BR102012019673B1 - reator tubular - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a um reator tubular para o tratamento térmico de biomassa com um compartimento de reator (9) giratório. caracteriza-se por que o compartimento do reator (9) está subdivido em zonas por chapas de formato anelar (10). por meio destas zonas ou divisões, as partículas são retidas em uma determinada região, onde são misturadas, isto é, verifica-se uma uniformização das partículas tratadas também no tocante ao tempo de permanência.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para REATOR TUBULAR.
[001] A presente invenção refere-se a um reator tubular para o tratamento térmico de biomassa com uma câmara de reator giratória.
[002] Reatores deste tipo são também conhecidos como reatores de tambor aquecidos. No tratamento térmico de biomassa, por exemplo, torrefação, além do comando e controle da temperatura do processo para o tratamento uniforme, também se torna necessário um controle do tempo de residência dentro do reator tubular. A distribuição do tempo de residência deverá ser a mais estreita possível para alcançar o produto mais uniforme possível. Nos reatores de tambor conhecidos, todavia, o espectro de residência, todavia, é muito largo de acordo com a extensão e as rotações.
[003] Constitui, portanto, objeto da invenção disponibilizar um reator de tambor ou tubular que forneça um produto mais uniforme possível.
[004] De acordo com a invenção o objetivo é alcançado pelo fato de que a câmara de reator está subdivida em zonas através de chapas e formato anelar. Por estas zonas, as partículas são retidas em uma determinada área, onde são misturadas, isto é, verifica-se na uniformização das partículas tratadas. Somente ao ser alcançado a circunferência interna da chapa anelar poderá ser carregado material (podem ser partículas) para a próxima câmara ou para a seção terminal.
[005] Uma modalidade vantajosa da invenção caracteriza-se pelo fato de que em ao menos uma chapa está presa uma ferramenta de transporte, sendo que esta ferramenta de transporte pode ser mecanicamente regulável. Desta maneira, o material será uniformemente transportado para a próxima câmara, na dependência das rotações do rotor, e também assim o tempo de residência de todas as partículas na câmara será uniformizado.
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2/6 [006] Caso, em ao menos uma chapa, forem previstas ferramentas de transporte para diferentes direções de rotação, então estas ferramentas ou estarão transportando material ou não estarão transportando material, de acordo com a direção de rotação. Desta maneira, torna-se possível uma descarga acelerada do reator através de uma inversão da direção de rotação. Assim sendo, serão evitas aglutinações e/ou superaquecimento das partículas por ocasião da paralisação do reator.
[007] Uma modalidade vantajosa da invenção caracteriza-se pelo fato de que na camisa do tambor interno do reator está previsto um transportador em espiral. Com um transportador em espiral deste tipo, preferencialmente de reduzida altura, é viabilizada uma descarga completa do reator. Na rotação na direção contrária a direção de rotação de serviço, este transportador em espiral contribui para mistura adicional dentro de uma zona.
[008] Uma modalidade vantajosa da invenção é caracterizada pelo fato de que na câmara de reator estão previstos tubos aquecedores que se projetam na direção longitudinal (axial) sendo que estes tubos aquecedores podem estar dispostos em várias carreiras anelares, preferencialmente em duas carreiras anelares, na camisa do tambor interno do reator. Com estes tubos, pelos quais é conduzido um meio de aquecimento como seja, por exemplo, gás de combustão, será alcançado por um lado um aquecimento uniforme e, por outro lado, também uma boa mistura das partículas.
[009] Se a câmara de reator giratória for envolta por um tambor externo do reator e se estiver prevista uma fenda anelar entre a câmara de reator e o tambor externo do reator em rotação, podendo o tambor externo do reator girar com a câmara de reator, será viabilizado um aquecimento ainda melhor das partículas no caso de uma face de transferência grande.
Petição 870180071686, de 16/08/2018, pág. 8/19
3/6 [0010] A invenção agora será descrita a título de exemplo com base dos desenhos, sendo que as figuras mostram:
Figura 1 - vista em 3D de um reator tubular de acordo com a invenção.
