Procedimiento y dispositivo para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos.

Dispositivo para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos,

en particular de plantas productoras de energíaasí como de desechos vegetales y animales, con un depósito de acondicionamiento previo (1) para la recepción desustancias orgánicas sólidas y/o líquidas, con una disposición de carga (15) para el llenado de un dispositivohidrolizador (8) con los substratos procedentes del depósito de acondicionamiento previo (1), así como con unadisposición de descompresión (20), que tiene un depósito expansor (12) destinado a la disminución de la presión delos substratos después del tratamiento en el dispositivo hidrolizador (8), caracterizado porque la disposición dedescompresión (20) tiene un dispositivo separador de vapor (10), que está conectado delante del depósito expansor(12) y que está dispuesto corriente abajo de un diafragma de presión (9), estando prevista una disposición para lacarga directa de los substratos orgánicos aportados con un vapor caliente separado desde el dispositivo separadorde vapor (10).

Procedimiento y dispositivo para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos

El invento se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos, en particular de plantas productoras de energía, así como de desechos vegetales y animales, con un depósito de acondicionamiento previo para la recepción de sustancias orgánicas sólidas y/o líquidas, con una disposición de carga para el llenado de un dispositivo hidrolizador con los substratos procedentes del depósito de acondicionamiento, así como con una disposición de descompresión, que para la reducción de la presión de los substratos después del tratamiento en el dispositivo hidrolizador tiene un depósito expansor.

Tales dispositivos y procedimientos sirven para el tratamiento previo de substratos orgánicos que son aportados después del tratamiento en un dispositivo hidrolizador (disposición para la hidrólisis térmica a presión) a un fermentador, por ejemplo a una instalación de producción de gas biológico (biogás) o combustible biológico (biocombustible) ..

En el caso de la hidrólisis térmica a presión pasa a usarse la tecnología de la denominada “explosión con vapor de agua” que es conocida por ejemplo a partir de las instalaciones de producción de un biogás o biocombustible. La “explosión con vapor de agua” es un proceso técnico, en el que el material de partida es calentado hasta 300ºC, preferiblemente a 150ºC hasta 200ºC y bajo una sobrepresión de aproximadamente 3 bares hasta 20 bares. Después de que se hubo mantenido durante un determinado período de tiempo de permanencia este estado de presión y temperatura, el substrato se descomprime espontáneamente hasta aproximadamente la presión atmosférica. Mediante esta descompresión repentina se llega a la disociación total de la sustancia celular. La sustancia orgánica total se encuentra a disposición a continuación en estado licuado para la elaboración ulterior.

A partir de la mezcla heterogénea de substrato, empleada originalmente, (tal como por ejemplo plantas productoras de energía, basura biológica urbana, desechos de cosechas y desechos de mataderos industriales, etc.) de esta manera se produce una papilla homogénea con las siguientes propiedades:

La “explosión con vapor de agua” toma a su cargo por consiguiente -antes de una elaboración ulterior del substrato, p.ej. en una instalación de producción de biogás – ampliamente las etapas de procedimiento de hidrólisis y homogeneización, de manera tal que por ejemplo en el reactor de fermentación transcurre solamente una pura fermentación libre de metano.

El resultado de este tratamiento previo es un rendimiento aumentado del substrato con una calidad mejorada del producto, en el caso de una instalación de producción de biogás, una tasa aumentada de descomposición del substrato con una producción acrecentada de gas y una calidad mejorada del gas. De manera típica, por ejemplo el contenido específico de metano (CH4) sube, mientras que el contenido dañino de sulfuro de hidrógeno (H2S) es reducido.

El documento de solicitud de patente de los EE.UU. US 2003/0121851 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento de desechos orgánicos degradables biológicamente. Antes de que el desecho orgánico sea aportado a la hidrólisis térmica a presión, se aporta al substrato una lejía (KOH) y el substrato es sometido en el dispositivo hidrolizador a unas temperaturas de 170ºC hasta 220ºC y a una presión de vapor correlacionada. Después de esto se efectúa una separación entre el material sólido y el material líquido (sólido/líquido) . El substrato, antes del tratamiento puede ser calentado previamente mediante una conducción de retorno de vapor a partir del hidrolizador.

