ES2935587T3

ES2935587T3 - Método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de material de biomasa y método para producir carburo

Info

Publication number: ES2935587T3
Application number: ES17795768T
Authority: ES
Inventors: Kazunori Iwabuchi; Takanori Itoh; Kumpei Ota; Katsumori Taniguro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: JPWO2017195407A1; US20190093018A1; CN109153050A; WO2017195407A1; EP3446798B1; JP6374632B2; CN109153050B; EP3446798A4; EP3446798A1; US11542436B2

Abstract

[Problema] Proporcionar: un nuevo método de tratamiento de carbonización para carbonizar un material de biomasa que contiene una gran cantidad de agua a una temperatura extremadamente baja; y un método para producir un carburo. [Solución] Un material de biomasa que contiene agua se carboniza mientras se mantiene el material de biomasa en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera que contiene oxígeno y un rango de temperatura de 70 °C o superior e inferior a 100 °C, sin necesidad de someter el material de biomasa a una etapa de secado para eliminar o reducir el agua a la fuerza. En este proceso, se prefiere que el contenido de agua (en porcentaje) en el material de biomasa en un punto de tiempo en el que comienza la carbonización del material de biomasa mientras se mantiene el material de biomasa en las condiciones de tratamiento antes mencionadas sea del 40 al 80% inclusive. , y es más preferible que el mantenimiento mencionado anteriormente se lleve a cabo durante dos semanas o más. Como material de biomasa, al menos un material de biomasa seleccionado de un material de biomasa de tipo material de desecho, por ejemplo, un material de desecho derivado de alimentos, un excremento de ganado, un material de desecho derivado de productos agrícolas, un material de desecho derivado de mariscos y se puede utilizar un material de desecho derivado de productos forestales y un material de biomasa derivado de plantas (cosecha cultivada). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de material de biomasa y método para producir carburo

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método capaz de carbonizar parcialmente un material de biomasa de un sistema de residuos o un sistema vegetal (un cultivo) a una temperatura extremadamente baja, y un método para producir carburo.

Antecedentes de la técnica

En los últimos años, se han sometido a tratamiento de compostaje o a tratamiento de carbonización una gran cantidad de desechos orgánicos, y se han reducido a mantillo para su uso como recurso. Entre tales desechos orgánicos, las heces de ganado, la basura bruta y similares (en lo sucesivo denominados colectivamente "heces de ganado, etc."), de los que se espera la mayor recuperación de recursos, a menudo se encuentran en lo que se denomina estado fangoso debido a la gran cantidad de agua que contienen cuando se generan. En particular, cuando se someten las heces del ganado, etc., a un tratamiento de carbonización y se utilizan como recurso agrícola o industrial, una cantidad tan grande de agua se vuelve problemática y requiere un proceso de disminución del agua. Sin embargo, en un dispositivo para tratamiento de carbonización convencional, debido a que el tratamiento de carbonización después de que los desechos que contienen una gran cantidad de agua hayan sido secados hasta un determinado punto por calentamiento, surge el problema del gran consumo de combustible que se realiza para dicho calentamiento, liberando una cantidad significativa de gases de combustión que contienen sustancias nocivas, contaminantes de la atmósfera, y similares.

En el documento 1 de patente se propone como dispositivo para tratamiento de carbonización, con el fin de reducir el consumo de combustible requerido para el tratamiento de carbonización, un dispositivo que comprende una parte de secado para disminuir el contenido de agua mediante el calentamiento de los desechos, una parte de carbonización para cocer y carbonizar los desechos secos, una parte de suministro de calentamiento mediante gas de destilación seca para calentar y suministrar a la parte de secado un gas de destilación seca generado en la parte de carbonización, y una cámara tubular de calentamiento para carbonización, y similares.

También en el documento 2 de patente, como dispositivo para reducir el consumo de combustible requerido para el tratamiento de carbonización de un objeto tratado, se propone un dispositivo que comprende un horno de secado para calentar y secar las heces de ganado, una tolva para alimentar las heces de ganado a un interior de una parte de secado, un horno de carbonización para calentar y carbonizar mediante un calentador eléctrico las heces de ganado secadas en la parte de secado, comunicado con la parte de secado, una cámara de calentamiento de gas de destilación seca para calentar un gas de destilación seca generado en el horno de carbonización por el calor de combustión de los desechos y generar gas caliente para el secado en el horno de secado, provisto integralmente con un horno calefactor para incineración que incinera los desechos, un conducto de suministro de gas caliente que conecta la cámara de calentamiento de gas de destilación seca con el horno de secado e introduce gas caliente desde la cámara de calentamiento de gas de destilación seca hacia el horno de secado, y un conducto de gas de destilación seca que conecta el horno de carbonización con la cámara de calentamiento de gas de destilación seca e introduce el gas de destilación seca generado en el horno de carbonización a la cámara de calentamiento de gas de destilación seca.

Para disminuir el consumo de combustible requerido en el tratamiento de carbonización, los dispositivos para tratamiento de carbonización propuestos en los documentos 1 y 2 de patente utilizan un gas de destilación seca generado durante el paso de tratamiento. Por otra parte, en la sección de antecedentes técnicos del documento 3 de patente, como medio para reducir el contenido de agua de las heces del ganado, etc., que contienen una gran cantidad de agua, se describe un método para reducir el contenido de agua mediante la aplicación de energía térmica, soplado con aire, o similar, a las heces del ganado, etc., y un método para disminuir el agua mezclando subproductos agrícolas tales como serrín, paja de arroz y cascarilla de arroz con desechos orgánicos.

Un anónimo (https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrothermal-carbonization) ofrece una descripción general de la carbonización hidrotérmica.

