MX2013009117A - Aceite de calentamiento renovable. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un bioaceite más estable y valioso producido a partir de biomasas. Más específicamente, se proporciona un bioaceite más estable y valioso útil como aceite de calentamiento. Particularmente, varias modalidades de la presente invención proporcionan un bioaceite que tiene suficiente poder calorífico para que sea útil como aceite de calentamiento sin necesidad de hidrotratar el bioaceite o de utilizar un proceso de desoxigenación similar.

Description

ACEITE DE CALENTAMIENTO RENOVABLE Campo de la Invención Las modalidades de la presente invención se relacionan en general con bioaceites más estables y valiosos elaborados a partir de biomasas, más específicamente se relacionan con bioaceites que son útiles como aceite de calentamiento. Particularmente, varias modalidades de la presente invención proporcionan un bioaceite útil como aceite de calentamiento sin necesidad de hidrotratar el bioaceite o de utilizar un proceso de desoxigenación similar.

Antecedentes de la Invención Con la elevación de costos y preocupaciones ambientales asociados con los combustibles fósiles, las fuentes de energía renovables se han vuelto cada vez más importantes. El desarrollo de fuentes de combustibles renovables propprciona un medio para reducir la dependencia de combustibles fósiles. Consecuentemente, muchas áreas de investigación de combustibles renovables diferentes actualmente están siendo exploradas y desarrolladas.

Con su bajo costo y amplia disponibilidad, se ha enfatizado cada vez más en la investigación de combustibles renovables que la biomasa es una carga de alimentación ideal. Consecuentemente, se han desarrollado muchos procesos de conversión diferentes que utilizan biomasa como carga'" de Ref . 242951 alimentación para producir biocombustibles útiles y/o productos químicos de especialidad. Los procesos de conversión de biomasa existentes incluyen, por ejemplo, combustión, gasificación, pirólisis lenta, pirólisis rápida, licuefacción, y conversión enzimática. Uno de los productos útiles que pueden derivarse de los procesos de conversión de biomasa antes mencionados es un producto líquido comúnmente conocido como "bioaceite". El bioaceite puede procesarse para obtener combustibles de transportación, productos químicos hidrocarbonados , y/o productos químicos de especialidad.

A pesar de los avances recientes en los procesos de conversión de biomasa, muchos de los procesos de conversión de biomasa existentes producen bioaceites de baja calidad que contienen altas cantidades de oxígeno, que son difíciles, incluso imposibles, de separar en varias fracciones. Estos bioaceites requieres un mejoramiento secundario extenso con el fin de que sean utilizados como aceites de calentamiento o combustibles de calentamiento debido a las altas cantidades de oxígeno presente en el bioaceite.

Más específicamente, la producción de bioaceite por medio de pirólisis, tanto rápida como lenta, puede ser problemática. La pirólisis se caracteriza por la descomposición térmica de materiales en una atmósfera: pobre en oxígeno o libre de oxígeno (es decir, significativamente menos oxígeno que el requerido para una combustión completa) .

En el pasado, a la pirólisis se le conocía como pirólisis lenta cuyos productos de equilibrio incluían sólidos no reactivos (carbón y cenizas) , líquidos (alquitrán y/o licor piroleñoso) , y gases no condensables.

Más recientemente, se ha reconocido que la pirólisis puede llevarse a cabo a través de un método de pirólisis rápida (rápida o instantánea) en donde la carga de alimentación finamente dividida se calienta rápidamente y el tiempo de reacción se mantiene corto, es decir, del orden de segundos. La pirólisis rápida da como resultado altos rendimientos de líquidos y gases primarios que no son de equilibrio (incluyendo productos químicos valiosos, productos químicos intermedios, productos químicos hidrocarbonados y biocombustibles) .

Los líquidos que no son de equilibrio (o bioaceites) producidos por pirólisis rápida son adecuados; como combustible para una combustión limpia y controlada en calderas y para uso en turbinas a diesel y estacionarias. De hecho, los líquidos de bioaceite ofrecen algunas ventajas distintivas para calentamiento y producción de energía con respecto a los productos de gasificación y la combustión directa de biomasa. Algunas de las ventajas del bioaceite son: - Densidades de energía más altas en comparación con la combustión directa de la biomasa sin procesar,- - Más fáciles/económicos de transportar y manipular que la biomasa sin tratar o gas pobre; - Las calderas existentes pueden usarse con bioaceite, sujetas solo a modernización; - Menores emisiones en el uso de calderas en comparación con combustibles sólidos debido a un mejor control del proceso de combustión; y El bioaceite de los procesos de pirólisis es el biocombustible menos costoso para uso estacionario y su balance neto de C02 es mejor que el de otros bioco bustibles .