Un procedimiento muy similar lo describe el documento US 2008/0223793 A1, que como complemento al documento US 2003/121851 arriba citado describe un procedimiento, en el cual los vapores desprendidos del vapor de escape son condensados y son añadidos y mezclados por lo menos en parte con el substrato en bruto. Mediante los ácidos orgánicos contenidos en el material condensado, se debe de conseguir un mejoramiento del grado de hidrólisis.

A partir del documento de solicitud de patente internacional WO 2008/011839 A2 se ha conocido por ejemplo un dispositivo para la hidrólisis continua y discontinua de substratos orgánicos. La instalación se compone en lo esencial de una disposición de desmenuzamiento para el substrato orgánico heterogéneo, a partir del cual el substrato llega a un recipiente dosificador para el dispositivo hidrolizador. Después del tratamiento del substrato en el dispositivo hidrolizador éste es sometido en una denominada “tubería de disparo más allá del blanco” (en inglés “Overshooting Pipe”) en un depósito expansor, a partir del cual una conducción de gases de escape conduce a un condensador y una conducción para el substrato conduce a un fermentador. Los gases de escape son aportados a un condensador de vapor, que tiene un sistema de enfriamiento con agua, siendo conducido el material condensado obtenido de este modo, de retorno al depósito expansor. En la conducción para el substrato hasta el fermentador está dispuesto un intercambiador de calor, cuyo calor de escape conduce a través un circuito intercambiador de calor externo a un intercambiador de calor estructurado como una disposición de calentamiento previo, con la cual el substrato aportado es calentado en la zona situada detrás de la disposición de desmenuzamiento.

De acuerdo con una variante adicional de realización del documento WO 2008/011839 A2, que trabaja en funcionamiento continuo, el substrato orgánico llega detrás de la disposición de desmenuzamiento a un depósito de compensación y a partir de éste es aportado con una bomba a alta presión de una manera continua al dispositivo hidrolizador. También en el caso de esta variante de realización, el depósito expansor tiene una conducción para gases de escape, con la cual el vapor caliente procedente del depósito expansor es aportado a un condensador de vapor con una refrigeración externa por agua. El material condensado resultante es conducido de retorno al depósito expansor.

Resulta desventajoso en los casos de las disposiciones y los procedimientos conocidas/os, el hecho que éstas/os no están optimizadas/os desde un punto de vista energético y también están constituidas/os de una manera relativamente compleja.

Una misión del invento es optimizar a un dispositivo destinado a la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos en cuanto a la técnica de funcionamiento y a la técnica energética, teniendo la instalación que ser dimensionada de un modo compacto.

El problema planteado por esta misión es resuelto conforme al invento mediante el recurso de que la disposición de descompresión tiene un dispositivo separador de vapor, que está conectado delante del depósito expansor y está dispuesto corriente abajo de un diafragma de presión, estando prevista una disposición para la carga directa de los substratos orgánicos aportados con el vapor caliente separado a partir del dispositivo separador de vapor.

A partir de los substratos tratados en la hidrólisis térmica a presión, directamente después de la descarga de una cantidad parcial del substrato mediante descompresión, un vapor caliente se separa y se emplea para el calentamiento de los substratos orgánicos aportados al procedimiento de hidrólisis. El vapor caliente puede ser insuflado directamente dentro del substrato orgánico macerado.

En una variante de realización preferida del invento, el dispositivo separador de vapor está estructurado como un ciclón y tiene una unidad distribuidora de vapor, por ejemplo una unidad de conjunto de toberas, que está dispuesta directamente en el depósito de acondicionamiento previo para los substratos orgánicos.

