ES2629887T3 - Método y aparato para adicionar vapor para un proceso de pretratamiento de explosión con vapor - Google Patents

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Abstract

Un método para tratar materia prima de biomasa que comprende: alimentar la materia prima a través de un dispositivo de aislamiento de presión y a una entrada superior de un sistema con recipiente reactor vertical, en donde la materia prima se deposita sobre una pila de materia prima dentro del recipiente reactor vertical; añadir energía térmica para calentar y presurizar la materia prima mediante inyección de un primer volumen de vapor a una región superior del sistema con recipiente reactor vertical; propulsar la materia prima a través de una salida en una región inferior del sistema con recipiente reactor vertical mediante inyección de al menos un segundo volumen de vapor en la biomasa a una elevación correspondiente a la región inferior del recipiente reactor vertical en, cerca o después de la salida inferior del recipiente reactor vertical; en donde la inyección del primer volumen de vapor y la inyección del al menos segundo volumen de vapor están separadas verticalmente por al menos una porción de la columna de biomasa, y mover la materia prima propulsada a través de un dispositivo de expansión para someter la materia prima a un proceso de explosión con vapor y en donde, preferentemente, la alimentación de materia prima a la entrada superior, es continua y la materia prima se descarga continuamente a través de la salida inferior.

Description

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DESCRIPCION
Metodo y aparato para adicionar vapor para un proceso de pretratamiento de explosion con vapor Antecedentes de la invencion
La presente invencion se relaciona con el uso de vapor en recipientes reactores verticales presurizados y con procesos de explosion con vapor para pretratar materias primas de biomasa, tales como residuos agricolas (que incluyen tallos, sobrantes y cascaras), paja y pastos, madera, residuos de aserraderos (que incluyen astillas de madera y desbastes triturados) y material lignocelulosico, denominados colectivamente como biomasa.
La biomasa se calienta y se presuriza con vapor en un primer reactor, tal como un recipiente reactor vertical. A medida que la biomasa calentada se mueve desde el recipiente reactor vertical, la biomasa se mueve a traves de una valvula de expansion u otro dispositivo de expansion para hacer que la biomasa experimente un proceso de explosion con vapor. Un proceso de explosion con vapor ilustrativo para el pretratamiento de biomasa se describe en la patente de Estados Unidos num. 8,057,639. Un proceso similar para procesar pulpa de astillas de madera se describe en la publicacion de la solicitud de patente de Estados Unidos num. 2008/0277082.
El vapor, ademas de ser la fuente de calor y de presurizacion para la biomasa en el recipiente reactor vertical, es el propulsor que mueve la biomasa desde el recipiente reactor vertical, a traves de un tubo de descarga (conducto) y hacia el dispositivo de expansion. La cantidad de vapor, gas o el vapor que se necesita para propulsar la biomasa puede ser significativa, tal como 50 a 500 kilogramos de vapor por tonelada totalmente seca de biomasa (kg/BDT). La cantidad de vapor que puede inyectarse a una elevacion correspondiente a la region inferior del recipiente reactor vertical y que puede necesitarse para propulsar la biomasa, es, tlpicamente, dependiente del proceso, la velocidad y el volumen de biomasa que se mueve a traves del recipiente reactor vertical, y de las dimensiones y condiciones del recipiente reactor vertical y equipo relacionado.
Los recipientes reactores usan efectivamente el vapor para propulsar la biomasa desde el recipiente reactor horizontal hacia un dispositivo de explosion con vapor. El vapor anadido a la entrada de un recipiente reactor horizontal permanece en el recipiente reactor horizontal y por encima de la biomasa. Aunque parte del vapor se condensa en el recipiente reactor horizontal, parte del vapor permanece, ademas, como un gas que aplica presion a la biomasa a lo largo de toda la longitud del recipiente reactor horizontal. Debido a que el vapor en un recipiente reactor horizontal se extiende a lo largo del recipiente reactor horizontal y esta inmediatamente por encima de la biomasa en el extremo de salida del recipiente reactor horizontal, el vapor propulsa la biomasa a traves de la salida del recipiente reactor horizontal sin interrumpir el flujo de biomasa en el recipiente reactor horizontal.
