BR0113688B1 - processo para a produção contìnua de um produto de hidrocarboneto. - Google Patents

Description

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO CONTÍNUA DE UM PRODUTO DEHIDROC ARBONETO"

A presente invenção é dirigida a um processo para a produçãocontínua a partir de biomassa de um produto contendo hidrocarboneto tendouma densidade de energia aumentada.

Existe um interesse amplamente difundido quanto àprodução de energia a partir de outros recursos que os combustíveisfósseis. Estimulados por ambos os argumentos ambientais, tanto deredução da poluição pelo uso de combustíveis fósseis convencionais, assimcomo por razões de economia para que sejam encontrados meios para oprovimento de energia quando os recursos de gás ou óleo se esgotarem ouse tornarem economicamente não atraentes, esforços significativos têmsido dirigidos a métodos para o provimento de energia a partir das assimdenominadas fontes de baixa energia ou combustíveis de baixa qualidade,tais que rejeitos ou resíduos industriais, municipais e agrícolas.

Quando a energia pode ser produzida a partir de fontes debaixa energia, estão processos não são apenas interessantes devido a razõesambientais, eles são também interessantes para o provimento de meiosmais baratos de produção de energia, que carecem de fontes de combustívelfósseis convencionais ou de meios para o transporte confiável através dedistâncias maiores. Tais áreas podem ser áreas remotas ou menosdesenvolvidas e o transporte de combustíveis fósseis convencionais seriacomprovadamente dispendioso ou ineficiente.

A WO 95/14850 e a WO 96/ 41070 descrevem processos, nosquais a energia é recuperada a partir de refugo carbonáceo pela trituração dorejeito em partículas pequenas, provendo uma suspensão das partículas emágua com um conteúdo de sólidos de cerca de 5 %, em peso, e pressurizaçãoda suspensão para converter a maior parte do oxigênio ligado quimicamente aCO2, resultando em que a maior parte do carbono seja carbonizado. Aseparação das partículas carbonizadas e a colocação novamente das partículasem suspensão resultou em uma suspensão com uma concentração contendocerca de 55%, em peso, das partículas carbonizadas. A reação da suspensãocontendo as partículas carbonizadas com ar resulta na conversão daspartículas em energia térmica,aplicável a uma quantidade de propósitos.

A EP-A O 204 354 descreve um processo para a produção delíquidos contendo hidrocarboneto a partir de biomassa. Nesta publicação, abiomassa está preferivelmente sob a forma de partículas, com um tamanhoque permite com que as partículas passem através de uma peneira de 5 mm. Abiomassa em partículas é suspensa em água em uma razão de água parabiomassa de 1:1 a 20: l.A suspensão é introduzida em uma câmara de reaçãoe aquecida a uma temperatura de 300-370°C por um período de mais do que30 segundos sob uma pressão aumentada, na faixa de 90 χ IO5 Pa. Após osestágios de separação e isolamento, um produto líquido contendohidrocarboneto (bruto) é obtido com um conteúdo de oxigênio remanescentede menos do que 20%, em peso.

Tendo em vista o interesse atual em um desenvolvimentoadicional de métodos mais amigáveis para o meio ambiente para a geração deenergia e para o uso mais eficiente de recursos naturais, existe umanecessidade quanto ao aperfeiçoamento dos métodos presentementeconhecidos de geração de energia.

Uma das desvantagens do método conhecido, tal como expostona EP-A 0 204 354 é a de que a confiabilidade destes processos tem sidoverificada como sendo variável. Se tais métodos de geração de energia a partirde combustíveis de baixa energia forem implementados em uma larga escalaou em áreas menos desenvolvidas, a confiabilidade destes processos se tornauma questão chave para a exeqüibilidade econômica.

Foi, deste modo, necessário prover quanto a condiçõesoperacionais mais confiáveis e permitir quanto a uma operação maiseconômica de um processo do tipo conforme descrito na EP-A 0 204 354.

Existe ainda uma necessidade quanto a uma razão relativamente baixa deágua para biomassa, de modo a prover uma economia térmica eficiente eaumentada do processo.

Conseqüentemente, constitui um dos objetos da presenteinvenção prover aperfeiçoamentos na tecnologia descrita e, por outro lado,superar as desvantagens presentes na técnica.

E ainda um outro objeto da presente invenção, prover umproduto a partir de biomassa com uma densidade de energia aumentada quepode ser usado, preferivelmente diretamente, na geração de energia, ou quepode ser adicionalmente processado a produtos contendo hidrocarboneto,preferivelmente em uma forma líquida. Constitui também um escopo dapresente invenção prover um processo, preferivelmente um processocontínuo, para a geração de produtos contendo hidrocarboneto,preferivelmente líquidos, com uma densidade ou conteúdo de energiaaumentado. Outro escopo da presente invenção é o de prover um processo, noqual as alimentações podem ser processadas com uma razão de água parabiomassa mais baixa. Além disto, é um objeto da invenção aumentar aeficiência térmica total da conversão de biomassa para produtos com umadensidade de energia aumentada, tais que produtos de hidrocarboneto epermitir quanto a uma variação maior na alimentação de biomassa.