Sin embargo, además de todas esas ventajas, la inestabilidad, corrosividad y bajo poder calorífico en comparación con un aceite de calentamiento convencional, han evitado un éxito total de los bioaceites de pirólisis como combustible de calentamiento. Además, se ha reconocido que los bioaceites derivados de pirólisis son inadecuados para usarse como aceites de calentamiento y no pueden ] usarse directamente como aceite de calentamiento sin un hidrotratamiento subsiguiente (véase por ejemplo EP 0718392 y WO 2009/12650B) . De hecho EP 0718392 señala que el hidrotratamiento para remover completamente el oxígeno del bioaceite representaría un costo principal y prohibitivo debido al alto contenido de oxígeno del bioaceite derivado de pirólisis .

Consecuentemente, sería ventajoso desarrollar un bioaceite derivado de pirólisis que pudiera utilizarse como aceite de calentamiento en donde el bioaceite tuviese estabilidad mejorada, menor corrosividad y poder calorífico más alto que los bioaceites de técnica anterior sin tener que someterse a hidrotratamiento o a otros procesos de desoxigenación .

Breve Descripción de la Invención En una modalidad de la presente invención, se proporciona una composición de aceite de calentamiento renovable derivado de la conversión termoquímica de una biomasa celulósica, en donde la composición de aceite de calentamiento renovable comprende hidrocarburos que consisten de (a) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tenga un contenido de oxígeno menos que aproximadamente 30 por ciento en peso, y (b) un componente no oxigenado con un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso.

En otra modalidad de la presente invención, se proporciona una composición de aceite de calentamiento renovable derivada de una biomasa celulósica, en donde la composición de aceite de calentamiento renovable se produce por medio de un proceso que comprende: (a) convertir por lo menos una porción del material de biomasa celulósica en un ambiente pobre en oxígeno en presencia de un material catalítico a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 200 °C hasta aproximadamente 1000 °C para producir una corriente de producto de reacción que contiene la composición de aceite de calentamiento renovable; y (b) separar la composición de aceite de calentamiento renovable de la corriente de producto de reacción de tal manera que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un poder calorífico mayor que 23,260 x 103 J/kg (10,000 Btu/lb) sin una etapa de hidrotratamiento de remoción de oxígeno, y en donde la composición de aceite de calentamiento renovable comprende principalmente hidrocarburos y los hidrocarburos consisten (i) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno menor que aproximadamente 30 por ciento en peso, y (ii) un componente no oxigenado que tiene un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso.

Breve Descripción de las Figuras Las modalidades de la presente invención se describen abajo detalladamente con referencia a las figuras adjuntas, en donde : La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema., de conversión de biomasa de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La figura 2 es una gráfica que ilustra la estabilidad;; de muestras de bioaceite a través del tiempo.

La figura 3 es una gráfica que ilustra datos sobre la estabilidad del aceite de pirólisis a 90 °C tomado de la Tabla 2 de Czernik, S . ; Johnson, D. K. y Black, S. Stability of wood fast pryrolysis oil. Biomass and Bioenergy 1994. 7 (1-6), 187-192.

Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción detallada de varias modalidades de la invención hace referencia a la figura 1 que ilustra un sistema de conversión de biomasa adecuado para usarse en la producción de un aceite de calentamiento renovable de conformidad con la invención. Las modalidades pretenden describir aspectos de la invención con detalle suficiente para permitir que aquellos con experiencia en la técnica practiquen la invención. Pueden utilizarse otras modalidades y pueden hacerse cambios sin alejarse del alcance de la presente invención. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no debe considerarse en un sentido de limitación. El alcance de la presente invención está definido solo por las reivindicaciones anexas, junto con el alcance completo de equivalentes al cual tienen derecho tales reivindicaciones.

La ¦ pirólisis tal como se emplea en la presente se refiere a procesos de pirólisis no catalíticos. Los procesos de pirólisis rápida son procesos de pirólisis para convertir todo o parte de la biomasa a bioaceite por calentamiento, de la biomasa en una atmósfera pobre en oxígeno o libre de oxígeno. La biomasa se calienta hasta la temperatura de pirólisis durante un tiempo corto en comparación con el proceso de pirólisis convencional, es decir, menos de 10 segundos. Las temperaturas de pirólisis pueden estar en el intervalo de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 1000 °C. Frecuentemente la biomasa se calentará en un reactor utilizando un portador de calor inerte, tal como arena. Tal como se utiliza arriba, el término "pobre en oxígeno" se refiere a una atmósfera que contiene menos oxígeno que el aire ambiental. En general, la cantidad de oxígeno debe ser tal que evite la combustión del material de biomasa o la emanación de productos vaporizados o gaseosos del material, de biomasa, a la temperatura de pirólisis. Preferentemente, la atmósfera está esencialmente libre de oxígeno, es decir, contiene menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de oxígeno .

