DESCRIPCIÓN

La presente invención proporciona un procedimiento de obtención de un fertilizante por pirólisis de materias primas de origen animal, en particular seleccionadas de entre pelo, pluma, lana o harinas cárnicas, pudiéndose emplear el producto obtenido por dicha pirólisis como fertilizante directamente o como materia prima para la obtención de fertilizantes.

Habitualmente, la pirólisis es un proceso de conversión termoquímica que convierte la biomasa en combustibles útiles (ácidos piroleñosos, gases y biocarbones) mediante calentamiento a temperaturas moderadamente alta (350-650°C) y en ausencia de oxígeno, siendo un procedimiento ampliamente empleado para el aprovechamiento energético de la biomasa (material orgánico de origen vegetal), una fuente de energía considerada limpia con apenas emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno. Forestas razones, la conversión energética de biomasa se ha convertido en una ruta prometedora para la obtención de combustibles gaseosos y líquidos, carbones y productos químicos de interés.

Por su parte, la pirólisis se define como un proceso termoquímico de transformación de la biomasa que, mediante la aplicación de energía y en ausencia de oxígeno, transforma la biomasa inicial en tres productos: gases no combustibles, aceites y char, biochar o “biocarbón o residuo carbonoso (Bahng, M.K.; Mukarakate, C.; Robichaud, D.J.; Nimios, M.R. (2009). Current technologies for analysis of biomass thermochemical processing: A review.Analytica Chimica Acta 651(2): 117-138). Los aceites o fracción líquida de la pirólisis, conocida como “bioaceites” o “ácidos piroleñosos”, se obtienen por enfriamiento y condensación de los gases producidos durante el proceso de pirólisis.

Dependiendo de las condiciones de operación, el balance en peso de los tres productos finales puede cambiar, siendo la temperatura la variable operativa que más influye en el rendimiento y en las características fisicoquímicas de los productos finales del proceso. Un aumento de la temperatura produce un mayor rendimiento de la fracción gaseosa (Demirbas, A. (2007). The influence of temperature on the yields of compounds existing in bio-oils obtained from biomass samples via pyrolysis. Fuel Processing Technology 88(6): 591-597). Los bioaceites o ácidos piroleñosos que se obtienen en el proceso son una mezcla compleja de hidrocarburos alifáticos oxigenados y compuestos aromáticos (Balat, M., Kirtay, E., Balat, H. (2009). Main routes for the thermo-conversion of biomass into fuels and chemicals. Part 1 : Pyrolysis systems. Energy Conversion and Management 50(12): 3147-3157). El uso directo de estos líquidos como combustibles no es posible debido a sus inherentes características fisicoquímicas, como son un alto contenido en agua, elevada acidez y viscosidad. Debido a ello, se hace necesario el procesamiento de los ácidos piroleñosos para facilitar su uso como combustible (Demirbas A. (2000). Mechanisms of liquefaction and pyrolysis reaction of biomass. Energy Conversion and Management 42 (11): 1357-1378). El gas no condensable, como consecuencia de su composición química (altos contenido en hidrógeno y metano) puede ser trasformado en energía eléctrica mediante el uso de turbinas. El biocarbón o residuo carbonoso que se obtiene tras la pirólisis, tiene el mismo poder calorífico equivalente que la mayor parte de los carbones bituminosos, con la ventaja de que las emisiones de SOx y NOx que se producen en su utilización como combustible (mediante combustión), son mucho menores que las producidas por los carbones minerales convencionales (9). Además, las propiedades texturales de estos biocarbones, permiten su aplicación como enmienda del suelo, fertilizantes naturales, captación de CO2, agente secuestrador de toxinas en alimentación animal o transformación en carbones activos (Kim, K. H., J.-Y. Kim, Cho, Thae- Sue, Choi, J.W. (2012). Influence of pyrolysis temperature on physicochemical properties of biochar obtained from the fast pyrolysis of pitch pine (Pinus rígida). Bioresource Technology 118: 158-162).

Por ejemplo, el artículo de In-Hee Hwang y col. (Characterization of products obtained from pyrolysis and steam gasification of wood waste, RDF, and RPF”, Waste Management 34 (2014) 402-410) describe los productos obtenidos por la pirólisis de aceites usados, papel y plásticos y residuos de madera. Igualmente, Ching-Yuan Chang y col. (Major Products Obtained from the Pyrolysis of Oil Sludge, Energy & Fuels 2000, 14, 1176-1183) describen los productos obtenidos a partir de la pirólisis de aceites usados, principalmente productos gaseosos (gases no condensables a 298 K), excluyendo N2, CO2 (50,88% en peso), HC (hidrocarburos, 25,23% en peso, principalmente parafinas y definas de bajo peso molecular), H2O (17,78% en peso) y CO (6,11% en peso), la temperatura correspondiente a la tasa máxima de producción de HC es 713 K. Las características de destilación de producto líquido (condensado de gas a 298 K) procedente de la pirólisis de lodos de aceite se asemeja al gasóleo.