El documento EP 2486989 A1 describe un método para tratar material de biomasa que puede lograr disminución de volumen o carbonización del material de biomasa a un coste extremadamente bajo. El método de tratamiento de material de biomasa para lograr disminución de volumen o carbonización de uno o más tipos de material de biomasa que se seleccionan entre restos de alimentos, excrementos de ganado, productos de desecho agrícolas, productos de desecho marinos y productos de desecho forestales, en un recipiente presurizable y calefactable, incluye: disponer el material de biomasa en el recipiente; establecer unas condiciones iniciales en el recipiente después de disponer el material de biomasa, donde las condiciones iniciales incluyen la totalidad de (a) una atmósfera con contenido de oxígeno en el recipiente, (b) un intervalo de temperatura en el recipiente que es igual o mayor que 55 °C e igual o menor que 80 °C, (c) un intervalo de presión en el recipiente que es igual o mayor que la presión atmosférica a igual o menor que 15 veces la presión atmosférica y (d) una concentración de monóxido de carbono que es igual o mayor que 100 ppm; aumentar la temperatura del material de biomasa por encima de 80 °C en las condiciones iniciales; establecer unas condiciones de continuación después de iniciar el incremento de la temperatura de la biomasa a más de 80 °C en las condiciones iniciales, donde las condiciones de continuación incluyen que (i) la atmósfera del recipiente contenga oxígeno, (ii) el intervalo de presión en el recipiente sea igual o mayor que la presión atmosférica e igual o menor que 15 veces la presión atmosférica y (iii) la concentración de monóxido de carbono en el recipiente sea igual o mayor que 100 ppm; y mantener las condiciones de continuación, con el fin de que la temperatura del material de biomasa aumente espontáneamente por encima de al menos 150 °C, y lograr disminución de volumen o carbonización del material de biomasa.

El documento JP 2001 019580 A se refiere al problema de eliminar la necesidad de un tratamiento desodorizante, y compostar un desecho orgánico sin utilizar energía eléctrica, mezclando el desecho orgánico con un grupo de microorganismos fotofílicos/termofílicos, vertiendo la mezcla resultante en una cámara herméticamente cerrada, aplicando una energía lumínica a los desechos orgánicos y fermentando y fotolizando el desecho orgánico. Como solución al problema, el documento describe que se obtiene un aparato para el tratamiento de compostaje formando una cámara herméticamente cerrada de sección transversal en forma de rectángulo horizontal con una pared periférica, una pared de techo y una pared de suelo, y dividiendo con tabiques la cámara herméticamente cerrada en una primera cámara de tratamiento, una segunda cámara de tratamiento y una tercera cámara de tratamiento. Se apila inicialmente en la primera cámara de tratamiento una mezcla preparada mezclando una basura con bacterias KN, para preparar bacterias iniciadoras, mientras se repite la agitación con gas y la dispersión de un líquido fotolítico y de fermentación. Después se mezcla la basura con las bacterias iniciadoras y se apila en la segunda cámara de tratamiento y en la tercera cámara de tratamiento y se realiza el tratamiento de compostaje mientras se repite de manera similar la agitación con gas y la dispersión del líquido fotolítico y de fermentación. En este punto, se utiliza la luz del sol como energía lumínica para la emisión de luz y la fotólisis.

El documento JP H08 132008 A se refiere al problema de proporcionar un dispositivo para tratamiento de carbonización de desechos orgánicos en el cual, dado que se evapora agua contenida en los desechos orgánicos y también se carbonizan los mismos para disminuir drásticamente su peso, la eliminación de los mismos sea fácil y se aplique ampliamente a desechos orgánicos que han sido difíciles de descomponer y fermentar, y también se utilice en instalaciones dentro de zonas urbanas por que no genera malos olores. Como solución al problema, el documento describe que en un recipiente de tratamiento para albergar termófilos que absorben un contenido de nitrógeno y generan calor por sí mismos, y desechos orgánicos a tratar, tales como basura, se instala un dispositivo de agitación y asimismo un compresor para aportar nitrógeno gaseoso al recipiente de tratamiento. En el recipiente de tratamiento se instalan un controlador para controlar el compresor, con el fin de ajustar la cantidad de aporte de nitrógeno gaseoso, y también un sensor de temperatura conectado al controlador.

El documento US 4,139,640 A describe un método de compostaje que produce la digestión aeróbica completa y la pasteurización de materiales de desecho orgánicos sólidos, procedentes de animales y también de otros tipos, método que se lleva a cabo en un recipiente de compostaje alargado y con la parte superior abierta, para producir un fertilizante orgánico sin olor y pasteurizado, cobertura orgánica o suplemento alimenticio para animales.

Documentos de patente

Documento 1 de patente: solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° H11-323346

Documento 2 de patente: solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2007-105605

Documento 3 de patente: solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2011 -98330

Compendio de la invención

Problemas que ha de resolver la invención

En cada uno de los documentos de patente arriba descritos se proponen medios para reducir el coste de la combustión requerida para la disminución del agua, y el tratamiento de carbonización de heces de ganado, etc., que contienen una gran cantidad de agua se realiza disminuyendo primeramente el agua y calentando después.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un novedoso método de tratamiento de carbonización parcial para carbonizar parcialmente a una temperatura extremadamente baja un material de biomasa de un sistema de residuos o un sistema vegetal (un cultivo) que contenga una gran cantidad de agua, y un método para producir carburo.

Medios para resolver los problemas

Los presentes inventores, cuando trabajaban con heces de ganado que contenían una gran cantidad de agua en el curso del estudio de métodos de tratamiento de carbonización de un material de biomasa de un sistema de residuos o un sistema vegetal (un cultivo), descubrieron de manera no intencional que un material de biomasa mantenido a una temperatura que no llega a 100 °C se carbonizaba naturalmente. La presente invención ha sido completada basándose en estos hallazgos.

En consecuencia, la presente invención proporciona el método de tratamiento de carbonización parcial de un material de biomasa definido en la reivindicación 1. En la reivindicación 2 se define una realización preferida del mismo. La invención también proporciona el método para producir un carburo definido en la reivindicación 3.

De acuerdo con la presente invención, se puede carbonizar el material de biomasa que contiene agua manteniendo simplemente el material de biomasa en las condiciones de tratamiento definidas en la reivindicación 1, sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua, tal como existe en la técnica relacionada. Se ha hallado que la carbonización parcial (en lo sucesivo denominada simplemente "carbonización") que se produce mientras se mantiene el material de biomasa bajo tales condiciones de tratamiento progresa debido a una reacción de oxidación que ocurre entre el oxígeno y el material de biomasa, y promueve la reacción de carbonización debido al agua contenida en el material de biomasa. Este método de tratamiento de carbonización no necesita el gran equipo requerido para el secado y no consume grandes cantidades de energía eléctrica, lo que permite carbonizar parcialmente el material de biomasa a un coste bajo.