Los recipientes reactores verticales convencionales tienen una desventaja en comparacion con los recipientes reactores horizontales con respecto al procesamiento de pulpa mediante explosion con vapor. Se anade vapor a la entrada en el extremo superior de un recipiente reactor vertical. El vapor se anade para calentar la biomasa, presurizar el recipiente reactor vertical y propulsar la biomasa fuera de una descarga del fondo del recipiente reactor vertical. Para propulsar la biomasa, el vapor debe pasar hacia abajo a traves de la biomasa en el recipiente reactor vertical para alcanzar la salida del fondo. Se requiere una cantidad relativamente grande de vapor extra para asegurar que todavla hay suficiente vapor para propulsar la biomasa fuera del sistema de reactor vertical convencional. En un recipiente reactor vertical, el vapor que se desplaza hacia abajo a traves de la biomasa, puede formar pasajes de gas, por ejemplo, un efecto de boquete de retencion, a traves de la biomasa. Estos pasajes pueden hacer que la biomasa experimente perlodos de retencion desiguales en el recipiente vertical del reactor y afectar la calidad del proceso.
En algunos aspectos, los recipientes reactores verticales son mas eficientes que los recipientes reactores horizontales. Los recipientes reactores verticales usan mas eficientemente su volumen porque la biomasa ocupa una mayor porcion de un recipiente reactor vertical que la que ocupa la biomasa en un recipiente reactor horizontal. Los recipientes reactores verticales, tlpicamente, pueden construirse mucho mas grandes que los recipientes reactores horizontales y, por lo tanto, tienen una mayor capacidad de produccion de biomasa que un recipiente reactor horizontal.
El documento US2009/221814 describe un aparato y un metodo para tratar la materia prima de biomasa mediante alimentacion de la materia prima a traves de un dispositivo de aislamiento de presion y por una entrada superior de un recipiente reactor vertical. Existe acumulacion debido a la alimentacion de una pila de materia prima dentro del recipiente reactor vertical y, mediante inyeccion de vapor como primer volumen de vapor a una region superior del recipiente reactor vertical, se anade energla termica para calentar y presurizar la materia prima suministrada con una o mas fuentes de vapor.
Resumen de la invencion
Se ha inventado un metodo y un aparato para anadir vapor a una region inferior de un sistema con recipiente reactor vertical, presurizado para propulsar biomasa desde el sistema reactor vertical. El sistema con reactor vertical incluye: un recipiente reactor vertical; al menos una fuente de vapor; una fuente de materia prima de biomasa (biomasa); un dispositivo de expansion fuera del recipiente reactor vertical; un conducto para transportar la biomasa descargada desde
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el recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion; y multiples lugares de inyeccion de vapor dentro del recipiente reactor vertical, tal como en la parte superior, entre la parte superior y la parte inferior y en o cerca del fondo del recipiente reactor vertical, as! como tambien la inyeccion de vapor al conducto para transportar la biomasa descargada desde recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion para propulsar la biomasa a traves del sistema con recipiente reactor vertical.
Para evitar tener que pasar grandes cantidades de vapor a traves de toda una columna de biomasa en un recipiente reactor vertical, puede anadirse vapor al sistema con recipiente reactor vertical en, cerca o despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical. El vapor anadido propulsa la biomasa desde el recipiente reactor vertical a un dispositivo de expansion, tal como un dispositivo de explosion con vapor.
El vapor necesario para propulsar la biomasa se anade a las regiones inferiores del sistema con recipiente reactor vertical. El vapor de agua anadido a las regiones superiores del recipiente reactor vertical sirve para calentar y presurizar la biomasa en el recipiente reactor vertical. Ademas, puede anadirse vapor a otras elevaciones del recipiente reactor vertical, tal como una elevacion o region central, entre las regiones superior e inferior, para controlar la compactacion (por ejemplo, obtener una compactacion deseada) de la biomasa en el recipiente reactor vertical.
Mediante la reduction o elimination de la adicion de vapor de propulsion en la region superior del recipiente reactor vertical, el volumen o cantidad total de vapor anadido al recipiente reactor vertical puede reducirse y la cantidad de vapor anadido en la region superior del recipiente reactor vertical, puede reducirse sustancialmente. Mediante la reduccion o eliminacion de la necesidad de pasar una cantidad suficiente de vapor hacia abajo a traves de toda la pila para propulsar la biomasa a traves de una salida inferior, se minimiza el riesgo de que se formen pasajes de vapor en la pila, por ejemplo, boquetes de retention. La reduccion o eliminacion de boquetes de retention ayuda a proporcionar un tratamiento uniforme de la biomasa y lograr un perlodo de retencion uniforme de toda la biomasa que pasa a traves del recipiente reactor vertical.