Foi agora verificado que, por uma seqüência de estágios econdições de processo específicas, a biomassa pode ser convertida em umapolpa, que possui densidade de energia aumentada. Esta polpa é usada, porexemplo, como um produto intermediário na geração de energia ou convertidaem um produto de hidrocarboneto líquido. Foi também verificado que, atravésde uma seqüência específica de estágios e/ ou de condições de processo, aprodução contínua de produtos de hidrocaboneto líquidos com um rendimentoaumentado e/ ou um aumento na eficiência (térmica) total do processo a partirda biomassa é efetuada de um modo aperfeiçoado. Deve ser notado, que osprocessos de acordo com a presente invenção propiciam quanto à otimizaçãoadicional, sem que haja afastamento do conceito inventivo da presenteinvenção.

Em conseqüência, a invenção refere-se a um processo para aprodução contínua de uma polpa a partir de biomassa, que compreende umprimeiro estágio, no qual uma alimentação aquosa contendo biomassa ésubmetida a um tratamento, que compreende a colocação da alimentação emuma pressão de 100-150 bar, um segundo estágio, no qual a alimentaçãopressurizada é mantida em uma temperatura não excedente a 280°C duranteum período de até 60 minutos, deste modo formando uma polpa e em que oprimeiro estágio e o segundo estágio são executados de modo subseqüente ouconcomitante.

O processo de acordo com a invenção provê a formação deuma polpa a partir de biomassa. Durante o estágio de pressurização e/ ou oestágio em que a alimentação é aquecida para formar uma polpa, é verificado,sem estar limitado a isto, que a estrutura da biomassa é enfraquecida. Asmoléculas maiores presentes na alimentação são reduzidas em tamanho e/ oua quantidade de reticulação é reduzida. De modo mais preciso, acredita-se queas estruturas macromoleculares e/ ou poliméricas presentes na alimentação,tais que polímeros celulósicos, polímeros fibrosos e os similares sãosignificativamente degradados ou pelo menos reduzidos em tamanho. Aestrutura fibrosa é amolecida e a mistura resultante se torna substancialmentelíquida e é facilmente transportável. Os componentes mais solúveis irão sedissolver e podem ser vantajosamente usados em outras partes do processo.

O primeiro tratamento, que compreende colocar a alimentaçãosob uma pressão aumentada, não necessita, antes do tratamento, a preparaçãoseparada de uma suspensão a partir da biomassa.

No contexto deste pedido, o termo suspensão é definido comoum material fluido, que compreende uma fase líquida contínua, em que umafase sólida em partículas é dispersada. As partículas sólidas em umasuspensão tendem a ser sedimentadas, a não ser que medidas especiais sejamtomadas para estabilizar a suspensão.

Pelo processo da presente invenção, a alimentação édiretamente colocada na pressão do processo e subseqüentemente ouconcomitantemente aquecida. Este estágio elimina o uso de procedimentos desuspensão separados, previamente conhecidos na técnica, cujosprocedimentos precisam ser ajustados ao tipo de biomassa. Isto permite o usode uma variedade mais ampla de fontes de biomassa. Por exemplo, umabiomassa que contém sólidos, mas essencialmente não em fase líquidacontínua (por exemplo, uma biomassa em que a fase líquida é descontínuadevido ao fato de que é substancialmente absorvida pelo material sólido)pode, de modo bastante adequado, ser processada de acordo com a invenção.

A biomassa é colocada na razão de água para biomassadesejada pela adição de água, e alimentada diretamente ao interior doprocesso. Isto permite uma operação mais confiável.

A razão em peso de água para biomassa varia de 50 a 0,5,preferivelmente a menos do que 20. Uma faixa preferida é de 15 a 2, de modomais preferido de 10 a 2,5. Fontes adequadas de biomassa se originam a partirde misturas de biomassa / água a partir da fermentação aeróbica ou anaeróbicade rejeito industrial ou municipal com razões de água para biomassa de 4-5,que são usadas como tais. Além disso, produtos de refugo agrícolas, tais quepolpa de beterraba, grama, e biorrefugo doméstico e municipal, tendo umarazão de água para biomassa na faixa de 1 a 4 podem ser usados, mesmo sema adição de água extra. Madeira picada é usada, por exemplo em uma razãode água para biomassa de 3. Nesta razão, há geralmente apenas águasuficiente presente para preencher o espaço intersticial entre as aparas demadeira. De fato, qualquer tipo de biomassa pode ser usado, contanto que, nocaso de material em partículas, as partículas possuam dimensões tais que aalimentação permaneça bombeável. Dimensões adequadas das partículasestão na faixa de 5-15 mm, preferivelmente o tamanho médio (numérico) é de7-15 mm, mais preferi velmente de 10-15 mm. O limite inferior do tamanho dapartícula é principalmente ditado pelos custos adicionais de redução detamanho e o limite superior pelas dimensões dos meios de transportesubseqüentes, tais que as linhas de tubulação.