El craqueo catalítico de biomasa (BCC, por sus siglas en inglés) tal como se utiliza en la presente se refiere a una pirólisis catalítica, en donde se emplea un catalizador para ayudar a facilitar el craqueo de los componentes y compuestos de la biomasa bajo condiciones de tipo pirólisis rápida. Consecuentemente, en un proceso de BCC se emplea un catalizador en el reactor para facilitar la conversió de la biomasa a bioaceite. El catalizador puede premezclarse con la biomasa antes de introducirse en el reactor o puede introducirse en el reactor por separado. Si se introduce por separado en el reactor, puede usarse un catalizador en forma de partículas en lugar de todo o parte del portador de calor de calor inerte.

La presente invención está dirigida a composiciones de bioaceites que tienen propiedades químicas y físicas que son particularmente adecuadas para usarse como aceite de calentamiento o combustible de calentamiento en hornos, calderas o estufas. En particular, la invención está dirigida a definir una composición de aceite de calentamiento renovable con mayor estabilidad, menor corrosividad, y mayor poder calorífico comparado con aceites de pirólisis. El bioaceite de la presente invención es una composición de aceite de calentamiento renovable caracterizado por tener un poder calorífico mayor que aproximadamente 23260 x 103 J/kg (10,000 Btu/lb) . Más preferentemente, el poder calorífico será de aproximadamente 25,586 x 103 J/kg (11,000 Btu/lb). y, generalmente, de aproximadamente 25,586 x 103 J/kg (11,000 Btu/lb) a aproximadamente 41,868 x 103 J/kg (18,000 Btu/lb) o de aproximadamente 32564 x 103 J/kg (14,000 Btu/lb): a aproximadamente 41,868 x 103 J/kg (18,000 Btu/lb). Adicionalmente , la composición de aceite de calentamiento renovable de la presente invención se caracteriza porque comprende principalmente hidrocarburos y los hidrocarburos consisten de (i) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno menor que aproximadamente 30 por ciento en peso, y (ii) un componente no oxigenado con un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso. Preferentemente, el componente oxigenado está presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno de aproximadamente 5 por ciento en j>eso a aproximadamente 30 por ciento en peso, más preferentemente de aproximadamente 6 por ciento en peso a aproximadamente 20 por ciento en peso, e incluso más preferentemente de aproximadamente 7 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso. Preferentemente, el contenido de aromáticos del componente no oxigenado será de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso. El contenido de oxígeno para la composición de aceite de calentamiento renovable que se indica aquí es sobre una base seca; es decir sin incluir el contenido de oxígeno de' alguna agua presente en la composición de aceite de calentamiento renovable .

La presente invención puede dar como resultado composiciones de aceites de calentamiento renovables mucho más estables que los de la técnica anterior. En ciertas modalidades, la composición de aceite de calentamiento renovable de la presente invención tendrá un parámetro de estabilidad menor que 30 centipoise por hora (cp/h) , y preferentemente no mayor que 20 cp/h, no mayor que 15 cp/h o no mayor que 10 cp/h. El parámetro de estabilidad caracteriza la estabilidad de un bioaceite a través del tiempo. Tal como se utiliza en la presente, el "parámetro de estabilidad" de un bioaceite o de un aceite de calentamiento renovable se define como la pendiente de una línea recta del mejor ajuste para una gráfica de viscosidad del bioaceite (centipoises) a través del tiempo (horas) , en donde los valores de viscosidad graficados son de muestras del bioaceite añejado a 40 °C, el proceso de añejamiento se lleva a cabo a 90 °C y las muestras se toman al principio del añejamiento (tiempo = 0 horas) , a las 8 horas después de iniciado el añejamiento, 24 horas después de iniciado el añejamiento, y 48 horas después de iniciado el añejamiento. Solo se utilizan puntos de datos que presentan un coeficiente de correlación mayor que 0.9 (R2 > 0.9) para determinar el parámetro de estabilidad. Generalmente, un bioaceite de baja estabilidad tiene un parámetro de estabilidad mayor que 75 cp/h, un bioaceite de estabilidad intermedia tiene un parámetro de estabilidad en el intervalo de 30 a 75 cp/h y un bioaceite de alta estabilidad tiene un parámetro de estabilidad menor que 30 cp/h. Adicionalmente , un bioaceite con un parámetro de estabilidad menor que 1 cp/h puede clasificarse como un bioaceite ultra estable de tal manera que el bioaceite de alta estabilidad es aquél con un parámetro de estabilidad inferior a 30 cp/h pero de al menos 1 cp/h.

