BR102013027239A2

BR102013027239A2 - Sistema de tubulação de reator para separador e método para controlar o fluxo de processo

Info

Publication number: BR102013027239A2
Application number: BR102013027239-6A
Authority: BR
Inventors: Joseph Monroe Rawls; Thomas Pschorn; Bertil Stromberg; Patrick Pepin
Original assignee: Andritz Inc
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-11-04
Also published as: ZA201307588B; JP2014094372A; AU2013242848A1; CN103768996B; EP2725134B2; EP2725134A1; KR20140052878A; ES2546008T3; US8877012B2; CL2013003059A1; DK2725134T4; US20140110069A1; CN103768996A; JP6214328B2; MX2013012401A; DK2725134T3; CA2830067A1; RU2013147339A; ES2546008T5; EP2725134B1

Abstract

SISTEMA DE TUBULAÇÃO DE REATOR PARA SEPARADOR E MÉTODO PARA CONTROLAR O FLUXO DE PROCESSO A presente invenção refere-se a um aparelho, para o tratamento por explosão de vapor de biomassa, que possui um frasco de reação pressurizado para receber um material de biomassa e vapor, linhas de descarga conectando o frasco de reação pressurizado ao dispositivo de separação, as linhas estando dimensionadas e posicionadas para permitir a explosão de vapor do material de biomassa. Na extremidade da saída das linhas de descarga encontra-se uma tubulação de coleta-expansão para conectar a extremidade da saída de cada uma das linhas de descarga a uma linha de coleta, em que a linha de coleta provê uma passagem para o material de biomassa e vapor que flui a partir das linhas de descarga. A passagem da linha de coleta tem uma área transversal substancialmente mais larga do que a área transversal de uma única linha de descarga. A linha de coleta está acopIada a um dispositivo de separação de tal modo que o dispositivo de separação receba o material de biomassa e vapor a partir da linha de coleta.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE TUBULAÇÃO DE REATOR PARA SEPARADOR E MÉTODO PARA CONTROLAR O FLUXO DE PROCESSO".

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO DE PATENTE ANTERIOR

Este pedido de patente reivindica o benefício de prioridade para o pedido de patente U.S. No. 61/717.684 depositado em 24 de Outubro de 2012, cujo conteúdo completo é incorporado aqui por referência. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os atuais sistemas de explosão de vapor geralmente consistem em um frasco de reação, um sistema de tubulação e um dispositivo de separação. O frasco de reação mantém biomaterial infundido a vapor sob pressão. O material de biomassa infundido a vapor rapidamente se despressuri-za no sistema de tubulação à medida que ele é conduzido a partir do frasco de reação até o dispositivo de separação. O dispositivo de separação recaptura o vapor e outros gases desejáveis.

Os sistemas de tubulação têm sido tradicionalmente suscetíveis um entupimento, bloqueamento ou obstrução por parte do material de biomassa que flui através deles. Quando obstruídos, os sistemas tradicionais de explosão de vapor são em geral desligados para manutenção. Isso pode resultar em uma perda de produção. Há várias características do sistema de tubulação que contribuem para esse problema.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Nos sistemas de explosão de vapor, é desejável e comum que os tubos desses sistemas de tubulação tenham um diâmetro pequeno para minimizar o consumo de vapor visto que o uso excessivo de vapor aumenta os custos de produção. Os diâmetros pequenos de tubos podem ajudar a atingir esse objetivo, porém, infelizmente esses diâmetros pequenos também contribuem para o entupimento.

Os tubos nos sistemas de tubulação contêm tipicamente vários dispositivos de restrição tais como válvulas, curvas, conexões e longas passagens. Às vezes, as válvulas podem ser definidas para posições parcialmente abertas para obter diferentes taxas de fluxo de material de biomassa e de vapor. Essas válvulas parcialmente abertas podem apresentar beiras de válvula dentro dos tubos, as quais são propensas a capturar depósitos de material de biomassa. À medida que esses depósitos de biomassa se acumulam, os tubos ficam entupidos, bloqueados ou obstruídos.

Além disso, as velocidades de fluxo que se aproximam da velocidade do som são típicas em sistemas que operam com uma grande queda de pressão desde o reator até o dispositivo de separação. Como um resultado, as válvulas e outras peças móveis dentro dos sistemas de tubulação podem se desgastar com frequência, o que exige reparo ou reposição.

Os esforços para reduzir a quantidade de entupimento, bloqueio ou obstrução em um sistema de tubulação envolvem, em geral, a diminuição do comprimento da tubulação entre o frasco de reação e o dispositivo de separação. O diâmetro da tubulação também pode ser aumentado, porém, isso pode exigir o aumento da quantidade de consumo de vapor. O encurtamento da tubulação reduz a área de superfície e beiras sobre as quais os depósitos de biomassa podem ser capturados. Para encurtar a tubulação, o frasco de reação e o dispositivo de separação devem estar fisicamente próximos um do outro. Limitações de espaço e de outro equipamento podem impor dificuldades na disposição proximal de um frasco de reação e de um dispositivo de separação.