Numerosos documentos y solicitudes de patente dan a conocer métodos para la pirosis de biomasa, concretamente para la producción de biocombustibles (véase, por ejemplo, EP2823019, ES2656782, EP2783764).

En el artículo de Henry Oghenero Orugba y col. (Multi-parametric optimization of the catalytic pyrolysis of pig hair into bio-oil, Clean Energy, 2021 , 527-535 https://doi.org/10.1093/ce/zkab038) se describe un proceso de pirólisis adecuado para obtener biocombustibles a partir de pelo de cerdo, en el que se investigan las influencias combinadas de la temperatura, la velocidad de calentamiento y el peso del catalizador en el rendimiento de obtención de un bioaceite.

La presente invención, a diferencia de los documentos conocidos del estado de la técnica, proporciona un procedimiento de obtención de un fertilizante por pirólisis de materias primas de origen animal, en particular seleccionadas de entre pelo, pluma, lana o harinas cárnicas, pudiéndose emplear el producto obtenido como fertilizante solo o en combinación con otros productos fertilizantes o como materia prima para la obtención de un fertilizante, dado que el producto sólido y el producto líquido obtenidos mediante este procedimiento contienen cantidades adecuadas de nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico, fósforo (en forma de P2O5), óxido de potasio, extractos húmicos y fúlvicos, componentes bien conocidos y útiles en el campo de la fertilización y la industria de fabricación de fertilizantes, y residuos conteniendo carbono lábil, que pueden ser aprovechados por los microorganismos del suelo como fuente de energía, así como par dar estructura a los suelos y aumentar la retención de agua en los mismos.

Así, este procedimiento permite reutilizar materiales animales de escaso valor o de escasa utilidad en el campo de la fertilización dando como resultado un fertilizante o una materia prima para fabricar un fertilizante, aumentando así el valor de las materias primas empleadas.

En este contexto, en general, estas materias primas animales no se aprovechan en la industria de los fertilizantes como tales, ya que, debido a su estructura, no llegan a descomponerse, por lo que no se produce un aporte a la planta de componentes que podrían ser útiles, al no poder disponer de ellos. El tiempo de degradación de estos materiales, si se emplearan como tales, podría llegar a ser de hasta 20 años. Así, el pelo de cerdo tiene un contenido en nitrógeno total del 5-8% en peso, un contenido en nitrógeno amoniacal del 0,6 al 1 ,2% en peso, un contenido en nitrógeno orgánico del 1 al 7% en peso, un contenido de P2O5 soluble del 0,1 al 0,6% en peso y un contenido de K2O soluble del 0,6 al 1 ,5% en peso, la pluma de ave tiene un contenido en nitrógeno total del 5-8% en peso, un contenido en nitrógeno amoniacal del 0,1 al 0,9% en peso, un contenido en nitrógeno orgánico del 1 al 7% en peso, un contenido de P2O5 soluble del 0,1 al 0,5% en peso y un contenido de K2O soluble del 0,2 al 1 ,0% en peso, la lana de oveja tiene un contenido en nitrógeno total del 5-8% en peso, un contenido en nitrógeno amoniacal del 0,4 al 1 ,0% en peso, un contenido en nitrógeno orgánico del 2 al 7% en peso, un contenido de P2O5 soluble del 0,2 al 0,8% en peso y un contenido de K2O soluble del 0,3 al 1 ,1 % en peso y la harina de carne tiene un contenido en nitrógeno total del 8-11% en peso, un contenido en nitrógeno amoniacal del 0,2 al 0,5% en peso, un contenido en nitrógeno orgánico del 1 al 10% en peso, un contenido de P2O5 soluble del 3,5 al 6,5% en peso y un contenido de K2O soluble del 0,3 al 1 ,1% en peso.

Por ello, el procedimiento de la invención permite acelerar el proceso de degradación de estos materiales poco útiles para poder utilizarlos como fertilizantes.