La producción del aceite de calentamiento renovable puede lograrse produciendo un bioaceite derivado de una biomasa que es convertida en un proceso de craqueo catalítico de biomasa (BCC) de conformidad con la invención, particularmente un proceso de BCC que utiliza un reactor de transporte de lecho fluido. Con referencia ahora a la figura 1, ésta ilustra un sistema de conversión de biomasa 10 que es adecuado para producir una composición de aceite de calentamiento renovable de la presente invención. Debe entenderse que el sistema de conversión de biomasa mostrado en la figura 1 es solo un ejemplo de un sistema en el cual puede incorporarse la presente invención. La presente invención puede encontrar aplicación en una amplia váriédad de otros sistemas en donde es deseable convertir eficientemente y efectivamente una biomasa a una composición de aceite de calentamiento renovable. A continuación se describirá detalladamente el sistema de conversión de biomasa de ejemplo ilustrado en la figura 1.

El sistema de conversión de biomasa 10 de la figura 1 incluye una fuente de biomasa 12 para suministrar una carga de alimentación de biomasa para convertirla a bioaceite.' La fuente de biomasa 12 puede ser, por ejemplo, una tolva,., un depósito almacenador, un vagón, un remolque de carreteril, o cualquier otro dispositivo que pueda contener o almacenar biomasa. La biomasa suministrada por la fuente de biomasa 12 puede estar en forma' de partículas sólidas. Las partículas de biomasa pueden ser materiales de biomasa fibrosos que comprenden un material que contiene celulosa (material celulósico) . Ejemplos de materiales adecuados que contienen celulosa incluyen algas, desechos de papel, y/o borra de algodón. En una modalidad, las partículas de biomasa pueden comprender un material lignocelulósico . Ejemplos de materiales lignocelulósicos adecuados incluyen desechos forestales tales como virutas de madera, aserrín, desechos de pasta papelera, y ramas de árboles; desechos agrícolas tales como forraje de maíz, paja de trigo, y bagazo; y/o cultivos energéticos tales como eucaliptos, pasto varilla, y monte baj o . i , Como se ilustra en la figura 1, las partículas de biomasa sólidas de la fuente de biomasa 12 pueden suministrarse a un sistema de alimentación de biomasa 14. El sistema de alimentación de biomasa 14 puede ser cu lquier sistema capaz de alimentar biomasa en forma de partículas sólidas a un reactor de conversión de biomasa 16. Mientras se encuentra en el sistema de alimentación de biomasa 14, el material de biomasa puede experimentar varios pretratamientos para facilitar las subsiguientes reacciones de conversión.

Tales pretratamientos pueden incluir secado, tostación, torrefacción, desraineralización, explosión de vapor, agitación mecánica, y/o cualquier combinación de los mismos.

En una modalidad, puede ser deseable combinar la biomasa con un catalizador en el sistema de alimentación de biomasa 14 antes de introducir la biomasa en el reactor de conversión de biomasa 16. Alternativamente, el catalizador puede introducirse directamente en el reactor de conversión de biomasa 16. El catalizador puede ser catalizador fresco y/o regenerado. El catalizador puede comprender, por ejemplo, un ácido sólido, tal como una zeolita. Ejemplos de zeolitas adecuadas incluyen ZSM-5, Mordenita, Beta, Ferrierita, y zeolita Y. Adicionalmente , el catalizador puede comprender un superácido. Ejemplos de superácidos adecuados incluyen formas sulfonadas, fosfatadas, o fluoradas de zirconia, titania, alúmina, sílice-alúmina, y otras arcillas. En otra modalidad, el catalizador puede comprender una base sólida. Ejemplos de bases sólidas adecuadas incluyen óxidos metálicos, hidróxidos metálicos, y/o carbonatos metálicos. En particular, son adecuados los óxidos, hidróxidos, y carbonatos de metales alcalinos, metales alcalinotérreos , metales de transición, y/o metales de tierras raras. Otras bases sólidas adecuadas son hidróxidos dobles en capa, óxidos metálicos mixtos, hidrotalcita, arcillas, y/o combinaciones de los mismos.' En aún otra modalidad, el catalizador puede comprender también una alúmina, tal como alfa-alúmina.

Debe apreciarse que los materiales de biomasa sólida generalmente contienen minerales. Se reconoce que algunos de estos minerales, tales como carbonato de potasio, pueden tener actividad catalítica en la conversión del material de biomasa. A pesar de que estos minerales están típicamente presentes durante la conversión química que tiene lugar en el reactor de conversión de biomasa 16, no se consideran catalizadores .