Mediante la adicion de vapor a dos o mas elevaciones en el sistema con recipiente reactor vertical, el volumen o tasa de vapor anadido puede regularse para lograr el calentamiento y la presurizacion de la biomasa en las regiones superiores del recipiente reactor vertical y para propulsar la biomasa desde el fondo del recipiente reactor vertical. La adicion de vapor a dos o mas elevaciones de un recipiente reactor vertical, evita tener que inyectar una gran cantidad de vapor en la parte superior del recipiente y forzar grandes cantidades de vapor hacia abajo a traves de la pila de biomasa para proporcionar vapor de propulsion en el fondo del Sistema con recipiente reactor vertical.
Aunque el vapor puede ser el gas preferido para usarse para el calentamiento (o enfriamiento o ambos) y para presurizar, o como gas de presurizacion para la biomasa, pueden usarse, ademas, otros gases. Otros gases pueden incluir aire, nitrogeno, oxlgeno, argon u otros gases inertes.
Se ha concebido un metodo para tratar materia prima de biomasa celulosica que incluye: alimentar la materia prima a traves de un dispositivo de aislamiento de presion y a una entrada superior de un recipiente reactor vertical, en donde la materia prima se deposita sobre una pila de la materia prima dentro del recipiente reactor vertical; anadir energla termica para calentar y presurizar la materia prima, mediante inyeccion de un primer volumen de vapor a una region superior del recipiente reactor vertical; propulsar la materia prima a traves de una salida en una region inferior del sistema con recipiente reactor vertical, mediante inyeccion de al menos un segundo volumen de vapor en la biomasa a una elevacion correspondiente a la region inferior del recipiente reactor vertical en, cerca o justo debajo de la salida inferior del recipiente reactor vertical, en donde la inyeccion del primer volumen de vapor y la inyeccion del al menos segundo volumen de vapor se separan verticalmente por al menos una portion de la columna de biomasa, y mover la materia prima propulsada a traves de un dispositivo de expansion, tal como un dispositivo de explosion con vapor, para someter la materia prima a un proceso de explosion con vapor. En algunas modalidades, el primer volumen de vapor y el al menos segundo volumen de vapor pueden tener la misma fuente. Algunas modalidades pueden tener la inyeccion del al menos segundo volumen de vapor, mediante propulsion de vapor, despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical directamente en un conducto para la materia prima que se extiende desde la salida inferior del recipiente reactor vertical hasta el dispositivo de expansion, donde la biomasa se descarga desde el recipiente reactor vertical y propulsa la biomasa a traves del conducto que conecta el fondo del recipiente reactor vertical y el dispositivo de expansion.
Se ha concebido un metodo para tratar biomasa que comprende: anadir biomasa a traves de un dispositivo de aislamiento de presion y a una entrada superior de un recipiente reactor orientado verticalmente, en donde la biomasa cae a traves de una fase de vapor dentro del recipiente reactor orientado verticalmente y aterriza sobre una pila de biomasa en el recipiente reactor orientado verticalmente; inyectar al menos un vapor o gas presurizado a una region superior del recipiente reactor orientado verticalmente; inyectar al menos un vapor o gas presurizado a traves de toberas en, cerca o despues de una region inferior del sistema con recipiente reactor orientado verticalmente, de manera que exista una distancia vertical entre la inyeccion del vapor o gas presurizado calentado y el al menos un vapor o gas presurizado, en donde el al menos un vapor o gas presurizado propulsa la biomasa en el recipiente reactor vertical desde el recipiente reactor vertical a traves de un dispositivo de expansion (tal como un dispositivo de explosion con vapor) y reducir rapidamente la presion sobre la biomasa en el dispositivo de expansion para estallar las estructuras celulares en la biomasa. En algunas modalidades, el gas usado para propulsar la biomasa desde la salida inferior del
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recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion se inyecta en el conducto despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical.