A água para aumentar a razão de água para biomassa inicial épreferivelmente água reciclada a partir do processo propriamente dito.Preferivelmente, a razão de água para biomassa é de 20 para 1,preferivelmente de 10 para 2, mais preferivelmente inferior a 5.

A alimentação é colocada na pressão desejada, que está nafaixa de 100 a 250 bar, preferivelmente de 130 a 180 bar, em um estágio epreferivelmente continuamente a partir de uma pressão de 5 bar ou menos,mais preferivelmente a partir de uma pressão de 2 bar ou menos, ainda maispreferivelmente a partir da pressão atmosférica, na pressão de processodesejada, preferivelmente dentro de um curto período de tempo, geralmenteda ordem de minutos.

Foi verificado, que um tal processo de acordo com a invençãoé particularmente seguro, por exemplo, com referência à continuidade doprocesso (tempo de paralisação reduzido para a instalação) e/ ou oferecevantagem com relação ao consumo de energia, comparado a um aumento depressão em dois estágios ou em vários estágios.

A alimentação é colocada na pressão desejada por uma oumais bombas em paralelo tendo potência suficiente. Exemplos de tais bombassão aquelas do tipo, que são usadas para bombear concreto em obras deconstrução ao longo de distâncias ou altitudes relativamente grandes, tais quebombas de membranas ou bombas de êmbolo. É também possível aumentar apressão de modo autógeno.

Seguindo-se à pressurização da alimentação ou de modoconcomitante com esta, a mistura é colocada em uma temperatura aumentadade pelo menos 180 °C, em geral de 200 a 275°C, de modo preferível de 225 a250°C, mas no máximo de 280°C. A mistura é mantida nesta temperatura porum período de tempo de mais do que 60 minutos, mas de pelo menos 5minutos, geralmente de 10 a 50 minutos, mas preferivelmente de 15 a 45minutos, embora 20-30 minutos sejam mais preferidos.

Quando a biomassa é usada como uma alimentação, que nãonecessita ou necessita em uma menor extensão da formação de uma polpapreviamente a que a alimentação seja submetida ao estágio de reação,constitui uma modalidade da presente invenção que a pressurização e oaquecimento da alimentação sirvam substancialmente para colocar aalimentação na pressão e na temperatura desejadas para o estágio de reação.Isto pode se aplicar, mas não está limitado, a uma biomassa que está pelomenos parcialmente disponível em forma de suspensão, por exemplobiomassa líquida ou biomassa, que contém apenas material em pequenaspartículas, com uma razão suficiente de água para biomassa. O propósito doestágio de aquecimento é principalmente o de aquecer a alimentação antes doestágio de reação.

A polpa, que é obtenível a partir do processo, é separada parafornecer uma fração líquida e uma fração contendo sólidos. A fração contendosólidos, em uma modalidade preferida, é diretamente usada como umacorrente de alimentação em um processo para a geração de energia,opcionalmente após desidratação adicional ou outro meio de concentração, talque pelo uso de hidrociclones. A fração líquida pode ser reciclada para aextremidade frontal do processo, de modo a ajustar a razão de água parabiomassa. Dependendo do tipo de biomassa usado, uma parte da biomassa édissolvida durante o processo. Uma fração contendo os componentesdissolvidos pode ser separada. A fração líquida contendo os componentesdissolvidos é preferivelmente submetida a tratamentos adicionais, tais que afermentação ou a digestão anaeróbia e os similares. Por exemplo, quando afração líquida separada contém açúcares e os similares, tais que celulose ououtros carboidratos, a produção de fluidos altamente energéticos, tais queálcool, é considerada.

É preferido executar o processo sob uma pressão, que exceda apressão de vapor da alimentação aquosa (mistura de biomassa/ água) natemperatura prevalecente.

O aquecimento da alimentação é preferivelmente realizado poraquecimento indireto e/ ou reutilização do calor que é provido pelo processoem si mesmo, de um modo eficiente. A misturação é provida, por exemplo,por uma bomba de reciclo, mas também pela injeção de gás, por exemplo gáscontendo CO2 opcionalmente aquecido previamente a partir do processopropriamente dito.

Em um outro aspecto da invenção, a biomassa é convertida emum produto de hidrocarboneto líquido. Para este propósito, a biomassa ésubmetida a um primeiro estágio, no qual uma alimentação aquosa contendobiomassa é submetida a um tratamento, que compreende colocar aalimentação sob uma pressão de 100-250 bar, um segundo estágio, no qual aalimentação pressurizada é mantida em uma temperatura não excedente a280°C durante um período de até 60 minutos, deste modo formando umamistura de reação, e em que o primeiro e o segundo estágio são executadossubseqüentemente ou de modo concomitante, e um estágio de reação, no quala mistura de reação é aquecida durante um período de até 60 minutos, em umatemperatura superior a 280°C.