El sistema de alimentación de biomasa 14 introduce la carga de alimentación de biomasa en un reactor de conversión de biomasa 16. En el reactor de conversión de biomasa 16, la biomasa se somete a una reacción de conversión termoquímica que produce bioaceite. El reactor 16 puede ser cualquier sistema o dispositivo capaz de convertir termoquímicamente biomasa a bioaceite. El reactor de conversión de biomasa; 16 puede ser, por ejemplo, un reactor de lecho fluidificado, un reactor ciclónico, un reactor ablativo, o un reactor elevador .

En una modalidad, el reactor de conversión de biomasa 16 puede ser un reactor elevador y la reacción de conversión puede ser una pirólisis catalítica rápida mejorada o ¿raqueo catalítico de biomasa (BCC) . Como se discutió anteriormente, la conversión de BCC debe ocurrir en una atmósfera pobre en oxígeno o, preferentemente, libre de oxígeno. En una modalidad, el BCC se lleva a cabo en presencia de un gas inerte, tal como nitrógeno, dióxido de carbono, y/o vapor. Alternativamente, la conversión de BCC puede llevarse a cabo en presencia de un gas reductor, tal como hidrógeno, monóxido de carbono, gases no condensables reciclados del proceso de conversión de biomasa, y/o cualquier combinación de los mismos .

El proceso de conversión de BCC se caracteriza por tiempos de residencia cortos y calentamiento rápido de la carga de alimentación de biomasa. Los tiempos de residencia de la conversión pueden ser, por ejemplo, menores que 10 segundos, menores que 5 segundos, o menores que 2 segundos. La conversión de BCC puede ocurrir a temperaturas entré 200 y 1,000 °C, entre 250 y 800 °C, o entre 300 y 600 °C.

En una modalidad particularmente preferida, el catalizador se usa como material portador de calor y se introduce en el reactor 16 a través de la línea 26 a temperatura suficiente para asegurar que la mezcla de reacción alcance una temperatura entre 200 y 1,000 °C, entre 250 y 800 °C, o entre 300 y 600 °C. En esta modalidad, el rápido calentamiento del material de biomasa sólido generalmente puede lograrse proporcionando el material de biomasa sólido en forma de partículas con un diámetro de partícula medio pequeño. Preferentemente, el diámetro de partícula medio de la biomasa es menor que aproxima4amehte 2000 µp?, y más preferentemente menor que aproximadamente 1000 µp?. El pretratamiento de material de biomasa puede ayudar a alcanzar el tamaño de partícula deseado.

Con referencia nuevamente a la figura 1, el efluente de conversión 18 que sale del reactor de conversión de biomasa 16 generalmente comprende gas, vapores y sólidos. Tal como se usa en la presente, los vapores producidos durante la reacción de conversión pueden nombrarse de manera intercambiable como "bioaceite", que el es nombre común para los vapores cuando se condensan a su estado líquido. En el caso de un proceso de BCC, los sólidos en el efluente de conversión 18 generalmente comprenden partículas de carbón, cenizas y/o catalizador gastado.

El bioaceite (contenido en el efluente 18) que sale del reactor de conversión de biomasa 16 estará caracterizado por comprender principalmente hidrocarburos y los hidrocarburos consisten de (i) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno menor que aproximadamente 30 por ciento en peso, y (ii) un componente no oxigenado con un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso. En otras modalidades, el componente oxigenado está presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno (base seca) de aproximadamente 5 ..por ciento en peso a aproximadamente 30 por ciento en peso, más preferentemente de aproximadamente 6 por ciento en peso a aproximadamente 20 por ciento en peso, e incluso más preferentemente de aproximadamente 7 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso. En otras modalidades, el contenido de aromáticos del componente no oxigenado será de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso. Una ventaja distinta de la presente invención es que el bioaceite no necesita tratarse con un proceso de remoción de oxígeno, tal como hidrotratamiento, para alcanzar la composición anterior. El costo asociado con el proceso de hidrotratamiento y la necesidad de hidrotratar bioaceite antes de que sea apropiado para usarse como aceite de calentamiento renovable hace que los bioaceites de pirólisis no sean económicos para usarse como aceite de calentamiento o combustible de calentamiento.

