador.

Cuando se describen los valores de presion, en el contexto de la presente invencion, la presion (el intervalo) se debe entender como la presion absoluta.

En el contexto de la presente invencion, una toma es una parte que permite que los componentes entren en un reactor, un condensador, un concentrador. Una entrada es una subunidad de una toma, tal como un tubo. Un extremo de descarga es una parte que permite que los componentes salgan de un reactor, un condensador, un concentrador. Una salida es una subunidad del extremo de descarga, tal como un tubo. Entradas y salidas pueden estar conectadas a controladores de temperatura, intercambiadores de calor, filtros.

De acuerdo con la presente invencion, el dispositivo tambien comprende un reactor para producir un vapor de pirolisis situado antes del condensador, dicho reactor comprende al menos una toma y al menos un extremo de descarga, dicha al menos una toma comprende al menos una entrada y dicho al menos un extremo de descarga comprende al menos una salida para dicho vapor y en donde el condensador esta conectado con dicha salida para dicho vapor de dicho reactor para obtener la separacion de los gases no condensables del condensado. Ventajosamente, se lleva a cabo una reaccion de pirolisis en el reactor. La reaccion de pirolisis produce una mezcla de pirolisis que comprende una fase solida (tal como carbon y ceniza) y un vapor de pirolisis. Tal y como se describe en el contexto de la presente invencion, el vapor de pirolisis comprende componentes condensables y los gases no condensables.

De acuerdo con la presente invencion, el condensador esta conectado a una de las salidas para el concentrado de dicho concentrador en donde la conexion esta situada en la parte superior de dicho condensador para pulverizar el concentrado obtenido en el concentrador. El condensador esta conectado (por al menos una toma comprendiendo al menos una entrada) a una de las salidas para el concentrado de dicho concentrador en la parte superior de dicho condensador para pulverizar el concentrado obtenido en el concentrador. Se debe entender que al menos una de las tomas del condensador, comprendiendo al menos una entrada, permite introducir el concentrado dentro del condensador.

Las definiciones y preferencias descritas en la presente solicitud son aplicables para todos los aspectos y realizaciones de la presente invencion.

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La presente invencion se describe mas a fondo, sin estar limitada, en las siguientes figuras y Ejemplo.

Figura 1: esquema del proceso de acuerdo con la presente invencion.

Figura 2: viscosidades cinematicas en funcion del contenido de agua en el aceite para dos temperatures diferentes. Figura 3: tasa de evaporacion de agua en funcion de la presion en el evaporador.

Figura 4: contenido de agua frente rendimiento en un lfquido de pirolisis.

Figura 5: contenido de agua frente rendimiento en un lfquido de pirolisis.

La Figura 1 ilustra el metodo de acuerdo con la presente invencion. El flujo de vapor 100 se genera en el proceso de pirolisis rapida y alimenta el condensador 102 para condensar los lfquidos de pirolisis. En esta realizacion, los ifquidos se condensan mediante un pulverizador de lfquidos de pirolisis (101). El calor se elimina del flujo de recirculacion 101 por medio de un intercambiador de calor 112. Opcionalmente, se puede poner un filtro 113 en la lmea de recirculacion 101 para eliminar partmulas del lfquido de pirolisis. Se puede poner la lmea 101 en la parte superior del condensador (con el proposito de la pulverizacion). El condensador 102 se hace funcionar generalmente a presion ambiente y a una temperatura de entre 20 y 50°C. Desde el lfquido de pirolisis condensado, un segundo flujo (tambien denominado como una parte del condensado) 104 alimenta el evaporador 106 que es, por ejemplo, un evaporador de pelmula al vacm. Este evaporador se hace funcionar tfpicamente a temperaturas de entre 40 - 70°C y a presion reducida que puede variar entre 500 y 50.000 Pa (5 y 500 mbar). En el contexto de la realizacion ilustrada en la Figura 1, el concentrador es un evaporador (el concentrado puede por tanto ser designado como un evaporado). La presion de funcionamiento del evaporador 106 se puede utilizar para controlar la tasa de evaporacion de agua. El lfquido de pirolisis con un contenido de agua reducido (107), tambien designado como un concentrado (o un evaporado), es enviado de vuelta al condensador principal, y mezclado con el lfquido de pirolisis presente en el condensador 102. El producto, un lfquido de pirolisis que contiene una cantidad de agua controlada, es eliminado del condensador a traves de 108. Un flujo de vapor rico en agua 105 se elimina de la parte superior del evaporador 106.