O primeiro e o segundo estágio são similares ao processo paraa produção acima mencionada de polpa tendo uma densidade de energiaaumentada. Seguindo-se ao primeiro e segundo estágio, é executado umestágio de reação, usando a polpa. Dependendo da fonte de biomassa e darazão de água para biomassa, a alimentação é imediatamente suada no estágiode reação do processo de acordo com a invenção. Este estágio de reação podeser executado com a polpa, opcionalmente desidratado, ou com a fraçãosólida obtida a partir da polpa. Durante este estágio, a mistura da reação, queé formada como um resultado do primeiro e do segundo estágios do processo,é aquecida a uma temperatura, que excede à temperatura do segundo estágio.

A temperatura no estágio de reação é preferivelmente superior a 280°C, maispreferivelmente superior a 300°C, de modo mais preferido superior a 325°C,embora a temperatura preferivelmente não deva exceder a 3 5 O0C durante umperíodo de até 60 minutos, preferivelmente na faixa de 5 a 50 minutos,preferivelmente de 10 a 40 minutos. Durante este estágio, a mistura da reaçãoé convertida ao produto de hidrocarboneto líquido.

A duração do aquecimento parece importante para a obtençãode uma conversão ótima para o produto de hidrocarboneto líquido. Umaduração muito longa do aquecimento resulta em carbonização aumentada daalimentação e é, deste modo, indesejável, pois ela reduz o rendimento doproduto de hidrocarboneto líquido. Uma duração muito curta do aquecimentopode resultar em que a reação não ocorra em uma taxa suficiente ou comconversão suficiente. A duração do aquecimento está na faixa de até 60minutos, preferivelmente de até 45 minutos, mais preferivelmente de até 30minutos. Uma faixa preferida é da ordem de 1-5 minutos. A conversão damistura da reação é ótima se a mistura da reação tiver um tempo de residênciacurto. O tempo de residência é preferivelmente de 5 a 30 minutos.

O aquecimento do estágio de reação é preferivelmenterealizado pelo aquecimento indireto interno, por meio de gás contendo CO2opcionalmente aquecido previamente, pela injeção de vapor ou combinaçõesdos mesmos. O gás contendo CO2 pode se originar a partir de outros estágiosno processo. Para a obtenção de níveis ótimos de conversão com volumes dereação mínimos, a reação e o aquecimento são preferivelmente executados emuma operação do tipo fluxo-tampão.

A mistura da reação é vantajosamente aquecida de um modosuficiente pelo provimento de um gás contendo oxigênio, tal que ar, à misturada reação. Sob as condições de reação empregadas, o oxigênio reage com amistura de reação, deste modo consumindo o oxigênio e parte da mistura dareação e produzindo energia térmica. A energia térmica é usada para aquecera mistura da reação.

O conteúdo do reator estacionário, no qual a reação éexecutada, consiste preferivelmente da maior parte de água e do produto dehidrocarboneto líquido, enquanto que a quantidade de mistura não reagida émantida relativamente baixa. Deste modo, uma transferência de calor efetiva eeficiente ocorre, de tal modo que a alimentação seja rapidamente trazida àtemperatura desejada, na qual a conversão da alimentação é executada.

Durante o estágio de reação, gases adicionais podem serformados. Entretanto, o estágio de reação é preferivelmente executado, tantoquanto possível, em uma operação totalmente líquida, de modo a minimizar ovolume do reator em alta pressão. Em conseqüência, a separação dos gases apartir dos produtos do segundo estágio e o estágio de reação é preferivelmenterealizados em um estágio de separação, que se segue ao estágio de reação,opcionalmente após a redução da pressão e opcionalmente da temperatura.

Através do emprego destas técnicas de separação, as fraçõesmais leves e a água são separadas a partir das frações mais pesadas.Subseqüentemente, a água é evaporada e, após a condensação, obtida comouma corrente mais limpa separada, sem os minerais da alimentação, destemodo reduzindo a quantidade de água de rejeito. Em adição, a água de rejeitocontém menos dos compostos orgânicos dissolvidos voláteis, cujo conteúdode calor é eficientemente recuperado pela combustão no forno do processo.Antes de reduzir a pressão à pressão final para a combustão no forno doprocesso, a energia da pressão no gás do produto é opcionalmente recuperadaem turbinas especiais para a produção de eletricidade para uso no processo.

A fração mais pesada compreende os componentes oleososmais pesados e os componentes sólidos remanescentes. Esta fração pode serseparada a partir da fase aquosa ou ser submetida a tratamento adicional.