Como se ilustra en la figura 1, el efluente de conversión 18 del reactor de conversión de biomasa 16 puede introducirse en un separador de sólidos 20. El separador de sólidos 20 puede ser cualquier dispositivo convencional capaz de separar sólidos del gas y vapores tales como, por ejemplo, un separador ciclónico o un filtro de gas. El separador de sólidos 20 remueve una parte sustancial de los sólidos (por ejemplo, catalizadores gastados, carbón, y/o ¡Sólidos portadores de calor) del efluente de conversión 18. Las partículas sólidas 22 recuperadas en el separador de sólidos 20 pueden introducirse en un regenerador 24 para regeneración, típicamente por combustión. Después de la regeneración, por lo menos una porción de los sólidos regenerados calientes se pueden introducir directamente al reactor de conversión de biomasa 16 a través de la línea 26. Alternativamente o adicionalmente , los sólidos regenerados calientes pueden dirigirse a través de la línea 28 al sistema de alimentación de biomasa 14 para combinarse con la carga de alimentación de biomasa antes de introducirlos en el reactor de conversión de biomasa 16.

La corriente de fluido sustancialmente libre de sólidos 30 que sale del separador de sólidos 20 puede introducirse entonces a un separador de fluidos 32. Como se mencionó anteriormente, se prefiere y es una ventaja de la presente invención que el bioaceite 30 que entra en el separador de fluidos 32 no haya sido sometido previamente a un proóeso de desoxigenación tal como, por ejemplo, hidrotratamiento . En el separador de fluidos 32, el gas no condensable se separa del bioaceite. El separador de fluidos 32 puede ser cualquier sistema capaz de separar el bioaceite contenido : en . la corriente 30 del gas no condensable. Los sistemas adecuados para usarse como el separador de fluidos 32 incluyen, por ejemplo, sistemas para efectuar la separación por destilación fraccionada, destilación calentada, extracción, separación por membrana, condensación parcial, y/o destilación no calentada. Como se muestra en la figura 1, los gases no condensables 40 removidos del separador de fluidos 32 pueden ser, opcionalmente , reciclados por medio de las líneas 40 y 42 al reactor de conversión de biomasa 16 para usarse como gas de elevación.

Como se discutió anteriormente, la composición de aceite de calentamiento renovable resultante 38, se caracteriza por tener un poder calorífico mayor que aproximadamente 23,260 x 103 J/kg (10,000 Btu/lb) sin tratamiento adicional para remover oxígeno, tal como un proceso de hidrotratamiento de remoción de oxígeno.

Ej em los Ejemplo 1 Se produjeron tres muestras de bioaceite partir de la conversión de partículas de pino amarillo. La muestra A: se produjo por craqueo catalítico de biomasa empleando un catalizador de tipo arcilla en un reactor elevador operado a una temperatura de salida del reactor de aproximadamente 550 °C. Las muestras B y C se produjeron por craqueo catalítico de biomasa empleando un catalizador de tipo zeolita '. en un reactor elevador operado a una temperatura de salida del reactor de aproximadamente 600 °C. El contenido de oxígeno y el poder calorífico del bioaceite se determinaron por los métodos de prueba ASTM D5291 y ASTM D240, respectivamente.

Los resultados se muestran en la tabla 1.

Tabla 1 Para comparación, el poder calorífico de los bioaceites de pirólisis típicos no excede 23,260 x 103 J/kg (10,000 Btu/lb) como puede verse en a) Mahinpey, N.; Murugan, P . Mani, T. y Raina, R. Analysis of bio-oil, biogas, and biochar from pressurized pyrolysis of wheat straw using a tubular reactor. Energy & Fuels 2009. 23 (5), 2736-2742; y b) Czernik, S. y Bridgwater, A. V. Overview of applicati;ons;: of biomass fast pyrolysis oil. Energy and Fuels 2004. 18 (2), 590-598.

Ejemplo 2 Se evaluó la estabilidad para cuatro muestras de bioaceite con base en cambios en la viscosidad utilizando una prueba de estabilidad térmica acelerada basada en las observaciones de Czernik y colaboradores, como se reporta en Czernik, S . ; Johnson, D. K. y Black, S. Stability of wood fast pryrolysis oil. Biomass and Bioenergy 1994. 7 .(1-6), 187-192. Czernik y colaboradores, ilustra que los cambios de viscosidad para bioaceite almacenado 12 semanas a 37 °C corresponden a 6 horas a 90 °C y por los tanto, que los cambios de viscosidad para bioaceite almacenado 1 año a 37 °C corresponden a 24 horas a 90 °C. La prueba de estabilidad térmica acelerada utilizada en estas muestras de bioaceite inventivo en estos ejemplo incluyó calentamiento de las muestras a 90 °C y mantenimiento de las muestras a esa temperatura durante 48 horas. Las cantidades de prueba se tomaron de muestras a las 0, 8, 24 y 48 horas y las mediciones de viscosidad se tomaron con la temperatura de la cantidad de prueba a 40 °C. La viscosidad se midió usando .una versión modificada de ASTM D2983 utilizando una temperatura más alta que la estándar debido a la alta viscosidad del bioaceite a baja temperatura. La viscosidad se midió a 40 °C utilizando un viscosímetro Brookfield. Como se indicó arriba, el aumento en la viscosidad bajo estas condiciones se correlaciona con el almacenamiento a temperatura ambiente de tal manera que 24 horas de tiempo de prueba a 90 °C es igual al cambio en un año de almacenamiento a temperatura aproximadamente ambiente. La prueba de añej amiento se correlaciona bien con los cambios químicos en el líquido asociados a las reacciones de polimerización o condensación. (Véase también, Oasmaa, A. y Kuoppala, E. Fast pyrolysis of forestry residue. 3. Storage stability of liquid fuel. Energy and Fuels 2003, 17 (4), 1075-85.).