Se ha concebido un ensamble para tratar la materia prima de biomasa que comprende: un sistema con recipiente reactor vertical que incluye una entrada superior de la materia prima de un recipiente reactor vertical y una entrada de vapor superior; una salida de la materia prima en la region inferior del recipiente reactor vertical; una entrada de vapor de propulsion a una elevacion correspondiente a la region inferior del sistema con recipiente reactor vertical, en donde la entrada de vapor superior y la entrada de vapor de propulsion estan separadas verticalmente por una altura de biomasa; un dispositivo de expansion, tal como un dispositivo de explosion con vapor, configurado para recibir la materia prima desde el recipiente reactor vertical, y un conducto que se extiende desde la salida de la materia prima al dispositivo de expansion.
Breve descripcion de las figuras
La figura representa un diagrama esquematico de un flujo a traves de un proceso de explosion con vapor que incluye un recipiente reactor vertical y el proceso.
Descripcion detallada de la invencion
La figura muestra un flujo ilustrativo para un proceso de explosion con vapor para biomasa. Una fuente 10 de biomasa, tal como un contenedor de materia prima, proporciona la biomasa a una entrada superior, tal como un dispositivo separador superior 12, de un recipiente reactor vertical 14.
El recipiente reactor vertical 14 puede ser generalmente cillndrico y tener una altura de mas de 100 pies (33 metros), un diametro de mas de 20 pies (7 metros) y una capacidad para procesar continuamente mas de 500 toneladas de biomasa por dla. El recipiente reactor vertical 14 puede presurizarse tal como a una presion de hasta 35 bar (barg), tal como en un intervalo de 3 barg a 35 barg (300 kPa a 3500 kPa). El vapor anadido al recipiente reactor vertical 14 controla la presion en el recipiente reactor vertical 14.
Un sistema de alimentacion de biomasa 16 transporta la biomasa desde la fuente 10 hasta la entrada superior 12. El sistema de alimentacion de biomasa 16 puede incluir transportadores y conductos roscados. Un llquido, por ejemplo, agua, puede anadirse a la biomasa para formar una suspension acuosa que fluye a traves de los conductos y del equipo del sistema de alimentacion 16 y de la entrada superior 12 del recipiente reactor vertical 14.
Un dispositivo de aislamiento de presion (no mostrado), tal como una valvula giratoria, un alimentador de tapon roscado, un sistema de tolva con bloqueo, alimentador o bomba(s) de alta presion, puede situarse entre el sistema de alimentacion de biomasa 16 y la entrada superior 12 y asegura que la presion en el recipiente reactor vertical 14 no se libera ya que la suspension acuosa de biomasa y llquido entran en el recipiente reactor vertical 14.
A medida que la suspension acuosa entra en el recipiente reactor vertical 14, la biomasa se mueve, por ejemplo, cae desde la entrada superior hasta una pila 18, por ejemplo, una columna, de biomasa contenida en el recipiente reactor vertical 14. La pila 18 de biomasa se extiende desde una region superior del interior del recipiente reactor vertical 14 hasta una region 20 de descarga inferior.
La biomasa entra continuamente en la entrada superior 12, cae a la pila 18 y se descarga continuamente a traves de la salida inferior 32 del recipiente reactor vertical 14. La biomasa que se anade continuamente y se agota de la tuberla a la misma velocidad de manera que la superficie superior de la pila 18 permanece generalmente a la misma elevacion en el recipiente reactor vertical 14.
Una fuente de vapor 22 proporciona vapor para presurizar el recipiente reactor vertical 14 y anade energla termica a la biomasa. El vapor puede inyectarse a traves de entradas de inyeccion 24, por ejemplo, toberas, en la region superior del recipiente reactor vertical 14. El vapor puede inyectarse, ademas, a traves de un dispositivo mezclador (no mostrado) entre el dispositivo de aislamiento de presion y la entrada superior 12 del recipiente reactor vertical 14.
La tasa o volumen de vapor anadido a las regiones superiores del recipiente reactor vertical 14 puede limitarse segun se necesite para calentar la biomasa y presurizar el recipiente reactor vertical 14. La inyeccion de vapor puede formar una region de vapor caliente 26 en el recipiente reactor vertical 14 y por encima de la pila 18. Mientras que un poco de vapor puede fluir hacia abajo dentro de la pila 18, no necesita ser un requisito que el vapor sea anadido a la region de vapor caliente 26 en cantidades suficientes para pasar hacia abajo a traves de la pila 18 y hacia fuera del fondo del recipiente reactor vertical 14.