En el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención, al comienzo de la carbonización el material de biomasa tiene un contenido (porcentaje) de agua dentro de un intervalo de 40 a 80 %, inclusive, mientras se mantiene la biomasa bajo las condiciones de tratamiento. De acuerdo con la presente invención, en la carbonización del material de biomasa mantenido a una temperatura ultrabaja, el contenido de agua del material de biomasa al comienzo del tratamiento de carbonización está dentro del intervalo arriba descrito.

En el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención, se mantiene así el material de biomasa durante al menos dos semanas. De acuerdo con la presente invención, se mantiene así el material de biomasa durante al menos dos semanas, lo que permite que la carbonización del material de biomasa progrese de una manera estable.

En el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención, el material de biomasa es un material o una mezcla de dos o más materiales seleccionados de materiales de biomasa residuales y materiales de biomasa vegetal (de cultivos), a saber, desechos alimentarios, excrementos de ganado, desechos agrícolas y desechos marinos. De acuerdo con la presente invención, el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja según la presente invención se puede aplicar a estos diversos tipos de materiales de biomasa.

En el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención, se almacena el material de biomasa en un recipiente que comprende un cuerpo principal de recipiente cubierto con una tapa, una abertura de entrada y una abertura de escape para aire u oxígeno desde el exterior, preferiblemente se almacena el material de biomasa en un recipiente que comprende una abertura abierta al aire y un controlador de temperatura para mantener el material de biomasa en las condiciones de tratamiento. De acuerdo con la presente invención, se almacena el material de biomasa en el recipiente que comprende una abertura abierta al aire y preferiblemente un controlador de temperatura, lo que permite lograr una atmósfera con contenido de oxígeno y condiciones de temperatura, y así iniciar y hacer progresar la carbonización del material de biomasa de una manera estable.

El método para producir carburo según la presente invención es un método para producir carburo utilizando el método de tratamiento de carbonización parcial a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención descrito en lo que antecede, comprendiendo el método los pasos de preparar un material de biomasa que contiene agua y tratar el material de biomasa así preparado en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C, sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua.

Efecto de la invención

De acuerdo con la presente invención, es posible proporcionar un método novedoso de tratamiento de carbonización para carbonizar un material de biomasa de un sistema de residuos o un sistema vegetal (un cultivo) que contenga una gran cantidad de agua, a una temperatura extremadamente baja, y un método para producir carburo.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista explicativa que ilustra un ejemplo de un método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención.

La figura 2A es una imagen de heces de vaca antes del tratamiento, y las figuras 2B a 2D son imágenes de las heces de vaca después del tratamiento en los experimentos 2 a 4.

La figura 3A es una imagen de las heces de vaca después del tratamiento en el experimento 1, y la figura 3B es una imagen de las heces de vaca después del tratamiento en el experimento 3.

La figura 4 es una gráfica que muestra los resultados de pérdida de peso de un material de biomasa durante el tratamiento de carbonización en los experimentos 1 y 3.

La figura 5 es una gráfica que muestra la tasa de producción de dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno por unidad de masa de un material de biomasa durante el tratamiento de carbonización en el experimento 1.

La figura 6 es una gráfica que muestra la tasa de producción de dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno por unidad de masa de un material de biomasa durante el tratamiento de carbonización en el experimento 3.

Las figuras 7A a 7C son imágenes de muestras después del tratamiento en los experimentos 6, 7 y 9.

Realizaciones de la invención

A continuación se describen con detalle, haciendo referencia a los dibujos, un método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa y un método para producir carburo según la presente invención. Obsérvese que la realización que sigue es un ejemplo preferido de la presente invención, pero la interpretación de la presente invención no está limitada a esa realización.

[Método de tratamiento de carbonización parcial a temperatura ultrabaja de material de biomasa]

El método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención es un método novedoso para carbonizar parcialmente un material de biomasa que contiene una gran cantidad de agua, a una temperatura extremadamente baja. El método comprende un paso de carbonizar un material de biomasa que contiene agua mientras se mantiene el material de biomasa en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C, sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua tal como se define adicionalmente en la reivindicación 1.

Este método se basa en un descubrimiento no intencional cuando se trabajaba con heces de ganado que contenían una gran cantidad de agua en el curso del estudio de métodos de tratamiento de carbonización de un material de biomasa. Según este descubrimiento, un material de biomasa mantenido a una temperatura que no alcanzaba 100 °C (una temperatura baja que se consideraba improbable como temperatura de tratamiento de carbonización; denominada "temperatura ultrabaja" en la presente solicitud) se carbonizó de forma natural. De acuerdo con la presente invención, se puede carbonizar un material de biomasa que contenga agua simplemente manteniendo el material de biomasa en las condiciones de tratamiento descritas en lo que antecede y, por lo tanto, no es necesario incluir un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua, tal como existe en la técnica relacionada. Se ha hallado que la carbonización que ocurre mientras se mantiene el material de biomasa bajo tales condiciones de tratamiento progresa debido a una reacción de oxidación que se produce entre el oxígeno y el material de biomasa, y promueve la reacción de carbonización por el agua contenida en el material de biomasa. En consecuencia, el método de tratamiento de carbonización de la presente invención (denominado "método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja") no necesita el gran equipo requerido para el secado y no consume grandes cantidades de energía eléctrica, lo que permite carbonizar el material de biomasa a un coste bajo.

Se ofrece a continuación una descripción de los componentes del método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa. Obsérvese que, salvo que se especifique otra cosa, "%'' (porcentaje) de contenido de agua se refiere a "% en peso” (“% en masa").

(Material de biomasa)

El material de biomasa es un material de biomasa según se define en la reivindicación 1, que contiene una gran cantidad de agua, tal como un material de biomasa residual o un material de biomasa vegetal (de cultivos), por ejemplo. Más específicamente, el material de biomasa incluye un material o una mezcla de dos o más materiales seleccionados de materiales de biomasa residuales y materiales de biomasa vegetal (de cultivos), a saber, desechos alimentarios, excrementos de ganado, desechos agrícolas y desechos marinos. Los ejemplos específicos de los materiales de biomasa residuales incluyen desechos alimentarios (residuos alimentarios) tales como basura bruta, excrementos de ganado (heces y orina) tales como heces de vaca, de cerdo y de caballo, desechos agrícolas tales como productos excedentes, descartes de clasificación y subproductos de procesamiento (salvado de arroz y similares), y desechos marinos tales como productos marinos en exceso y basura de procesamiento. Estos materiales de biomasa residuales y materiales de biomasa vegetal (de cultivos) pueden consistir en un único material o en una mezcla de una pluralidad de tipos.