Aspectos importantes da presente invenção são os produtos,que são obteníveis através do processo da presente invenção. A separação dohidrocarboneto de produto em uma fração mais leve e mais pesada évantajosa, pois, opcionalmente após tratamento adicional ou purificação, afração mais leve resulta em produtos, que são adequados para a aplicaçãodireta em métodos de geração de energia elétrica e/ ou térmica. O tratamentoadicional subseqüente da fração mais leve, por exemplo por hidrogenação,permite o uso da fração mais leve em, por exemplo, combustíveis detransporte altamente valiosos, tais que diesel e querosene, que podem sermisturados com os combustíveis fósseis convencionais.

Deve ser notado que o tratamento adicional da fração maisleve, por exemplo por hidrogenação, é muito menos complicado do que otratamento adicional da corrente de hidrocarboneto completa, como advogadoem publicações precedentes.

O produto de hidrocarboneto de acordo com a presenteinvenção possui, em geral, um conteúdo de oxigênio de 1-15%, em peso, umvalor de aquecimento mais baixo de 28-95 MJ/ kg, uma densidade na faixa de900-1100 kg/m3 a 50°C, um peso molecular na faixa de 60-800 com um Mwmédio de 250-350 e uma faixa de ebulição de > 90°C com cerca de 50%, empeso, de ebulição acima de 450°C, quando corrigido para a pressãoatmosférica. O conteúdo de mineral é, em geral, de 0,5 a 10%, dependendo daalimentação. A fração leve possui um conteúdo de oxigênio de 5-25%, empeso, um valor de aquecimento mais baixo de 30-40 MJ/ kg e um conteúdo demineral de menos do que 0,5%, em peso. A fração pesada possui um conteúdode oxigênio de 10-20%, em peso, um valor de aquecimento mais baixo de2035 MJ/ kg e um conteúdo de mineral de 0,5 a 25%, em peso, dependendoda alimentação.

A fração mais pesada é preferivelmente transformada em umcombustível estável e transportável por uma variedade de métodos possíveis,que compreendem, por exemplo, a misturação com metanol e a emulsificação.A emulsificação da fração mais pesada resulta na formação de uma bioemulsão. Uma bioemulsão de acordo com a presente invenção compreendeuma emulsão aquosa de partículas solidificadas da fração pesada do processo.A emulsão contém de 55-95%, em peso, preferivelmente de 65 a 70%, empeso, mas pelo menos mais do que 50%, em peso, da fração pesada é água.Esta bioemulsão é um combustível altamente calorífico, que é facilmente transportável e é facilmente queimado. Métodos para a produção debioemulsão são conhecidos na técnica, por exemplo na indústria de betume.

Outra alternativa para a fração pesada é, após a separação dafração mais leve, pulverizar ou formar flocos da fração pesada. A fraçãopesada em forma de flocos se solidifica, deste modo formando pequenas partículas. Este é um produto que é sólido em temperaturas normais, não fluiou se torna líquido mediante armazenamento e pode ser diretamentemisturado com outros combustíveis sólidos, tais que carvão. A fração pesadaprovê deste modo também um combustível com uma densidade de energiaaumentada.

Ainda uma outra alternativa para a fração pesada é a extraçãocom um solvente adequado, preferivelmente polar, tal que acetona,tetraidrofurano ou CO2 supercrítico. Deste modo, pode ser obtido umhidrocarboneto líquido substancialmente isento de mineral em altorendimento, preferivelmente acima de 70%, em peso, que pode ser facilmentetransportado e que é diretamente utilizado com alta eficiência para a produçãode eletricidade e/ ou calor. O produto assim obtido é também mais facilmentetransformado por hidrogenação, opcionalmente em combinação com a fraçãomais leve, de modo a produzir combustíveis de transporte, comoprecedentemente descrito. O restante da fração pesada após a extração contémtodos os minerais e pode ser suado como um combustível sólido, porexemplo, em fornos de cimento ou em estações de energia de queima decarvão.

A extração do produto de hidrocarboneto, obtido a partir doestágio de reação com um solvente adequado, provê uma via alternativa paraconduzir a um produto com uma densidade de energia aumentada. Umaextração do produto de hidrocarboneto formado ou biobruto pode permitir aomissão de um estágio de separação em uma fração leve e uma fração pesada.Se este é um estágio vantajoso, depende amplamente do tipo de biomassa e daconstituição do produto contendo hidrocarboneto.

A água de rejeito produzida pode ser vantajosamenteempregada em outras seções do processo, por exemplo para o aquecimento dacarga de alimentação de entrada e/ ou para ajustar a razão de água parabiomassa. O efluente de água final, após a separação a partir dos componentesde hidrocarboneto pode, de modo preferível ou vantajoso, ter a temperatura ea pressão adicionalmente reduzidas por vaporização instantânea para removera maior parte dos componentes orgânicos voláteis dissolvidos para uso noforno do processo. A água restante pode ser adicionalmente tratada, porexemplo biologicamente, para remover a maior parte dos componentes dehidrocarboneto residuais e concentrada por, por exemplo, osmose reversa. Oconcentrado pode ser usado, por exemplo, para o reciclo como fertilizantepara a produção de biomassa.