Figura 2 - vista esquemática de um reator tubular de acordo coma a invenção e,
Figura 3 - um corte ao longo da linha III - na figura 2.
[0011] A figura 1 apresenta um reator tubular de acordo com a invenção. Ele está conformado como um reator de tambor 1 aquecido indiretamente. A biomassa a ser tratada, por exemplo, lascas de madeira, será alimentada sobre um flange de entrada 2 de um transportador em espiral de entrada 3 e deste para a câmara de reator giratória, (aqui invisível). O produto de aquecimento, aqui um gás de combustão, será introduzido com uma temperatura de cerca de 360 450°C pela conexão 4 dentro da câmara de reator e dentro da câmara intermediária entre a câmara de reator e o tambor externo do reator 6. Para vedação contra a atmosfera, na frente e após o reator, ou seja, do parafuso de resfriamento, serão empregadas eclusas rotativas.
[0012] O produto de aquecimento resfriado, no presente caso das fumegantes, abandonará então com uma temperatura de cerca de 280 - 300°C, através de uma conexão 7, o reator de tambor 1. O gás produzido pelo tratamento térmico é descarregado na luva 8. Quando o reator estiver sendo usado para torrefação, o gás de torrefação é aqui descarregado.
[0013] A figura 2 apresenta somente esquematicamente a estruturação do tambor de reator de acordo com a invenção, baseado no qual deverá ser descrito o modo de funcionamento. A câmara 9 do reator de tambor 1 está subdividida por chapas divisoras 10 anelares em várias zonas, para manter reduzida a mistura axial. Na câmara de reator 9 será conduzido calor para o material alimentado, através dos tambo
Petição 870180071686, de 16/08/2018, pág. 9/19
4/6 res internos do reator 11 aquecidos por gás de combustão e para os tubos aquecedores 12, aquecidos por gás de combustão. A temperatura do processo, no caso, é de cerca de 280 - 300°C. As diferentes chapas divisoras 10 são equipadas com ao menos uma ferramenta transportadora 13 para cada chapa divisora 10. Na dependência das rotações do reator e da versão, as ferramentas transportadoras 13 deslocam quantidade maior ou menor de material sobre as zonas divisoras 10 na direção da descarga do reator 15. No caso, as rotações são cerca de 8 a 20 rpm.
[0014] As ferramentas transportadoras 13 são conformadas de uma maneira especial a fim de que, na dependência da direção de rotação, transportem materiais ou não transportem material algum. Para tanto, serão preferencialmente, em caráter adicional, montadas várias ferramentas transportadoras 13’ que somente transportam na rotação em sentido contrário a direção de rotação operacional. Desta maneira, por meio de uma troca da direção de rotação, torna-se possível um esvaziamento mais acelerado do reator e também não podem se formar aglutinações e superaquecimentos de material. Desta maneira, é evitado a formação de uma queima.
[0015] Em aditamento as ferramentas transportadoras 13, 13’, na camisa do tambor interno do reator 11 está previsto um transportador em espiral 14 de reduzida altura que possibilita o esvaziamento completo do reator no caso de uma direção de rotação. Na rotação para a direção de rotação contrária, este transportador em espiral produz uma mistura adicional dentro de uma divisão. Dentro de uma divisão, de acordo com a carga da ferramenta transportadora 13, será apresentado um determinado nível de enchimento. O tempo de residência do material dentro do reator tubular 1 é cerca de 20 a 40 minutos.
[0016] Na descarga do reator 15 está montado um segmento tubular 16 cônico pelo qual, independentemente das rotações, material é
Petição 870180071686, de 16/08/2018, pág. 10/19
5/6 transportado na direção do transportador em espiral de esfriamento 17.
[0017] No parafuso de resfriamento 17, através de um sistema de bocais 18 que é constituído de vários bocais, é borrifada água finamente atomizada sobre o produto quente. A qualidade de água será controlada através de aplicação e desaplicação de diferentes bocais. Como grandeza condutora é empregada uma medição da temperatura na camisa do transportador em espiral. O vapor d’água formado será extraído sobre a conexão 8 juntamente com o gás da torrefação ou através de uma conexão 19 adicional.