El material de biomasa residual puede ser un material compostado o similar, siempre que el material sea de origen biológico. Obsérvese que el término "desecho" incluye naturalmente materias que realmente se descartan, pero también incluye materias que se pueden utilizar en otras aplicaciones, aunque inicialmente se descarten. Por ejemplo, la materia obtenida mediante el compostaje de desechos o similares, incluso aunque estos se consideren desechos antes del compostaje, puede ser útil y dejar de considerarse un desecho después del compostaje. En la presente invención, el término "desecho" también expresa tales casos.

Obsérvese que, en general, "biomasa" es un término que expresa una cantidad (masa) de recursos biológicos (bio), y se refiere a "recursos orgánicos renovables de origen biológico (excluidos los combustibles fósiles)". Además, la biomasa residual se refiere a recursos orgánicos tales como desechos industriales (licor negro y astillas de madera) descargados en un proceso tal como la fabricación de papel, desechos y subproductos (cáscara de arroz, heces de vaca y similares) descargados en procesos agrícolas, forestales y procesos industriales ganaderos, y desechos generales (basura, aceite de cocina usado y similares), mientras que la biomasa vegetal (de cultivos) se refiere a los recursos orgánicos utilizados en la conversión de plantas tales como la caña de azúcar y la semilla de colza en alcohol combustible y similares. Los "materiales de biomasa" utilizados en la presente invención son recursos orgánicos renovables de origen biológico (excluyendo los combustibles fósiles), y se refieren tanto a biomasa residual como a biomasa vegetal (de cultivos).

Los materiales de biomasa contienen grandes cantidades de agua. El contenido (porcentaje) de agua de un material de biomasa al inicio de la carbonización mientras se mantiene en las condiciones de tratamiento de carbonización (cuando se aporta el material de biomasa para el tratamiento de carbonización; lo mismo en lo sucesivo) se sitúa dentro de un intervalo de 40 a 80 %, inclusive. Con el material de biomasa, mantenido en las condiciones de tratamiento de carbonización, dentro de este intervalo de contenido de agua es posible iniciar y posteriormente hacer progresar la carbonización del material de biomasa. El contenido de agua del material de biomasa puede evaluarse pesando antes y después de secar el material de biomasa extraído.

Obsérvese que solamente es necesario que el contenido de agua esté dentro del intervalo descrito en lo que antecede al comienzo del suministro para el tratamiento de carbonización, y que un cuerpo seco o un cuerpo sustancialmente seco en el cual el material de biomasa tenga un contenido de agua inferior a 40 % se puede utilizar como material de biomasa suministrado para el tratamiento de carbonización si se añade agua y se incrementa el contenido de agua a 40 % o más. Por otra parte, un cuerpo fangoso en el cual el material de biomasa tiene un contenido de agua superior a 80 % se puede utilizar como material de biomasa suministrado para el tratamiento de carbonización si se deja el material (se deja que el material se seque de manera natural), o algo similar, hasta que el agua disminuya hasta 80 % o menos. Obsérvese que los ejemplos de secado natural incluyen el secado al sol, la ventilación, la dispersión y similares, y el secado puede realizarse mediante soplado con aire según sea necesario.

Se pueden mezclar con el material de biomasa otros desechos dentro de un intervalo que no inhiba la carbonización de la presente invención. Los ejemplos de otros materiales de biomasa incluyen materiales plásticos (decoraciones de fiesta, anillas de latas, chapas de botellas, pajitas, cintas de goma, material de embalaje y similares), productos de papel, productos de madera (palillos chinos desechables, mondadientes y similares) y similares, que se desechan fácilmente con la basura bruta de los hogares.

(Condiciones de tratamiento)

En el tratamiento de carbonización de la presente invención, se mantiene el material de biomasa que contiene agua en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos 100 °C, sin un paso de secado para calentar a aproximadamente 500 °C, por ejemplo, con el fin de eliminar o disminuir forzadamente el agua contenida en el material de biomasa, tal como existe en la técnica relacionada. La carbonización avanza en ese momento debido a la reacción de oxidación que se produce entre el oxígeno y el material de biomasa dentro del intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C, promoviendo y haciendo progresar la reacción de carbonización por el agua contenida en el material de biomasa.

El tratamiento de carbonización se inicia y se hace progresar en una atmósfera con contenido de oxígeno. Tal como se ilustra en los ejemplos experimentales (figura 5 y figura 6) descritos más adelante, dado que la tasa de producción de dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno están proporcionalmente relacionadas, presumiblemente, una vez que se produce la reacción de oxidación entre el material de biomasa y el oxígeno para producir dióxido de carbono, la tasa de absorción de oxígeno aumenta en la medida en la que se produce dióxido de carbono, lo que hace progresar la carbonización. La atmósfera con contenido de oxígeno, aunque no está particularmente limitada en tanto que contenga oxígeno, normalmente puede ser una atmósfera abierta al aire. Es necesario que esté presente oxígeno continuamente mientras la carbonización progresa. Solo es necesario que el contenido de oxígeno sea el nivel contenido en la atmósfera (aproximadamente 21 %). El oxígeno puede estar contenido simplemente a un nivel que permita que se produzca y se mantenga una reacción de oxidación entre el oxígeno y el material de biomasa (varios tantos por ciento de oxígeno). Por otra parte, en una atmósfera sin contenido de oxígeno no se produce una reacción de oxidación del material de biomasa, y la carbonización no puede progresar.