Existen diferentes metodos para controlar la tasa de evaporacion de agua en el evaporador 106 tales como, por ejemplo, la presion de funcionamiento, la temperatura de funcionamiento y el area de la superficie. La tasa de evaporacion de agua requerida esta determinada por la calidad real del lfquido de pirolisis presente en el condensador 102 que es equivalente con el lfquido en los flujos 101 y 104. Se puede determinar en lmea el contenido de agua real del lfquido de pirolisis mediante un equipo adecuado. Como una alternativa para la medida directa del agua y como aproximacion practica, la viscosidad y temperatura del lfquido de pirolisis se determinan en lmea, para lo que hay varios instrumentos disponibles en el mercado. Existe una fuerte relacion entre el contenido de agua en el aceite y la viscosidad, tal y como se ilustra en la Figura 2. En la Figura 3 se muestra que la tasa de evaporacion de agua se puede controlar muy bien mediante la presion en el evaporador. Hacer funcionar el evaporador bajo presion reducida tiene la ventaja de que la temperatura del lfquido de pirolisis se puede mantener a una temperatura relativamente baja evitando o minimizando reacciones de repolimerizacion en el lfquido. En la Figura 1 las caractensticas 110, 111 y 114 representan bombas y 103 representa el flujo de gases no condensables. El vapor rico en agua 105 se produce en el evaporador 106.

Ejemplos

Ejemplo 1

Se ha pirolizado madera de pino en una unidad de pirolisis rapida a una tasa de alimentacion de 2 kg/h. El porcentaje de humedad de la madera de pino era del 5% en peso. La temperatura del reactor de pirolisis estuvo en el intervalo de 485°C hasta 495°C, y la presion fue la atmosferica. Se dirigio la fase vapor liberada hacia un condensador de spray que se puede hacer funcionar a temperaturas de hasta 90°C. En el condensador se acumula el lfquido de pirolisis incluyendo agua. Con baja temperatura en el condensador se acumula la maxima cantidad de lfquido de pirolisis, pero el contenido de agua en el aceite tambien es maximo. Incrementando la temperatura del condensador acabara menos cantidad de agua en el aceite, pero tambien se perdera parte de la materia organica, tal y como se muestra en las figuras 4 y 5. Alternativamente, el metodo descrito en esta solicitud condensa la maxima cantidad de lfquido de pirolisis haciendo funcionar el condensador a baja temperatura, y evaporando el agua del lfquido de pirolisis por separado de manera controlada. En este ejemplo, se produjo el lfquido de pirolisis bajo las mismas condiciones descritas anteriormente, y se condenso el lfquido a una temperatura de 48°C. Este lfquido acumulado contema un 25,8% en peso de agua. Subsecuentemente, se elimino el agua del lfquido en un evaporador rotativo de pelmula. Las condiciones de funcionamiento del evaporador de pelmula fueron una temperatura de 60 - 90°C y una presion de 10.000 Pa (100 mbar). Se tomaron muestras del lfquido a diferentes tiempos y se determino el contenido de agua. Se encontro que la cantidad de materia organica perdida por el ultimo metodo es significativamente menor, tal y como se ilustra en las figuras 4 y 5.