Se produjeron cuatro muestras de bioaceite, representativas de la presente invención, a partir de la conversión de partículas de pino amarillo por craqueo catalítico de biomasa empleando un catalizador de tipo zeolita en un reactor elevador operado a una temperatura de salida del reactor de aproximadamente 500 a 600 °C. Los resultados de la estabilidad se ilustran en la figura 2. Para comparación, como se reporta en Czernik y colaboradores, los aceites de pirólisis típicos sometidos a esta prueba de estabilidad térmica acelerada mostraron todos un incremento caso del 100 % en viscosidad después de ocho horas (véase la figura 3, la cual es una representación gráfica de datos de viscosidad para aceite de pirólisis almacenado a 90 °C tomado de la tabla 2 de Czernik y colaboradores) .

Ejemplo 3 Se produjeron tres muestras de bioaceite adicionales a partir de pino amarillo del sur por craqueo catalítico de biomasa empleando un catalizador de tipo zeolita en un reactor elevador operado a una temperatura de salida del reactor de aproximadamente 500 a 650 °C. Las tres muestras de bioaceite se sometieron a la prueba de estabilidad térmica mejorada con el fin de establecer el efecto de una. mayor estabilidad en el poder calorífico de los bioaceites. Como se muestra en la tabla 2, todos los bioaceites ultra estables (bioaceites con un parámetro de estabilidad menor que 1 cp/h) mostraron bajo contenido de oxígeno y poderes caloríficos mayores que 23260 x 103 J/kg (10,000 Btu/lb) . Consecuentemente, los bioaceites ultra estables tuvieron un poder calorífico superior.

Tabla 2 Ejemplo 4 Se realizó una prueba de corrosión de conformidad con los procedimientos de prueba generales de ASTM G31 en acero inoxidable, a dos diferentes temperaturas para las fases líquido y vapor de las muestras de bioaceite de calentamiento producidas a partir de pino amarillo del sur por craqueo catalítico de biomasa empleando un catalizador de tipo zeolita en un reactor elevador operado ;a una temperatura de salida del reactor de aproximadamente 500 a 650 °C. Las muestras contenían 10 y 17 % en peso de oxígeno, producidas como en el ejemplo 1. No fue detectable ninguna corrosión.

Aunque la tecnología se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a modalidades específicas, aquellos con experiencia en la técnica deben entender que pueden hacerse varios cambios en forma y detalle sin alejarse del espíritu y alcance de la tecnología como se define en las reivindicaciones anexas.

Tal como se usa en la presente, los términos "un", "uno" o "una" y "el" o "la" y "el" significan uno o más.

Tal como se usa en la presente, el término "y/o", cuando se usa en una lista de dos o más elementos, significa que cualquiera de los elementos enumerados se puede emplear solo, o puede emplearse cualquier combinación de dos o más de los elementos enumerados. Por ejemplo,! si una composición se describe conteniendo componentes A, B y/o C, la composición puede contener A solo; B solo; C solo; A y B combinados; A y C combinados; B y C combinados; o A, B y C combinados.

Tal como se usan en la presente, los términos "comprendiendo", "comprende", y "comprenden" son términos de transición abiertos utilizados para ir desde un obj eto citado antes del término hasta uno o varios elementos citados después del término, en donde el elemento o los elementos enumerados después del término de transición no son necesariamente los únicos elementos que constituyen el objeto.

Tal como se emplean en la presente, los términos "conteniendo", "contiene" y "contienen" tienen el mismo significado abierto que "comprendiendo", "comprende" y "comprenden", que se da arriba.

Tal como se usan en la presente, los términos "teniendo", "tiene" y "tienen" tienen el mismo significado abierto que "comprendiendo", "comprende" y "comprenden", que se da arriba.