En el sentido de un mejoramiento adicional de la administración de la energía del dispositivo conforme al invento, la disposición de carga para el llenado del dispositivo hidrolizador tiene un recipiente a presión,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos, en particular de plantas productoras de energía así como de desechos vegetales y animales, con un depósito de acondicionamiento previo (1) para la recepción de sustancias orgánicas sólidas y/o líquidas, con una disposición de carga (15) para el llenado de un dispositivo hidrolizador (8) con los substratos procedentes del depósito de acondicionamiento previo (1) , así como con una disposición de descompresión (20) , que tiene un depósito expansor (12) destinado a la disminución de la presión de los substratos después del tratamiento en el dispositivo hidrolizador (8) , caracterizado porque la disposición de descompresión (20) tiene un dispositivo separador de vapor (10) , que está conectado delante del depósito expansor

(12) y que está dispuesto corriente abajo de un diafragma de presión (9) , estando prevista una disposición para la carga directa de los substratos orgánicos aportados con un vapor caliente separado desde el dispositivo separador de vapor (10) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo separador de vapor está estructurado como un ciclón (10) y alimenta a una unidad distribuidora de vapor (3) , por ejemplo a una unidad de conjunto de toberas, que está dispuesta directamente en el depósito de acondicionamiento previo (1) para los substratos orgánicos.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque un tubo expansor (11) que sale desde el dispositivo separador de vapor (10) es conducido a través del depósito de acondicionamiento previo (1) y está estructurado para la entrega de calor de escape por contacto al contenido del depósito de acondicionamiento previo (1) .

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo separador de vapor (10) está dispuesto directamente por encima del depósito de acondicionamiento previo (1) , y el tubo expansor (11) , que conduce en lo esencial perpendicularmente al depósito de acondicionamiento previo (1) , tiene aproximadamente el volumen de una carga sacada desde el dispositivo hidrolizador (8) .

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque un tubo expansor (11) que sale desde el dispositivo separador de vapor (10) desemboca directamente en el depósito expansor (12) .

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque en el depósito de acondicionamiento previo (1) está dispuesto un dispositivo agitador (2) .

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque la disposición de carga

(15) para el llenado del dispositivo hidrolizador (8) tiene un recipiente a presión (5) , que junto a una conducción de carga (14) regulada por válvulas hacia el dispositivo hidrolizador (8) tiene otra conducción de conexión (7) regulada por válvulas para la producción de una compensación de la temperatura y de la presión con el dispositivo hidrolizador (8) .

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el recipiente a presión (5) de la disposición de carga (15) está provisto de una unidad de tamizado (6) que sirve para la deshidratación del substrato aportado al depósito de acondicionamiento previo (1) .

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque, partiendo de la unidad de tamizado (6) del recipiente a presión (5) , está prevista una conducción de recirculación (16) que conduce hacia el depósito de acondicionamiento previo (1) para el substrato líquido exprimido en la unidad de tamizado (6) .

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la conducción de recirculación (16) es conducida a través de un intercambiador de calor (13) integrado en el depósito expansor (12) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la disposición de carga (15) tiene un tornillo sinfín de transporte (22) que se extiende en el depósito de acondicionamiento previo (1) para el transporte de un cofre flotante superficial (21) , que se compone de componentes fibrosos sólidos de los desechos preferiblemente vegetales.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el tornillo sinfín de transporte (22) tiene una unidad de tamizado (18) , que sirve para la deshidratación previa del substrato transportado.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 12, caracterizado porque este dispositivo es una parte de una instalación de producción de biogás con una central termoeléctrica en bloque, estando prevista una disposición (17) para la aportación de gases de escape calientes de la central termoeléctrica en bloque con el fin de calentar al dispositivo hidrolizador (8) .

14. Procedimiento para la hidrólisis discontinua de substratos orgánicos, en particular de plantas productoras de energía así como de desechos vegetales y animales, mediante hidrólisis térmica a presión (explosión con vapor) caracterizado porque a partir de los substratos tratados en la hidrólisis térmica a presión, inmediatamente después de la descarga de una cantidad parcial del substrato mediante descompresión, un vapor caliente se separa y se

emplea para el calentamiento de los substratos orgánicos aportados al procedimiento de hidrólisis, siendo insuflado el vapor caliente directamente en el substrato orgánico macerado.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el vapor caliente aportado se emplea

para la separación de componentes fibrosos sólidos de los desechos preferiblemente vegetales y para la formación 5 de un cofre flotante superficial.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque los substratos orgánicos macerados, aportados a la hidrólisis térmica a presión, son previamente deshidratados, de manera tal que solamente unas pequeñas cantidades de substrato se tienen que llevar al nivel de temperatura que es necesario para la hidrólisis térmica a presión.,