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REIVINDICACIONES

1. Metodo para controlar el contenido de agua en un Ifquido de pirolisis que comprende:

a) producir un vapor de pirolisis que comprende compuestos condensables y gases no condensables a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar);

b) introducir la fase vapor en un condensador (102), condensar los compuestos condensables del vapor de pirolisis para obtener un condensado a una temperatura igual o menor que 70°C y a una presion igual o menor que 150.000 Pa (1,5 bar), y separar los gases no condensables del condensado;

c) introducir al menos parte del condensado en el concentrador (106) y concentrar dicho condensado eliminando cierta cantidad de agua a una temperatura igual o menor que 80°C obteniendo de este modo un concentrado;

d) introducir el concentrado obtenido tras la etapa c) en el condensador (102) obteniendo de este modo un lfquido de pirolisis con un contenido de agua controlado.
2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la condensacion en la etapa b) se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 5°C a 70°C, preferiblemente de 10°C a 60°C, mas preferiblemente de 20°C a 50°C.
3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la separacion en la etapa c) se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 10°C a 80°C, preferiblemente de 20°C a 70°C, mas preferiblemente de 40°C a 70°C.
4. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la concentracion en la etapa c) se lleva a cabo a una presion igual o menor que 50.000 Pa (500 mbar).
5. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la introduccion del concentrado obtenido tras la etapa c) en el condensador (102) se lleva a cabo mediante rociamiento.
6. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el concentrador (106) es un evaporador.
7. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa a) produce energfa que se utiliza para llevar a cabo la separacion en la etapa c).
8. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se lleva a cabo una etapa de filtracion tras cualquiera de las etapas b, c o d.
9. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se lleva a cabo una pirolisis rapida en la etapa a).
10. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que se lleva a cabo una pirolisis rapida de biomasa vegetal en la etapa a).
11. Aparato para llevar a cabo el metodo tal y como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende:

1) un condensador (102) para un vapor de pirolisis que comprende compuestos condensables y gases no condensables para obtener la separacion de los gases no condensables de dicho vapor, dicho condensador (102) comprende al menos dos tomas, en donde al menos una de las al menos dos tomas comprende al menos una entrada para recibir los compuestos condensables del vapor de pirolisis y dicho condensador (102) comprende al menos dos extremos de descarga, dichos al menos dos extremos de descarga comprenden al menos una salida, en donde al menos uno de los al menos dos extremos de descarga comprende al menos una salida para los gases no condensables y donde al menos uno de los al menos dos extremos de descarga comprende una salida para un condensado, dicho condensador (102) se puede hace funcionar a una temperatura igual o menor que 70°C, y a una presion de 150.000 Pa (1,5 bar);

2) un concentrador (106) conectado a dicha salida para el condensado del condensador (102) para concentrar dicho condensado mediante la eliminacion de una cantidad predeterminada de agua, dicho concentrador (106) comprende al menos una toma, dicha toma comprende al menos una entrada para recibir el condensado producido en el condensador (102) y dicho concentrador (106) comprende al menos dos extremos de descarga comprendiendo al menos una salida, en donde al menos uno de los al menos dos extremos de descarga comprende al menos una salida para el concentrado conectada con el condensador (102), dicho concentrador (106) se puede hace funcionar a una temperatura igual o menor que 80°C, y a una presion igual o menor que 5.000 Pa (500 mbar),

en donde el condensador (102) esta conectado a una de las salidas para el concentrado de dicho concentrador (106).
12. Aparato de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que el concentrador (106) es un evaporador.
13. Aparato de acuerdo con la reivindicacion 11 o 12, en el que se situa un reactor para producir un vapor de 5 pirolisis antes del condensador (102), dicho reactor comprende al menos una toma y al menos un extremo de

descarga, dicha al menos una toma comprende al menos una entrada y dicho al menos un extremo de descarga comprende al menos una salida para dicho vapor y donde el condensador (102) esta conectado con dicha salida para dicho vapor de dicho reactor para obtener la separacion de los gases no condensables del condensado.
14. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el condensador (102) 10 esta conectado a una de las salidas para el concentrado de dicho concentrador (106) en donde la conexion esta

localizada en la parte superior de dicho condensador para pulverizar el concentrado obtenido en el concentrador (106).