Una fuente adicional de vapor 28 (que puede ser la misma fuente de vapor 22) proporciona vapor a uno o mas dispositivos de inyeccion de vapor en elevaciones medias y elevaciones inferiores (o region media y region inferior) del recipiente reactor vertical. Los dispositivos de inyeccion de vapor pueden ser toberas montadas en la pared lateral del recipiente reactor vertical 14 y tubos de vapor que se extienden a lo largo del eje del recipiente reactor vertical 14.
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Los dispositivos de inyeccion de vapor pueden estar dispuestos en una o mas elevaciones del recipiente reactor vertical 14. El vapor inyectado a traves de estos dispositivos afecta la densidad y consistencia de la biomasa cerca de la inyeccion de vapor. Por ejemplo, se inyecta vapor para reducir la consistencia de solidos en elevaciones medias e inferiores en el recipiente reactor vertical 14. De manera similar, puede inyectarse vapor para agitar y mezclar la biomasa y asegurar una distribucion uniforme de biomasa en cada elevacion en el recipiente reactor vertical 14.
La densidad y consistencia de la biomasa en cada elevacion de la pila 18 es preferentemente uniforme a traves de una seccion transversal del recipiente reactor vertical 14. Una consistencia uniforme de la biomasa promueve un tratamiento uniforme de la biomasa en el recipiente reactor vertical 14.
La segunda fuente de vapor 28 puede proporcionar vapor a una velocidad volumetrica seleccionada para propulsar la biomasa hacia la salida inferior 32. La velocidad del vapor de propulsion puede diferir de la presion y velocidad del vapor de calentamiento anadido en la region superior del recipiente reactor vertical. La velocidad o cantidad de vapor suministrado para propulsar la biomasa puede estar en un intervalo de 50 a 500 kilogramos de vapor por tonelada totalmente seca (kg/BDT) de biomasa.
Una tobera o entrada inferior de inyeccion de vapor 30 puede inyectar el vapor de propulsion dentro del recipiente reactor vertical 14 en o cerca de la salida inferior 32 para la biomasa. La tobera o entrada inferior de inyeccion de vapor 30 puede estar montada en la pared lateral del recipiente reactor vertical 14 en una region cerca de la salida inferior 32, o puede estar montada en el fondo del recipiente reactor vertical 14 y cerca de la salida inferior 32. La tobera o entrada inferior de inyeccion de vapor 30 puede ser, por ejemplo, una disposicion anular de toberas dispuestas alrededor de la circunferencia del recipiente reactor vertical 14 en una elevacion correspondiente a un dispositivo de movimiento de biomasa 33. El vapor inyectado a traves de la tobera o entrada inferior de inyeccion de vapor 30 ayuda a mover la biomasa (propulsion) a traves del fondo del recipiente reactor vertical 14 y desde la salida inferior 32.
El dispositivo de movimiento de biomasa 33 en la region de descarga inferior 20 del recipiente reactor vertical 14 puede incluir una seccion de convergencia, tal como una convergencia unidimensional del recipiente reactor vertical en, cerca o por encima de una elevacion correspondiente a la entrada de vapor de propulsion, para proporcionar un movimiento uniforme de la biomasa a traves del fondo del recipiente reactor vertical y hacia la salida inferior 32 en el fondo del recipiente reactor vertical 14. La seccion de convergencia puede ser una seccion de convergencia DIAMONDBACK® vendida por el Grupo Andritz y descrita en las patentes de Estados Unidos nums. 5,500,083; 5,617,975 y 5,628,873. En algunas modalidades la entrada de vapor de propulsion esta en un lugar despues (verticalmente por debajo) de la salida inferior del recipiente reactor vertical en el conducto que se extiende desde la salida inferior del recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion. Adicionalmente, el dispositivo de movimiento de biomasa 33 puede incluir un dispositivo de agitacion que tiene brazos de agitacion 35 para ayudar a mover la biomasa dentro del recipiente reactor vertical 14 y hacia la salida inferior 32.