Solamente es necesario que la temperatura del tratamiento de carbonización esté dentro del intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C descrito en lo que antecede, incluso aunque exista fluctuación dentro de ese intervalo. Con los resultados obtenidos a 80 °C y 90 °C que se muestran en los ejemplos experimentales descritos más adelante, se ha confirmado el avance de la carbonización dentro del intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C. Esto no significa necesariamente que la carbonización no progrese incluso cuando la temperatura sea inferior a 70 °C, pero es posible que el agua no disminuya fácilmente y que la carbonización no progrese fácilmente, requiriendo un tiempo significativo para la carbonización y haciendo que dicha temperatura no sea muy económica. Por otra parte, a una temperatura de 100 °C o superior el agua se evapora inmediatamente, lo que hace que el material de biomasa se seque y la reacción de carbonización deje de progresar y se detenga. Por lo tanto, aunque se requiere oxígeno y una cierta cantidad de agua (un contenido de agua de 40 a 80 %, inclusive) a la temperatura descrita en lo que antecede (70 °C o más y menos de 100 °C) al comienzo de la carbonización, la reacción de carbonización no progresará adecuadamente si el agua disminuye lentamente y el contenido de agua descrito más arriba al comienzo de la carbonización permanece tal cual durante un largo período de tiempo. Preferiblemente, como se describirá más adelante, la reacción de carbonización progresa a medida que el agua al comienzo de la carbonización (contenido de agua de 40 a 80 %, inclusive) disminuye gradualmente por evaporación o similar durante un período de mantenimiento de dos semanas o más, formando finalmente un carburo seco (con un contenido de agua de 5 % o inferior, por ejemplo). Por otra parte, si el agua se evapora inmediatamente, o similar, y se seca antes de que transcurra un período de mantenimiento de dos semanas o más, la reacción de oxidación se ralentiza y ya no se produce carbonización. Así pues, la reacción de oxidación continúa y la carbonización progresa cuando el agua disminuye gradualmente (no rápidamente) dentro del intervalo de temperatura descrito en lo que antecede durante un período de mantenimiento de dos semanas o más.

La temperatura descrita en lo que antecede se mantiene calentando una vasija de reactor que almacena el material de biomasa tal como se ilustra en la figura 1, por ejemplo. El calentamiento se puede realizar mediante un calentador eléctrico, con vapor suministrado desde una caldera o similar, o mediante el uso de calor procedente de otras fuentes de calor. Obsérvese que se puede mantener la temperatura mediante el calor producido por una reacción microbiana en el material de biomasa. La reacción microbiana que ocurre como resultado de que el material de biomasa entre en contacto con oxígeno genera una temperatura de aproximadamente 70 a 80 °C y, por lo tanto, una vez que la reacción microbiana genera calor, también es posible mantener la temperatura mediante el calor generado por la reacción microbiana, y continuar el tratamiento de carbonización sin calentar o calentando solo ligeramente con un calentador eléctrico o similar.

El período de mantenimiento del tratamiento de carbonización es al menos dos semanas. Aunque el período de mantenimiento también difiere dependiendo de la temperatura de tratamiento, es posible hacer progresar la reacción de oxidación y la carbonización de una manera estable si se mantiene el material durante al menos dos semanas dentro del intervalo de 70 °C o más y menos de 100 °C. Obsérvese que este período de mantenimiento de dos semanas no es un período que permita la formación de carburo tras la carbonización completa del material de biomasa (100 % carburo), sino que es un período que permite la estabilización del tratamiento de carbonización y una carbonización parcial, pero no completa. Dentro del intervalo de 70 °C o más y menos de 100 °C, si la temperatura se acerca a 70 °C, el grado de disminución de agua decrece y la carbonización progresa lentamente, alargando el período de mantenimiento. Por otra parte, si la temperatura se acerca a 100 °C se favorece la carbonización, acortando el período de mantenimiento.

Obsérvese que el límite superior del período de mantenimiento difiere dependiendo del contenido de agua, de la temperatura de tratamiento, del entorno de mantenimiento (contenido de oxígeno, grado de disminución de agua y similares) y, por lo tanto, no está particularmente limitado. No obstante, el período de mantenimiento se alarga cuando la temperatura es baja y se acorta cuando la temperatura es alta, tal como se ilustra en los ejemplos experimentales que se describen más adelante, por ejemplo. Por ejemplo, el límite superior está dentro de un intervalo de tres semanas (21 días) a 12 semanas (84 días) en los ejemplos experimentales, pero puede ser dos semanas cuando el período de mantenimiento se refiere a una carbonización parcial en la que el grado de carbonización es bajo, y puede superar 12 semanas cuando el período de mantenimiento se refiere a una carbonización acrecentada. Cuando se puede realizar lentamente la carbonización durante un largo período de tiempo, el período de mantenimiento puede durar, por ejemplo, varios meses o más (por ejemplo, seis meses, 12 meses o similar).

La carbonización a temperaturas ultrabajas no puede progresar con un material de biomasa que no contenga agua, y tampoco puede progresar adecuadamente cuando el agua en el material de biomasa disminuye abruptamente o se elimina en un corto período de tiempo. Además, cuando la temperatura supera 100 °C, el agua del material de biomasa se evapora fácilmente y se elimina rápidamente. Además, a presión atmosférica, la carbonización no puede progresar en un entorno de temperatura de 160 °C o menos, en el que no se produce la combustión espontánea. Así, en el tratamiento de carbonización de la presente invención, está presente agua hasta que la reacción de carbonización se ha completado dentro del intervalo de las condiciones de tratamiento descritas en lo que antecede, dicho de otro modo, la reacción de carbonización progresa en presencia de agua.

En las condiciones de tratamiento descritas en lo que antecede, la carbonización continúa mientras el material de biomasa contenga agua. Solamente se necesita que el contenido (porcentaje) de agua requerido para tal continuación sea al menos 5 %. Con un material de biomasa que tenga un contenido de agua de al menos 5 %, la carbonización progresa en las condiciones de tratamiento descritas en lo que antecede.

Si el contenido de agua en el material de biomasa llega a aproximadamente 5 % o menos en la fase final de carbonización, con el tratamiento de carbonización de la presente invención es posible que no se forme un carburo en el cual los componentes orgánicos del material de biomasa estén carbonizados al 100 %. Cuando el grado de carbonización es bajo, el contenido de agua en el material de biomasa puede ser superior, por ejemplo 10 % o 20 %. Por otra parte, cuando el grado de carbonización es alto, el contenido de agua en el material de biomasa es bajo, por ejemplo 10 %, 5 % o inferior. Para formar carburo que esté carbonizado al 100 %, preferiblemente el período de mantenimiento es aún más largo y, aunque también depende de la temperatura de tratamiento y del contenido de agua, preferiblemente el período de mantenimiento dura siete semanas o más, por ejemplo. Obsérvese que, tal como se describe en la sección acerca del período de mantenimiento, el límite superior de este tiempo se ve afectado por el contenido de agua, la temperatura de tratamiento y el entorno de mantenimiento (contenido de oxígeno, grado de disminución de agua y similares) y puede ascender, por ejemplo, a varios meses o más (por ejemplo, seis meses, 12 meses o similar), dependiendo del grado de carbonización.