Descrição da Figura

A figura 1 expõe uma modalidade de uma instalação para aconversão de biomassa de acordo com a presente invenção.

A alimentação G é colocada em armazenamento. A partir doarmazenamento uma quantidade adequada é introduzida em um estágio prévioVB5 em que a alimentação é tratada para ser introduzida em um primeiroestágio do processo. O estágio VB inclui estágios, tais que lavagem,trituração, etc. A água, preferivelmente a partir de uma corrente de reciclo,pode ser adicionada para ajustar a razão de água para biomassa a um níveldesejado. Opcionalmente, a alimentação pode ser previamente aquecida, porexemplo a uma temperatura de 50-95°C. Para este fim, o produto aquecido emoutro local no processo pode ser usado. A bomba P serve para colocar aalimentação previamente tratada continuamente em uma temperatura deprocessamento, se necessário aumentada em 10 a 30 bar, de modo aultrapassar a possível resistência da tubulação. No dispositivos deaquecimento prévio/ tratamento prévio VW, a alimentação é convertida emuma massa pastosa, que pode ser transportada através de tubulações,preferivelmente sem perda de pressão significativa. O aquecimento daalimentação, nesta modalidade, pode ser alcançado pela misturação de umacorrente de reciclo de água do processo com a corrente de alimentação. Acorrente de reciclo neste ponto é de 0,5 a 5 vezes a quantidade da corrente dealimentação de P e serve para alcançar uma temperatura de < 280°C por umperíodo de até 60 minutos. No presente exemplo, isto é alcançado pelamanutenção da corrente resultante em VW pelo período de tempo desejado. A.temperatura na corrente de reciclo foi colocada em de 200 -380°C no trocadorde calor El; Neste ponto, a polpa pode ser obtida para ser desidratada, demodo a que seja obtida uma fração contendo sólidos, que pode ser usada nageração de energia e de modo a que seja obtida uma fração líquida, quecontém os produtos dissolvidos A para tratamento posterior.

A massa amolecida assim produzida é conduzida através deum trocador de calor E2, onde a massa é adicionalmente aquecida àtemperatura de reação desejada de > 280°C. O volume do reator R éselecionado de tal modo que a corrente permaneça no reator R por um períodode tempo suficiente para alcançar substancialmente a conversão desejada. Sedesejado ou considerado vantajoso, qualquer das funções VW, E2 e |R podeser combinada em um aparelho. Nesta modalidade, o aparelho é entãoprojetado, de tal modo que a corrente passa através de um número de zonas,subseqüentemente. Nestas zonas, ocorrem os diferentes estágios. A correntede líquido que vem de R é resinada no trocador de calor E3 a temperaturas deentre 180°C a 300°C, de modo a evitar substancialmente que a reação prossigademais e para coletar o calor de alta temperatura para uso em outro local doprocesso. De modo alternativo, quando a conversão ainda não foi processadasuficientemente, um estágio de reação adicional ou continuado pode serexecutado, por exemplo em um reator, tal que um reator de fluxo-tampão. Oseparador Sl separa a fase oleosa da fase aquosa. A fase oleosa é conduzida aum dispositivo de vaporização instantânea Fl, de modo a ser separada emuma fração de biobruto leve e uma fração pesada. A fração pesada ZC podeser adicionalmente tratada, por exemplo através de formação de pelotas ouflocos, extração, ou os similares. No presente exemplo, a fração pesada éobtida como tal. O vapor que se origina a partir do dispositivo de vaporizaçãoinstantânea contendo a fração de biobruto leve é condensado em E4 esubseqüentemente conduzido ao separador S2, de modo a ser separado.

A fase aquosa, que é originada em SI, é dividida em umacorrente de reciclo, que é conduzida através da bomba P2 ao trocador de calorEl. A corrente aquosa remanescente pode ser tratada em um número demodos. No presente exemplo, a pressão é reduzida para 1-125 bar nodispositivo de vaporização instantânea F2 e uma corrente líquida e de vapor éformada em uma temperatura de 150-300°C. A corrente líquida, é conduzida,após o resfriamento, junto com outras correntes aquosas a partir de outroslocais do processo, a uma instalação de tratamento de água WZ. Nestainstalação, o conteúdo de resíduos orgânicos e inorgânicos é reduzido a níveisaceitáveis para o meio ambiente, por exemplo por sedimentação, digestão(an)aeróbica e os similares. No caso da digestão anaeróbica, que é preferida,os resíduos orgânicos remanescentes são convertidos a biogás, que pode serusado para a geração de energia, por exemplo para o aquecimento doprocesso. A corrente de água limpa pode ser descartada.