[0018] A figura 3 apresenta um corte pela figura 2 ao longo da linha lll-lll na direção da visualização para a entrada do reator. Pode se reconhecer a chapa divisora 10 com os tubos aquecedores 12, que aqui estão dispostos, por exemplo, em duas carreiras, mas que também podem ser uma ou várias carreiras.
[0019] Entre a camisa do tambor interno do reator 11 e o tambor externo do reator 6 encontra-se uma brecha anelar 20 pelo qual é conduzido aqui, por exemplo, o gás de combustão. Desta maneira, a camisa do tambor interno do reator 11 será aquecida, aumentando assim a face transferidora de calor. Além disso, pode se reconhecer a ferramenta transportadora 13 que transporta na direção de rotação operacional 21 material na direção da descarga do reator 15. Não obstante, também podem ser previstas várias dessas ferramentas transportadoras deste tipo. Para a descarga rápida, a direção de rotação será invertida e as ferramentas transportadoras 13’ (aqui são mostradas 3) transportam o material de forma rápida e completa para fora da respectiva zona. Todavia, aqui também podem estar previstas mais ferramentas transportadoras, sendo que, todavia, terá de ser normal o número das ferramentas transportadoras 13’ para descarga sempre maior (essencialmente) do que as ferramentas transportadoras 13 paPetição 870180071686, de 16/08/2018, pág. 11/19
6/6 ra o controle do tempo de residência na operação normal.

Claims (8)

1. Reator tubular para o tratamento térmico de biomassa por torrefação, compreendendo um reator de tambor (1) rotativo se estendendo longitudinalmente ao longo do eixo do fluxo do material, sendo que o reator de tambor (1) define uma câmara de reator (9) com uma camisa do tambor interno do reator (11), com uma extremidade de entrada (2, 3) e uma extremidade de saída (7, 8), uma conexão (4) para aquecer indiretamente (7, 8) a câmara de reator (9), que inclui tubos aquecedores (12) dispostos longitudinalmente na câmara de reator (9) com um meio de aquecimento passando através dos tubos (12), um transportador em espiral de entrada (3) para entregar material sólido sem tratamento na extremidade de entrada da câmara de reator (9); um segmento tubular (16) para remoção do material que passou da extremidade de entrada para a extremidade de saída da câmara de reator (9), caracterizado pelo fato de que a câmara de reação (9) é subdivida em uma série longitudinal de zonas de reação por uma pluralidade de chapas divisoras (10) anelares espaçadas tendo uma borda radial para dentro, sendo que em cada zona o material é acumulado e tratado termicamente pelo calor indireto enquanto retido pelas chapas divisoras (9) até ser mecanicamente transportado intermitentemente sobre a borda interior da respectiva chapa divisora (9) para a próxima zona de uma série de zonas.
2/2 racterizado pelo fato de que, ao menos em uma chapa divisora (10) estão previstas ferramentas transportadoras (13,13’) para direções de rotação diversificada.
2. Reator tubular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em ao menos uma chapa divisora (10) está presa uma ferramenta transportadora (13, 13’).
3. Reator tubular, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, a ferramenta transportadora (13, 13’) é mecanicamente reajustável.
4. Reator tubular, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caPetição 870180071686, de 16/08/2018, pág. 13/19
5. Reator tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que, na camisa do tambor interno do reator (11) está previsto um transportador em espiral (14).
6. Reator tubular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, os tubos aquecedores (12) estão previstos em várias carreiras anelares, preferencialmente duas carreiras anelares, na camisa do tambor interno do reator (11).
7. Reator tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, a câmara de reator (9) giratória está circundada por um tambor externo do reator (6) e entre a câmara de reator (9) giratória e o tambor externo do reator (6) está prevista uma brecha anelar (20).
8. Reator tubular, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, o tambor externo do reator (6) acompanha a rotação da câmara de reator (9).
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