Por otra parte, incluso con un objeto tratado que no sea carburo carbonizado al 100 %, existe la ventaja de lograr una reducción significativa en el peso o el volumen del material de biomasa. Dicho objeto tratado se ha secado en cierta medida y ha disminuido de peso o volumen por la bajada del contenido de agua, lo que facilita el transporte. En consecuencia, es posible trasladar el objeto a otra ubicación o a una vasija de tratamiento y realizar un tratamiento de carbonización posterior o similar una vez más. Aunque la manera en la que hay que tratar el material de biomasa debe considerarse dentro de un esquema de tratamiento global, lo que antecede ofrece la ventaja de que el método de tratamiento de carbonización de la presente invención puede ser incorporado como método extremadamente flexible y simple dentro de dicho esquema global de tratamiento.

Como se ha descrito anteriormente, la carbonización de un material de biomasa que contiene agua se puede llevar a cabo mientras se mantiene el material de biomasa durante un largo período de tiempo a una temperatura ultrabaja inferior a 100 °C, en una atmósfera con contenido de oxígeno. En consecuencia, sin necesidad del gran equipo requerido para el secado y sin consumir grandes cantidades de energía eléctrica, se puede llevar a cabo la carbonización del material de biomasa a un coste bajo.

(Vasija de tratamiento, otra)

En el método según la presente invención, se almacena el material de biomasa en un recipiente que comprende un cuerpo principal de recipiente cubierto con una tapa, una abertura de entrada y una abertura de escape para aire u oxígeno desde el exterior. Los ejemplos de vasija de tratamiento, tal como se ilustra en la figura 1, incluyen preferiblemente una vasija 1 de reactor que comprende un dispositivo calefactor 6 para mantener un material 10 de biomasa dentro del intervalo de temperatura descrito en lo que antecede, y una abertura abierta al aire (una abertura 4 de entrada y una abertura 5 de escape). Con una vasija 1 de reactor de este tipo, es posible realizar de una manera estable la carbonización del material 10 de biomasa.

Tal como se ilustra en la figura 1, la vasija 1 de reactor comprende un cuerpo principal 2 de recipiente y una tapa 3, y comprende además la abertura 4 de entrada y la abertura 5 de escape para aire u oxígeno del exterior. La forma estructural de esta vasija 1 de reactor no está particularmente limitada a la ilustrada en la figura 1, siempre que la vasija pueda mantener al menos una temperatura dentro del intervalo de 70 °C o más y menos de 100 °C y se puedan introducir y descargar aire u oxígeno. El cuerpo principal 2 de recipiente y la tapa 3 pueden poderse cerrar herméticamente, o no. El tamaño y la forma de la abertura 4 de admisión y la abertura 5 de escape no están particularmente limitados siempre que se puedan introducir aire u oxígeno en el recipiente 1 de reactor, y descargarse del mismo.

El material 10 de biomasa se almacena en la vasija 1 de reactor. El material 10 de biomasa puede almacenarse tal cual en la vasija 1 de reactor, o bien se puede disponer en la vasija 1 de reactor después de haber sido introducido en un recipiente 11 de almacenamiento, tal como se ilustra en la figura 1. El material, tamaño, forma y similares del recipiente 1 de reactor, así como el material, tamaño, forma y similares del recipiente 11 de almacenamiento no están particularmente limitados, y se pueden diseñar según se desee de acuerdo con la cantidad de tratamiento y la forma de uso del material 10 de biomasa. Obsérvese que el número 12 de referencia indica un soporte para el recipiente 11 de almacenamiento.

La vasija 1 de reactor está dotada del dispositivo calefactor 6 que permite calentar a la temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C descrita en lo que antecede. El dispositivo calefactor 6 puede ser un dispositivo calefactor que utilice un calentador eléctrico, un dispositivo calefactor con tubería de introducción para vapor suministrado desde una caldera o similar, o un dispositivo calefactor que utilice calor procedente de otra fuente de calor.

El tratamiento de carbonización de la presente invención puede emplearse en diversas aplicaciones y controlarse según se desee. Por ejemplo, se puede volver a hacer progresar el tratamiento de carbonización añadiendo agua al material de biomasa y ajustando posteriormente el material de biomasa otra vez a una temperatura predeterminada (70 °C o más y menos de 100 °C). Por otra parte, cuando es preciso detener el tratamiento de carbonización, se puede disminuir de manera forzada el agua contenida en el material de biomasa. Con el tratamiento de carbonización de la presente invención, se puede hacer progresar y detener la carbonización controlando las condiciones de tratamiento, lo que da como resultado un grado de libertad significativamente grande en el método de tratamiento. Como medio para controlar las condiciones del tratamiento, se puede detener o retardar la carbonización rebajando la temperatura a menos de 70 °C, deteniendo el suministro de oxígeno, aumentando la temperatura a 100 °C o más para evaporar y eliminar el agua, o mediante acciones similares. Por otra parte, se puede reiniciar la carbonización haciendo que la temperatura vuelva a 70 °C o más y menos de 100 °C, reiniciando el suministro de oxígeno, añadiendo agua, o mediante acciones similares. El tratamiento de carbonización de la presente invención, al permitir el libre control de la detención y reinicio de la carbonización, permite modificar libremente el período de carbonización, cambiar el lugar de carbonización y reducir el peso o volumen de carbonización en la fase preliminar.

[Método para producir carburo]

El método para producir carburo según la presente invención es un método para producir carburo utilizando el método de tratamiento de carbonización parcial a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención descrito en lo que antecede. Así, el método comprende los pasos de preparar un material de biomasa que contiene agua (paso de preparación), y tratar el material de biomasa así preparado en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C (paso de tratamiento), sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua.

Estos pasos se describen en la sección de descripción del método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención descrito en lo que antecede y, por lo tanto, se omitirán las descripciones repetitivas de los mismos.