Otras disposiciones de las toberas de inyeccion de vapor 24, 30 y 44 pueden incluir un tubo central que se extiende verticalmente a lo largo del eje del recipiente reactor vertical, las toberas incluidas con el dispositivo de agitacion y toberas orientadas para dirigir el vapor para propulsar la biomasa hacia la salida inferior 32.
El vapor 28, al menos una segunda inyeccion de vapor (podrla ser, ademas, un gas o vapor como se describio anteriormente) puede inyectarse, ademas, a traves de una tobera 34 orientada para inyectar vapor directamente en un conducto 36, por ejemplo, una tuberla, por debajo de la salida inferior 32 del recipiente reactor vertical 14. Mediante inyeccion de vapor 28 (vapor de propulsion) directamente en un conducto 36, que se extiende desde la salida inferior 32 del recipiente reactor vertical 14 a traves de la tobera 34, propulsara la biomasa desde el recipiente reactor vertical 14 al dispositivo de expansion 38. Mediante adicion de vapor 28 al conducto 36 mediante el uso de la tobera 34, hay menos posibilidad de que se haga un agujero en la biomasa a partir del vapor 28, lo que propulsa la biomasa en el conducto 36 al dispositivo de expansion 38.
La biomasa procedente del recipiente reactor vertical 14 se propulsa a traves del conducto 36, pasa a traves de un dispositivo de expansion 38 y a un recipiente de descarga 40. El dispositivo de expansion 38 puede ser un dispositivo de explosion con vapor convencional usado para biomasa o procesamiento de pulpa. El recipiente de descarga 40 recibe la biomasa despues de que el dispositivo de expansion 38 somete la biomasa a una expansion subita tal como un proceso de explosion con vapor.
El vapor 22, 28 puede anadirse a la pila de biomasa a elevaciones del recipiente reactor vertical 14 entre la region de entrada superior y la region de descarga inferior. Por ejemplo, una disposicion circular 42 de toberas alrededor del recipiente reactor vertical 14 puede estar a la altura media y a un cuarto o sexto inferior de la altura del recipiente reactor vertical 14. El vapor adicional puede ayudar a mover la biomasa hacia la salida inferior 32 del recipiente reactor vertical 14. Adicionalmente, el vapor puede introducirse en otras elevaciones del recipiente reactor vertical 14 para proporcionar un mejor control de la transferencia de energla termica a la biomasa en la pila y, de esta manera, proporcionar medios adicionales para regular la temperatura de la pila. El vapor inyectado en o cerca del fondo del recipiente reactor vertical 14 mediante el uso de tobera o entrada de inyeccion de vapor inferior 30 puede ser unicamente para descargar la biomasa a traves de la salida inferior 32.
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Ademas, la inyeccion de vapor a diversas elevaciones del recipiente reactor vertical 14 proporciona un medio para regular y controlar el diferencial de presion desde la parte superior hasta el fondo de la pila de biomasa, por ejemplo, una columna y controlar la compactacion y el flujo de biomasa en el recipiente reactor vertical 14.
La inyeccion de vapor a varios niveles del recipiente reactor vertical 14 permite, ademas, un sistema para controlar el vapor para propulsar la biomasa desde el recipiente reactor vertical 14 al dispositivo de expansion 38. El sistema para controlar el vapor para propulsar la biomasa se basa en la medicion de diferencial de presion que se hace entre el espacio de vapor 26 en la parte superior del recipiente reactor vertical 14 y el espacio de vapor dentro o por encima de la region superior del dispositivo de expansion 38. El dispositivo de medicion de diferencial de presion puede fabricarse mediante el uso de un dispositivo convencional (celda dp) en el que la senal de la celda dp se usa para controlar la posicion de la valvula de control para controlar el flujo de vapor 28 que entra en el conducto 36 a traves de la tobera 34, para propulsar la biomasa al dispositivo de expansion 38.