El procedimiento de la invención, más concretamente la pirólisis de materias primas de origen animal, en particular seleccionadas de entre pelo o pluma o lana o harinas de carne se basa en la pirólisis de la materia prima seleccionada sometiéndola a) en el caso de pelo, pluma o lana, a una fase de calentamiento inicial, partiendo de temperatura ambiente (20 °C), a una primera temperatura de 135-138 °C, con una velocidad de calentamiento de 28 °C/hora o para el caso de la harina de carne, aplicando solo la segunda fase de calentamiento b), y manteniendo esa temperatura durante 15 minutos, b) a una segunda fase de calentamiento a una segunda temperatura de 175-185 °C con una velocidad de calentamiento de 50 °C/hora, manteniendo esta temperatura durante 15 min, c) en cada etapa de calentamiento, recuperar los gases derivados y someterlos a una etapa de enfriamiento a 300-400 °C, obteniéndose de las etapas a) y b) un fertilizante sólido y obteniéndose de las etapas c) y d) un fertilizante líquido.

El uso de esas temperaturas viene condicionado principalmente por la estructura de la materia prima, en el caso del pelo, la pluma y la lana, la estructura para mantener sus características esta conformada por puentes disulfuro en sus enlaces, lo que hace que esas materias primas y por ende sus enlaces sean complejos de disociar. A partir de 135-138 °C, los puentes disulfuro se desestructuran y el nitrógeno queda libre, por dicho motivo para estas tres materias primas se mantiene durante 15 minutos a esa temperatura, lo que permite, una mayor recuperación del nitrógeno, pasando de una recuperación del 25% del nitrógeno inicial, con una subida paulatina a 28°C/min, a una recuperación superior al 75%, con el mantenimiento durante 15 minutos a 138°C.

En cambio para las harinas de carne como han sido tratadas inicialmente ya con temperatura para su reproceso, no requiere de ese tratamiento para la desestructuración de los enlaces disulfuro.

El proceso de pirólisis de la invención se lleva a cabo esencialmente mediante un calentamiento en varias etapas para un mejor aprovechamiento de los productos obtenidos tanto en relación a la fase sólida como a la fase gaseosa recuperada en fase líquida, ya que como es sabido, los productos finales obtenidos dependen de la materia prima utilizada, la temperatura, la velocidad de reacción y la velocidad de enfriamiento de los vapores generados.

Así, el procedimiento de la invención permite obtener un fertilizante sólido y un fertilizante líquido que incluye, además de otros, los siguientes componentes útiles en el campo de la fertilización: Ejemplos

Los siguientes ejemplos se llevaron a cabo en una planta de pirólisis de un volumen útil de 10 litros. Los gases obtenidos se introdujeron en un circuito de refrigeración mediante agua, donde los intercambiadores son del tipo carcasa-tubos y con diferentes circuitos en función de la temperatura de salida de los gases del reactor de pirólisis.

Pelo de cerdo

Se someten 20 kg de pelo de cerdo al procedimiento descrito (dos fases de calentamiento), obteniéndose 5.910 gramos de un producto sólido con una humedad del 0,1% y 10.200 gramos de un producto líquido.

El producto sólido incluye los siguientes componentes: El producto líquido incluye los siguientes componentes:

Este producto líquido que contiene aminoácidos se trata para disminuir el pH con el fin de estabilizar dichos aminoácidos, preferentemente a pH 7-7,5, con un ácido seleccionado entre ácido cítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.

Pluma de ave

Se someten 10 kg de pluma de ave al procedimiento descrito (dos fases de calentamiento), obteniéndose 2.360 gramos de un producto sólido con una humedad del 0,1 % y 6.050 gramos de un producto líquido.

El producto sólido incluye los siguientes componentes: El producto líquido incluye los siguientes componentes:

Este producto líquido que contiene aminoácidos se trata para disminuir el pH con el fin de estabilizar dichos aminoácidos, preferentemente a pH 7-7,5, con un ácido seleccionado entre ácido cítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.

Lana de oveja

Se someten 17 kg de lana de oveja al procedimiento descrito (dos fases de calentamiento), obteniéndose 4.100 gramos de un producto sólido con una humedad del 0, 1 % y 8.640 gramos de un producto líquido.

El producto sólido incluye los siguientes componentes: El producto líquido incluye los siguientes componentes:

Este producto líquido que contiene aminoácidos se trata para disminuir el pH con el fin de estabilizar dichos aminoácidos, preferentemente a pH 7-7,5, con un ácido seleccionado entre ácido cítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.

Harina de carne

Se someten 15 kg de harina de carne al procedimiento descrito (una fase de calentamiento), obteniéndose 4.700 gramos de un producto sólido con una humedad del 0,1 % y 7.230 gramos de un producto líquido.

El producto sólido incluye los siguientes componentes: El producto líquido incluye los siguientes componentes:

Este producto líquido que contiene aminoácidos se trata para disminuir el pH con el fin de estabilizar dichos aminoácidos, preferentemente a pH 7-7,5, con un ácido seleccionado entre ácido cítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.