El objeto tratado, tratado en el paso de tratamiento, se obtiene por carbonización parcial del material de biomasa. “Carbonización parcial” se refiere a no carbonizar el material de biomasa en su totalidad hasta carbón vegetal. Por otra parte, "carbonización completa" se refiere a carbonizar el material de biomasa en su totalidad hasta carbón vegetal. En el método para producir carburo según la presente invención, se puede efectuar una carbonización parcial seguida de una carbonización completa empleando otro método. Los ejemplos del otro método incluyen un método en el cual la carbonización se efectúa utilizando el calor de una energía renovable tal como biogás, o similar.

Obsérvese que la carbonización parcial, aunque no da como resultado un carburo carbonizado al 100 %, puede lograr una disminución significativa del peso o el volumen del material de biomasa y, por lo tanto, también resulta ventajosa desde esa perspectiva. Un objeto tratado, con un peso o volumen reducido de material de biomasa, se transporta fácilmente y, por lo tanto, se le puede trasladar a otra ubicación o a un recipiente de tratamiento, y someterlo otra vez a un tratamiento posterior de carbonización o similar.

Ejemplos

A continuación se describe adicionalmente y con mayor detalle el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención, recurriendo a ejemplos experimentales.

[Experimento 1]

Se utilizaron como muestra experimental heces de vaca tomadas de un establo (con un contenido de agua de 60 % sobre base húmeda, 200 g). Se introdujo la muestra en el recipiente 11 de almacenamiento hecho de acero inoxidable ilustrado en la figura 1, se dispuso el recipiente 11 de almacenamiento en la vasija 1 de reactor y se cubrió la vasija 1 de reactor con la tapa 3. Esta vasija 1 de reactor comprende la abertura 4 de entrada y la abertura 5 de escape para aire. La vasija 1 de reactor está dotada del dispositivo calefactor 6, lo que permite mantener el interior de la vasija 1 de reactor a una temperatura constante. Se ajustó a 80 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y, con las aberturas de entrada y escape de aire abiertas, se mantuvo la muestra durante 69 días (aproximadamente 10 semanas).

[Experimento 2]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y se mantuvo la muestra durante 21 días (tres semanas). Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 3]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y se mantuvo la muestra durante 52 días (aproximadamente 7,5 semanas). Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 4; que no es conforme a la invención]

Sin la tapa 3, se ajustó a 84 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y se mantuvo la muestra durante 83 días (aproximadamente 12 semanas). Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 5]

Se ajustó a 70 °C la temperatura dentro de la vasija del reactor y se mantuvo la muestra durante 150 días (cinco meses). Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 6, que no es conforme a la invención]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y, para garantizar que la atmósfera dentro de la vasija no se convirtiera en una atmósfera con contenido de oxígeno, se introdujo nitrógeno desde la abertura 4 de entrada de la vasija 1 de reactor y se descargó por la abertura 5 de escape, creando una atmósfera de nitrógeno. Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 7]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor, y se utilizaron heces de vaca con un contenido de agua de 80 % sobre base húmeda. Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Experimento 8]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y se utilizaron heces de vaca con un contenido de agua de 42 % sobre base húmeda. Todas las demás condiciones fueron las mismas que las del experimento 1.

[Experimento 9, que no es conforme a la invención]

Se ajustó a 90 °C la temperatura dentro de la vasija de reactor y se utilizaron heces de vaca con un contenido de agua de 33 % sobre base húmeda. Todas las demás condiciones fueron iguales a las del experimento 1.

[Medición]

(Tasa de producción de dióxido de carbono)

Se calculó la tasa de producción de dióxido de carbono midiendo mediante cromatografía de gases la concentración de CO²en el gas introducido en la vasija de reactor y en el gas descargado de la vasija de reactor, y multiplicando después la diferencia por el caudal F de aire [F (CO²entrada - CO²salida)].

(Tasa de absorción de oxígeno)

Se calculó la tasa de absorción de oxígeno midiendo, gracias a un sensor de oxígeno de tipo celda galvánica, la concentración de O²en el gas introducido en la vasija de reactor y en el gas descargado de la vasija de reactor, y multiplicando después la diferencia por el caudal F de aire [F ^ e n tra d a - O²salida)].

(Curva de pérdida de peso)

Se calculó la curva de pérdida de peso a partir de la cantidad generada de dióxido de carbono. Es decir, se calculó la disminución total TM de masa sólida a partir de la diferencia entre la masa sólida al comienzo del tratamiento de carbonización y la masa sólida al final del tratamiento de carbonización. Se halló además, de manera similar, la cantidad total TCO²de generación de dióxido de carbono, y a continuación se calculó la disminución TM/TCO²de masa sólida por unidad de cantidad de generación de dióxido de carbono. Después se calculó la disminución de masa sólida por cantidad de generación de dióxido de carbono (ACO²) empleando la fórmula ACO²x (TM/TCO²). Obsérvese que se calculó la curva de pérdida de peso a partir de la masa medida después de haber secado la muestra para eliminar el agua antes de medir la masa.

[Resultados]

La figura 2A es una imagen de una muestra (heces de vaca) antes del tratamiento. La figura 2B es una imagen de una muestra después del tratamiento del experimento 4 (84 °C, 83 días, sin tapa). La figura 2C es una imagen de una muestra después del tratamiento del experimento 2 (90 °C, 21 días, con tapa). La figura 2D es una imagen de una muestra después del tratamiento del experimento 3 (90 °C, 52 días, con tapa). Según los resultados, en los experimentos 2 y 3 las muestras después del tratamiento se habían ennegrecido como resultado de una carbonización avanzada. Por otra parte, en la muestra después del tratamiento del experimento 4, el agua se evaporó inmediatamente al no tener la tapa, lo que provocó que la muestra se secara y, por lo tanto, que la carbonización no progresase, permaneciendo la muestra sustancialmente igual a como antes del tratamiento. Además, la figura 3A presenta una muestra después del tratamiento del experimento 1 (80 °C, 69 días, con tapa) y la muestra exhibía un color más negro como resultado de una carbonización más avanzada que en la muestra tras el tratamiento del Experimento 3 (90 °C, 52 días, con tapa) que se presenta en la figura 3B. Basándose en estos resultados, se halló que la presencia de agua es necesaria para que la carbonización progrese a una temperatura inferior a 100 °C.