Puede usarse un sistema de control 42 para regular la adicion de vapor en las diversas elevaciones del recipiente. El sistema de control puede incluir sensores de presion de vapor 44 y valvulas de vapor 46. Los sensores de presion 44 monitorean la presion de vapor en la seccion de vapor caliente 26 en la parte superior del recipiente 14 y en un espacio de vapor en el dispositivo de expansion 38. El sistema de control puede ser manual en el que un tecnico supervisa los sensores de presion 44 y ajusta las valvulas 46. El sistema de control puede incluir, ademas, controladores, por ejemplo, un sistema informatico que supervisa los sensores de presion 44 y ajusta las valvulas 46 para conseguir diferencias de presion deseadas entre la presion en la region de vapor caliente 26 y el espacio de vapor del dispositivo de expansion 38. Las diferencias de presion deseadas pueden almacenarse en la memoria del sistema informatico y llamarse desde la memoria cuando el sistema informatico ejecuta un programa almacenado en memoria para controlar la inyeccion de vapor mediante ajuste de las valvulas 46.
La presion diferencial entre la region de vapor caliente 26 y el espacio de vapor en el dispositivo de expansion 38 puede controlarse a menos de +/- 100 kPa (+/- 1 bar) de cero, o menor que +/- 50 kPa (+ -0,5 bar) de cero, o menor que +/- 30 kPa (+/- 0,3 bar) de cero. Un ligero diferencial de presion positivo en la region de vapor caliente 26 en comparacion con el espacio de vapor del dispositivo de expansion 38, puede ayudar en el movimiento de biomasa a traves del recipiente reactor vertical 14 y aumentar la compactacion de la biomasa en el recipiente reactor vertical 14. Un ligero diferencial de presion negativo disminuira el movimiento de biomasa dentro del recipiente reactor vertical 14 y reducira la compactacion de la biomasa. Mediante el control de la inyeccion de vapor al recipiente para conseguir un ligero diferencial de presion positivo o un ligero diferencial de presion negativo, se proporciona un medio para controlar las condiciones operativas en el recipiente reactor vertical 14 y puede ayudar a tratar uniformemente la biomasa en el recipiente. Un sistema de control para la adicion de vapor como se describio ayuda a asegurar una velocidad de flujo uniforme y compactacion de la pila de biomasa, lo que asegura, ademas, un buen control del tiempo de retention de la biomasa en el reactor.
Aunque la invention se ha descrito en relation con lo que actualmente se considera que es la modalidad mas practica y preferida, debe entenderse que la invencion no se limita a la modalidad descrita, sino que, por el contrario, se pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del esplritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

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    Reivindicaciones
    1. Un metodo para tratar materia prima de biomasa que comprende:
    alimentar la materia prima a traves de un dispositivo de aislamiento de presion y a una entrada superior de un sistema con recipiente reactor vertical, en donde la materia prima se deposita sobre una pila de materia prima dentro del recipiente reactor vertical;
    anadir energla termica para calentar y presurizar la materia prima mediante inyeccion de un primer volumen de vapor a una region superior del sistema con recipiente reactor vertical;
    propulsar la materia prima a traves de una salida en una region inferior del sistema con recipiente reactor vertical mediante inyeccion de al menos un segundo volumen de vapor en la biomasa a una elevacion correspondiente a la region inferior del recipiente reactor vertical en, cerca o despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical;
    en donde la inyeccion del primer volumen de vapor y la inyeccion del al menos segundo volumen de vapor estan separadas verticalmente por al menos una porcion de la columna de biomasa, y
    mover la materia prima propulsada a traves de un dispositivo de expansion para someter la materia prima a un proceso de explosion con vapor y en donde, preferentemente, la alimentacion de materia prima a la entrada superior, es continua y la materia prima se descarga continuamente a traves de la salida inferior.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende ademas anadir vapor de propulsion despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical directamente en un conducto para la materia prima que se extiende desde la salida inferior del recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion.
  3. 3. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la fuente para el primer volumen de vapor y la fuente para el al menos segundo volumen de vapor es la misma fuente.
  4. 4. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde se usa una medicion del diferencial de presion entre un espacio de vapor en la parte superior del recipiente reactor vertical y un espacio de vapor por encima del dispositivo de expansion para controlar el flujo del al menos segundo volumen de vapor para propulsar la biomasa al dispositivo de expansion.