Tal como se emplean en la presente, los términos "incluyendo", "incluye" e "incluyen" tienen el mismo significado abierto que "comprendiendo", "comprende" y "comprenden", que se da arriba.

Las formas preferidas de la invención descrita arriba se utilizarán solo como ilustración, y no deben usarse en un sentido limitado para interpretar el alcance de la presente invención. Las modificaciones a las modalidades de ejemplo, presentadas arriba, podrían hacerlas fácilmente aquellos con experiencia en la técnica sin alejarse del espíritu de la presente invención.

Los presentes inventores declaran su intención de basarse en la Doctrina de Equivalentes para determinar; y evaluar el alcance razonablemente justo de la presente invención al relacionarse con cualquier aparato que no solo se aleja materialmente sino que está fuera del alcance literal de la invención como se establece en las siguientes reivindicaciones .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una composición de aceite de calentamiento renovable derivado de la conversión termoquímica de una biomasa celulósica, caracterizada porque la composición de aceite de calentamiento renovable comprende hidrocarburos que consisten de: (a) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno de 6 por ciento en peso a 20 por ciento en peso, y (b) un componente ' no oxigenado que tiene un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso, en donde la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un poder calorífico de 32,564 X 103 Joules/kilogramo (14,000 Btu/lb) a aproximadamente 41,868 x 103 Joules/kilogramo (18,000 Btu/lb).

2. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente oxigenado está presente en una cantidad tal que el contenido de oxígeno de la composición de aceite de calentamiento renovable es de aproximadamente 7 a aproximadamente 15 por ciento en peso.

3. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de aromáticos del componente no oxigenado es de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso.

4. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente oxigenado está presente en una cantidad tal que el contenido de oxígeno de la composición de aceite de calentamiento renovable es de aproximadamente 7 a aproximadamente 15 por ciento en peso, en donde el contenido de aromáticos del componente no oxigenado es de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso.

5. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque la biomasa celulósica es una biomasa lignocelulósica . '

6. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones í-4, caracterizada porque es utilizable como combustibles para un horno, una caldera o una estufa. · ; l

7. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque se produce a partir de la conversión termoquímica sin una etapa de hidrotratamiento de remoción de oxígeno .

8. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque la conversión termoquímica ocurre en presencia de un catalizador.

9. La composición de aceite de calentamiento renova.ble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 30 cp/h.

10. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 15 cp/h.

11. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 1 cp/h.

12. Una composición de aceite de calentamiento renovable derivada de una biomasa celulósica caracterizada porque se produce por medio de un proceso que comprende: (a) convertir por lo menos una parte del material de biomasa celulósica en un ambiente pobre en oxígeno : en presencia de un material catalítico a una temperatura: erí el intervalo de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 1000 °C para producir una corriente de producto de reacción que contiene la composición de aceite de calentamiento renovable; y (b) separar la composición de aceite de calentamiento renovable de la corriente de producto de reacción de tal manera que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un poder calorífico de aproximadamente 32,564 x 103 Joules/kilogramo (14,000 Btu/kg) a aproximadamente 41,868 x 103 Joules/kilogramo (18,000 Btu/lb) sin una etapa de hidrotratamiento de remoción de oxígeno, y en donde la composición de aceite de calentamiento renovable comprende hidrocarburos que consisten de (i) un componente oxigenado presente en una cantidad tal que la composición de aceite de calentamiento renovable tiene un contenido de oxígeno de 6 por ciento en peso a 20 por ciento en peso, y (ii) un componente no oxigenado con un contenido de aromáticos mayor que aproximadamente 40 por ciento en peso.

13. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 12/ caracterizada porque la biomasa celulósica es una biomasa lignocelulósica .

14. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada , orque el componente oxigenado está presente en una cantidad l÷al que el contenido de oxígeno de la composición de aceite»; de calentamiento renovable es de aproximadamente 7 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso.

15. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el contenido de aromáticos del componente no oxigenado es de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso.

16. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el componente oxigenado está presente en una cantidad tal que el contenido de oxígeno de la composición de aceite de calentamiento renovable es aproximadamente 7 por ciento en peso a aproximadamente 15 por ciento en peso, en donde el contenido de aromáticos del componente no oxigenado es de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso.

17. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-16, caracterizada porque la conversión de la etapa (a) ocurre en menos de 10 segundos.

18. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones ' 12 -16 , caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 30 cp/h.

19. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-16, caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 15 cp/h.

20. La composición de aceite de calentamiento renovable de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12-16, caracterizada porque tiene un parámetro de estabilidad menor que 1 cp/h.