La figura 4 muestra los resultados de pérdida de peso del material de biomasa durante los tratamientos de carbonización del experimento 1 (80 °C, 69 días) y del experimento 3 (90 °C, 52 días). En ambos casos la masa disminuyó gradualmente con el transcurso de los días, con una disminución de aproximadamente 21 % después de transcurridos 69 días en el caso de 80 °C, y de aproximadamente 32 % después de transcurridos 52 días en el caso de 90 °C. Se considera que la pérdida de peso es debida a la carbonización de la materia orgánica contenida en el material de biomasa.

La figura 5 es una gráfica que muestra la tasa de producción de dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno (TAO) por unidad de masa del material de biomasa durante el tratamiento de carbonización del experimento 1 (80 °C, 69 días). La figura 6 es una gráfica que muestra la tasa de producción de dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno (TAO) por unidad de masa del material de biomasa durante el tratamiento de carbonización del experimento 3 (90 °C, 52 días). De estos resultados se deduce que el oxígeno tenía una concentración inferior a la composición del aire, y el dióxido de carbono tenía una concentración superior a la composición del aire. Además, puesto que la tasa de producción de dióxido de carbono producido por la reacción de carbonización del material de biomasa está correlacionada proporcionalmente con la tasa de absorción de oxígeno se entiende que, una vez producida una reacción de oxidación, se produjo dióxido de carbono y la tasa de absorción de oxígeno aumentó en la medida en que se produjo el dióxido de carbono. Esta correlación significa que el fenómeno de carbonización progresa en presencia de oxígeno, y ello indica que el tratamiento de carbonización requiere la presencia de aire (en concreto, oxígeno). Por lo tanto, en este tratamiento de carbonización ha tenido lugar presumiblemente una reacción de oxidación entre el oxígeno del aire y el material de biomasa, produciendo así dióxido de carbono.

En los experimentos del 5 al 9 se realizaron ensayos modificando diversas condiciones, y se confirmó visualmente la presencia o ausencia de carbonización. El experimento 5 es un experimento en el cual se dejó la muestra durante cinco meses a 70 °C. Después del tratamiento la muestra tenía un color negro, y se confirmó la carbonización. El experimento 6 es un experimento en el cual se eliminó el oxígeno. Después del tratamiento la muestra presentaba un cambio insignificante y era similar a la muestra antes del tratamiento, no confirmándose ningún progreso en la carbonización. El experimento 7 es un experimento en el cual se fijó en 80 % el contenido de agua. Después del tratamiento la muestra tenía un color negro, y se confirmó la carbonización. El experimento 8 es un experimento en el cual se fijó en 42 % el contenido de agua. Después del tratamiento la muestra tenía un color negro, y se confirmó la carbonización. El experimento 9 es un experimento en el cual se fijó en 33 % el contenido de agua. Después del tratamiento la muestra presentaba un cambio insignificante y era similar a la muestra antes del tratamiento, confirmándose un progreso inadecuado de la carbonización.

Las figuras 7A a 7C son imágenes de muestras después del tratamiento de los experimentos 6, 7 y 9, dentro de los experimentos 5 a 9 descritos más arriba. Mientras que en la imagen del experimento 7 que se presenta en la figura 7B la muestra tenía un color negro y se confirmó la carbonización, en la imagen del experimento 6 que se presenta en la figura 7A y en la imagen del experimento 9 que se presenta en la figura 7C las muestras no tenían color negro, y no se confirmó la carbonización.

Como se ha descrito en lo que antecede, el método de tratamiento de carbonización a temperatura ultrabaja de un material de biomasa según la presente invención puede eliminar algunos de los inconvenientes de un material de biomasa. Es decir, (1) el mayor desafío de muchos materiales de biomasa representados por heces de vaca y similares ha sido la eliminación del agua contenida en grandes cantidades. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, la presencia de agua es necesaria para la carbonización y, por lo tanto, no se requieren ni el coste ni el esfuerzo de la eliminación del agua. (2) En un método típico de producción de carbón vegetal, cuando se lleva a cabo la carbonización calentando el material a una temperatura elevada de 500 °C o más, una reacción de descomposición térmica progresa, lo que hace que el gas generado contenga grandes cantidades de alquitrán. Por ello se generan costes debido a la necesidad de un dispositivo para eliminar el alquitrán y similares. Sin embargo, según la presente invención no se produce sustancialmente ninguna reacción de descomposición térmica, lo que permite suprimir la generación de alquitrán. (3) Además, según la presente invención, al ser posible la carbonización a una temperatura ultrabaja inferior a 100 °C, se puede reducir significativamente la energía aplicada desde el exterior en comparación con la producción de carbón vegetal en la técnica relacionada. Más aún, también es posible alcanzar una temperatura tan baja utilizando una energía renovable, tal como el biogás.

Descripciones de números de referencia

1 Vasija de reactor

2 Cuerpo principal del recipiente

3 Tapa

4 Abertura de admisión

5 Abertura de escape

6 Dispositivo calefactor

10 Material de biomasa

11 Recipiente de almacenamiento

12 Soporte

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de tratamiento de carbonización parcial de un material de biomasa, que comprende los pasos de: mantener un material de biomasa que contiene agua, con un contenido (porcentaje) de agua dentro de un intervalo de 40 a 80 %, inclusive, al comienzo de la carbonización parcial, en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C, sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua; y

producir una reacción de oxidación entre oxígeno de la atmósfera y el material de biomasa para carbonizar parcialmente el material de biomasa en presencia de agua para producir dióxido de carbono;

donde el material de biomasa es un material o una mezcla de dos o más materiales seleccionados de desechos alimentarios, excrementos de ganado, desechos agrícolas y desechos marinos;

donde se almacena el material de biomasa en un recipiente que comprende un cuerpo principal de recipiente cubierto con una tapa, una abertura de entrada y una abertura de escape para aire u oxígeno desde el exterior;

y donde se mantiene así el material de biomasa durante dos semanas o más.

2. El método de tratamiento de carbonización parcial de un material de biomasa según la reivindicación 1, donde el recipiente comprende además un controlador de temperatura para mantener el material de biomasa en las condiciones de tratamiento.

3. Un método para producir un carburo empleando el método de tratamiento de carbonización parcial de un material de biomasa según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, comprendiendo el método los pasos de:

preparar un material de biomasa que contiene agua; y

tratar el material de biomasa así preparado en condiciones de tratamiento que incluyen una atmósfera con contenido de oxígeno y un intervalo de temperatura de 70 °C o más y menos de 100 °C, sin un paso de secado para eliminar o disminuir forzadamente el agua.