A fase de vapor, que é originada a partir do reator R, tem suapressão reduzida e é resinada no trocador de calor E6 para condensar água ebiobruto. O vapor e o líquido são separados no separador S3. As correnteslíquidas a partir de E4 e de S3 são combinadas e conduzidas ao separador S2,onde o óleo e a água são separados. Uma corrente gasosa a partir de S2 éconduzida ao forno, que é usado para gerar calor para o processo. A faseoleosa obtida em S2 é a fração de biobruto leve LC.

As correntes de gás e vapor, que são obtidas no processo,podem ser conduzidas ao forno. Estas correntes compreende CO2, água, gasesinflamáveis, tais que monóxido de carbono, hidrogênio, metano e outroscompostos orgânicos leves, tais que etanol e ácido acético. Os gasesinflamáveis são queimados no forno com ar e o calor assim gerado é usadopara aquecer o processo. Isto pode ser realizado sob a forma de aquecimentode um meio de trocada de calor ou pela geração de vapor. O meio de troca decalor é usado para prover calor aos trocadores de calor Ele E2. Calor extra ésuprido ao meio de troca de calor no trocador de calor E3. Pelo ajustecuidadoso dos níveis de temperatura destes trocadores de calor, a integraçãotérmica máxima é alcançada. Se o calor gerado pela combustão dos gasesinflamáveis for insuficiente, o forno pode ser adicionalmente suprido comcombustível extra EB. Um biobruto de combustível extra é adequado. Demodo alternativo, a aplicação de um combustível a partir de uma fonteexterna pode ser vantajosa.

Os gases de exaustão a partir do forno RG são resinados a umnível de temperatura ótimo e opcionalmente tratados previamente pararemover, por exemplo, NOx e outros ingredientes indesejáveis antes de seremventilados à atmosfera.

A composição do produto de hidrocarboneto líquido, e asfrações obtidas a partir do mesmo, são fornecidas na tabela que se segue.

Tabela

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EXEMPLO

Com base nos experimentos laboratoriais, foi executado oseguinte exemplo simulado em larga escala.

A corrente G de matéria prima consiste de 20,50 kg/segundode resíduo de beterraba (polpa de beterraba). Este é um subproduto damanufatura de açúcar a partir de beterrabas.

Esta matéria prima possui a seguinte composição:

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No estágio VB, a corrente de material de alimentação éaquecida a 80°C usando calor recuperado a partir de correntes de processo ajusante. Sem qualquer água adicional, a alimentação é passada através de duasbombas de êmbolo paralelas P, onde a pressão é aumentada para 170 bar.

No vaso de amolecimento VW, a corrente de carga dealimentação pressurizada é combinada com 19, 15 kg/segundo de umacorrente de água de reciclo a partir do trocador de calor El, tendo umatemperatura de 350°C e uma pressão de 175 bar. A mistura combinada emVW possui uma temperatura de 230°C. A injeção da corrente de água dereciclo causa um grau substancial de misturação no vaso VW. As dimensõesdo vaso são tais, que a mistura possui um tempo de residência médio de 15minutos. O tempo de residência permite um amolecimento da mistura dareação, de tal modo que ela irá fluir prontamente através do trocador de calorE2, onde ela é aquecida a uma temperatura de 330°C. A mistura da reaçãoaquecida (39, 65 Kg/segundo) é então passada através de um reator R, ondeela é submetida a um tempo de residência médio de 10 minutos sob umapressão de 165 bar. Foi verificado a partir dos experimentos que, após estetempo de reação, existem três fases, notavelmente uma gasosa, uma líquidaaquosa e uma corrente de líquido orgânico. A corrente gasosa é separada apartir das correntes líquidas. No presente exemplo, as funções de E2, R, e aseparação da corrente gasosa são combinadas em um vaso com umaconfiguração especial.

A corrente gasosa a partir de R consiste de 1,07 kg/segundo degases (0,96 kg/segundo de dióxido de carbono, 0,09 kg/segundo de monóxidode carbono e 0,02 kg/segundo de hidrogênio, metano e outros gases), 1, 28kg/segundo de vapor d'água, 0,05 kg/segundo de vapor de biobruto e 0,16kg/segundo de compostos orgânicos leves, tais que ácido acético e acetona. Acorrente é parcialmente condensada no condensador E6 a 80°C, de tal modoque substancialmente todos os gases e hidrocarbonetos leves permaneçam nafase de vapor. Estes são separados a partir do condensado no separador S 3 edirigidos ao forno do processo. O condensado é passado ao separador S2.