  5. 5. Un metodo para tratar la biomasa que comprende:
    anadir biomasa a traves de un dispositivo de aislamiento de presion y a una entrada superior de un recipiente reactor orientado verticalmente, en donde la biomasa cae a traves de una fase de vapor dentro del recipiente reactor orientado verticalmente y aterriza sobre una pila de biomasa en el recipiente reactor orientado verticalmente;
    inyectar un vapor o gas presurizado calentado a una region superior del recipiente reactor orientado verticalmente;
    inyectar al menos un gas presurizado o vapor a traves de toberas en, cerca o despues de una region inferior del recipiente reactor orientado verticalmente, de manera que haya una distancia vertical entre la inyeccion del vapor o gas presurizado calentado y el al menos un gas presurizado o vapor, en donde el al menos un vapor o gas presurizado propulsa la biomasa en el recipiente reactor orientado verticalmente hacia y a traves de un dispositivo de expansion, y
    reducir rapidamente la presion sobre la biomasa en el dispositivo de expansion para estallar las estructuras celulares en la biomasa y en donde preferentemente la biomasa se anade continuamente a la entrada superior y se mueve continuamente a traves de la salida inferior.
  6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en donde el vapor o gas presurizado calentado es al menos uno de vapor, aire, nitrogeno, oxlgeno, argon u otros gases inertes y/o en donde al menos un vapor o gas presurizado es al menos uno de vapor, aire, nitrogeno, oxlgeno, argon u otros gases inertes.
  7. 7. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en donde se usa una medicion del diferencial de presion entre un espacio de vapor en la parte superior del recipiente reactor orientado verticalmente y un espacio de vapor dentro o por encima del dispositivo de expansion se usa para controlar el flujo de al menos un gas presurizado o vapor para propulsar la biomasa hacia y a traves del dispositivo de expansion.
  8. 8. El metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde el dispositivo de expansion es un dispositivo de explosion con vapor.
  9. 9. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, que comprende ademas inyectar un gas en el conducto despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical para propulsar la biomasa directamente en un conducto que se extiende desde la salida inferior del recipiente reactor vertical al dispositivo de expansion, tal como un dispositivo de explosion con vapor.
  10. 10. El metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende ademas inyectar vapor adicional en el recipiente reactor orientado verticalmente en una region media entre las regiones superior e inferior.
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  11. 11. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en donde se usa una medicion del diferencial de presion entre un espacio de vapor en la parte superior del recipiente reactor vertical y se usa un espacio de vapor por encima del dispositivo de expansion para controlar el flujo del al menos segundo volumen de vapor para propulsar la biomasa al dispositivo de expansion.
  12. 12. Un ensamble para tratar materia prima de biomasa que comprende:
    un sistema con recipiente reactor vertical que incluye una entrada superior de materia prima (12) de un recipiente reactor vertical (14) y una entrada de vapor superior (24);
    una salida de la materia prima (32) en la region inferior del recipiente reactor vertical (14);
    una entrada de vapor de propulsion (30) a una elevacion correspondiente a la region inferior del sistema con recipiente reactor vertical, en donde la entrada de vapor superior (24) y la entrada de vapor de propulsion (30) estan separadas verticalmente por una altura de biomasa;
    un dispositivo de expansion (38) configurado para recibir la materia prima desde el recipiente reactor vertical (14), y
    un conducto (36) que se extiende desde la salida de la materia prima (32) hasta el dispositivo de expansion (38), cuyo dispositivo de expansion (38) es, preferentemente, un dispositivo de explosion con vapor.
  13. 13. El ensamble de acuerdo con la reivindicacion 12, que comprende ademas una seccion de convergencia unidimensional del recipiente de reactor vertical (14) en, cerca o por encima de una elevacion correspondiente a la entrada de vapor de propulsion (30).
  14. 14. El ensamble de acuerdo con la reivindicacion 12 o 13, en donde la entrada de vapor de propulsion (30) esta en un lugar despues de la salida inferior del recipiente reactor vertical (14) en el conducto (36) que se extiende desde la salida inferior del recipiente reactor vertical (14) al dispositivo de expansion (38) y, preferentemente, que comprende ademas una entrada de vapor adicional (42) sobre o en el recipiente reactor vertical (14) en una elevacion media entre las regiones superior e inferior.
  15. 15. El ensamble de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende ademas un dispositivo de medicion del diferencial de presion (44) entre un espacio de vapor en la parte superior del recipiente reactor vertical (14) y se usa un espacio de vapor dentro o justo por encima del dispositivo de expansion (38) para controlar el flujo del vapor de propulsion.
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