As correntes líquidas combinadas a partir de R são resinadasem um trocador de calor E3 a 260°C e subseqüentemente separadas noseparador Sl em 1,85 kg de biobruto e 35, 24 kg/segundo de fase aquosalíquida. O biobruto é vaporizado instantaneamente no dispositivo devaporização instantânea Fl, onde 0,43 kg/segundo de vapor são gerados. Esteé condensado no condensador E4 como biobruto leve e dirigido a S2. Nestecaso, a corrente de biobruto leve total de 0,48 kg/segundo (LC) é isolada eenviada para o armazenamento do produto. Ela pode ser subseqüentementebeneficiada por hidrogenação catalítica para produzir 0,43 kg/segundo degasóleo e querosene, que são constituintes de alto valor de combustível detransporte.

A corrente de fundo líquida a partir do dispositivo devaporização instantânea Fl é 1,42 kg/segundo de um produto de biobrutopesado ZC. Após o resfriamento, ela é dirigida para o armazenamento doproduto, e pode ser adicionalmente tratada ou usada como tal.

Os 35,24 kg/segundo de fase aquosa líquida a partir doseparador Sl são divididos em 19, 15 kg/segundo de corrente de água dereciclo para El, e uma corrente de 16, 09 kg/segundo, que é submetida àvaporização instantânea em F2. O vapor aéreo é parcialmente condensado emΕ5. O vapor remanescente contém 0,11 kg/segundo de materiais orgânicosleves e é enviado para o forno do processo. O condensado é combinado com acorrente de fundo a partir de S2 e enviado para a seção de tratamento de águaWZ. Aqui, a água de rejeito é primeiramente limpada por digestão anaeróbica, onde dos 0,12 kg/segundo de materiais orgânicos leves contidos na mesma, éformado biogás em uma quantidade tal, que ele contém 80% do valor deaquecimento dos materiais orgânicos. A água remanescente é adicionalmentetratada por métodos adequados e a corrente de água limpa WA é descartada.

O forno do processo serve para prover calor a um meio de transferência de calor, que provê calor aos trocadores de calor El e E2. Ascorrentes do processo combinadas para o forno proporcionam 14,1 MW(valor de aquecimento mais baixo) de calor de combustão. 1,3 MW adicionaissão requeridos a partir do combustível externo EB. Com os dados acima, podeser calculado que o processo mostrado neste exemplo possui uma eficiência térmica de 74, 9%. A eficiência térmica é definida como a razão dos valoresde aquecimento mais baixos das correntes de produto de biobruto combinadaspor um lado, e aquela da carga de alimentação acrescida daquela docombustível externo por outro lado.

Claims (17)

1. Processo para a produção contínua de um produto dehidrocarboneto tendo uma densidade de energia aumentada a partir debiomassa, caracterizado pelo fato de compreender:- um primeiro estágio, no qual uma alimentação aquosacontendo biomassa é submetida a um tratamento, que compreende colocar aalimentação, em um único estágio, de uma pressão de 5 bar ou menos a umapressão de 100-250 bar,- um segundo estágio, no qual a alimentação pressurizada émantida em uma temperatura não excedente a 280°C durante um período deaté 60 minutos, formando assim uma mistura de reação e em que o primeiroestágio e o segundo estágio são executados subseqüentemente ouconcomitantemente,- um estágio de reação, no qual a mistura de reação é aquecidadurante um período de até 60 minutos, a uma temperatura superior a 280°C.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente uma fase de separação e deisolamento, que compreende separar e/ou isolar o gás resultante e as fraçõescontendo hidrocarboneto.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que após o estágio de reação, a mistura da reação éresfriada por vaporização instantânea da mistura contendo o produto.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que a fração contendo hidrocarboneto éseparada em uma fração mais leve e uma fração mais pesada.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que a alimentação de biomassa aquosa possuiuma razão de água para biomassa de pelo menos 3.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que durante o segundo estágio uma polpa oumistura de reação é formada, na qual as estruturas macromoleculares naalimentação são degradadas e/ ou despolimerizadas.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da alimentação no estágioda reação é realizado pela introdução de um gás contendo oxigênio.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que a fração mais pesada é submetida a umareação adicional.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que, durante o estágio de reação, a mistura dareação é substancialmente convertida a um produto contendo hidrocarboneto.

10. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a fração mais pesada é adicionalmente convertida em umreator de fluxo-tampão.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 10, caracterizado pelo fato de que, antes do aquecimento da mistura dereação, pelo menos parte do líquido aquoso contendo componentesfermentáveis é separada.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ali, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula médio dos sólidosda biomassa é de 5-15 mm, preferivelmente de 10-15 mm.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que a fase aquosa na alimentação aquosacontendo biomassa é a fase descontínua.

14. Processo de acordo com a reivindicação 1 a 13,caracterizado pelo fato de que a polpa é separada em uma fração líquida euma fração contendo sólidos.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-14, caracterizado pelo fato de que a fração líquida é adicionalmente tratadapor fermentação ou digestão anaeróbica ou combinação das mesmas.

16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que a fração contendo sólidos é usada em um processo para ageração de energia.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 16, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um estágio deextração após o estágio de reação.