Existe uma antiga necessidade de sistemas de tubulação usados em sistemas de explosão de vapor que sejam menos suscetíveis a depósitos de biomassa e que tenham uma quantidade relativamente pequena de componentes que propensos ao desgaste que também possibilitem um meio para ajustar o fluxo de vapor desde o frasco de reação até o dispositivo de separação. A presente modalidade refere-se, em geral, a sistemas de tubulação para misturas de vapor e material de biomassa que flui a partir de um frasco de reação pressurizado, e refere-se, em particular, a sistemas de tubulação entre um frasco de reação pressurizado para um processo de explosão de vapor e um dispositivo de separação. Esta modalidade permite que o vapor e o material de biomassa fluam através do sistema de tubula- ção, o qual pode ser ajustado mudando-se os comprimentos da tubulação e ajustando-se a localização da tubulação de coleta-expansão em relação às linhas de descarga do frasco de reação pressurizado.

Um método e um sistema foram concebidos para controlar ou limitar o fluxo de vapor fora do frasco de reação pressurizado onde um frasco de reação pressurizado está conectado por meio de tubulação a um dispositivo de separação. Para os propósitos desta aplicação, o termo "tubulação" ou "tubo" refere-se a qualquer conduto que possa ser usado em um sistema de explosão de vapor. O sistema de explosão de vapor inclui um frasco de reação pressurizado, tal como um frasco de reação pressurizado para a explosão de vapor que tem pelo menos uma linha de descarga que permite o material de biomassa e o vapor do frasco de reação pressurizado fluírem até um ponto onde as linhas de descarga conectam-se a um único conduto. Esse conduto é conhecido como a "linha de coleta" e o ponto no qual as linhas de descarga conectam-se é conhecido como a "tubulação de coleta-expansão". À medida que o material de biomassa e o vapor fluem a-través da tubulação de coleta-expansão, ocorre uma rápida liberação de pressão. Essa rápida liberação de pressão faz com que o material de biomassa passe por um processo de explosão de vapor à medida que ele flui através da linha de coleta e para dentro do dispositivo de separação.

Cada linha de descarga individual pode ter um diâmetro diferente de outra linha de descarga individual. Em outras modalidades, duas ou mais linhas de descarga podem compartilham substancialmente o mesmo diâmetro. Cada linha de descarga individual também pode ter uma válvula em uma extremidade da entrada. Essas válvulas podem ser usadas para controlar a taxa de fluxo de material de biomassa e de vapor dentro de cada linha de descarga individual. Ao usar essas válvulas e linhas de descarga com diferentes diâmetros, os operadores podem ajustar a taxa de fluxo de material de biomassa e de vapor do frasco de reação pressurizado. O comprimento das linhas de descarga também pode ser mudado para permitir o ajuste da taxa de fluxo de material de biomassa e de vapor através das linhas de descarga. A proximidade da tubulação de coleta- expansão com as saídas de frasco de reação pode ser ajustada adicionando-se ou reduzindo-se o comprimento da tubulação para regular desse modo, a quantidade de material de biomassa e de vapor que sai do frasco de reação pressurizado em condições normais de operação. De maneira adicional, se desejado, existem outros componentes opcionais tais como inserções de bico, placas com orifício e válvulas que podem ser usados quando necessário para ajustar a taxa de fluxo de material de biomassa e de vapor através das linhas de descarga. Além disso, a válvula em uma ou mais aberturas para a extremidade de entrada das linhas de descarga pode definir uma passagem de fluxo. Essa "passagem de fluxo" refere-se ao diâmetro interno de uma linha de descarga, o qual pode ser constante com o diâmetro de uma determinada válvula. A passagem de fluxo pode ter uma área transversal mais larga ou menor do que a área transversal de outra válvula localizada em outra extremidade da entrada de outra linha de descarga. Por e-xemplo, uma ou duas dessas válvulas podem definir uma passagem de fluxo tendo uma área transversal com metade do tamanho da área transversal da passagem de fluxo definida pelas outras válvulas.

Um aparelho foi concebido para o tratamento por explosão de vapor de material de biomassa o qual compreende: um frasco de reação pressurizado configurado para conter material de biomassa e vapor pelo menos uma linha de descarga acoplada a uma saída do frasco de reação pressurizado, no qual pelo menos uma linha de descarga tem uma área transversal e no qual pelo menos uma linha de descarga está configurada para receber o material de biomassa e o vapor descarregado a partir do frasco de reação pressurizado, uma tubulação de coleta-expansão conectada a uma extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga, uma linha de coleta que possui uma entrada conectada à tubulação de coleta-expansão, na qual a linha de coleta está configurada para receber o material de biomassa e o vapor que flui a partir da extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga e no qual a linha de coleta tem uma área transversal que é substancialmente mais larga do que a área transversal cumulativa de pelo menos uma linha de descarga, e um dispositivo de separação acoplado a uma extremidade da saída da linha de coleta para receber o material de biomassa e o vapor a partir da linha de coleta, e o dispositivo de separação inclui uma saída de gás e uma saída de material de biomassa. O comprimento de cada uma das linhas de descarga pode ser substancialmente menor do que o comprimento da linha de coleta. O mais comum é que o comprimento de cada uma das linhas de descarga seja substancialmente menor do que o comprimento total da linha a partir da saída do frasco de reação pressurizado até a entrada do dispositivo de separação em um sistema convencional. Em sistemas convencionais, a linha de descarga conecta o frasco de reação pressurizado ao dispositivo de separação. Em algumas modalidades, o diâmetro da passagem interna de cada uma das linhas de descarga é uniforme ao longo de toda a linha de descarga. Os diâmetros da passagem interna de cada uma das linhas de descarga podem variar amplamente. No entanto, em algumas modalidades, os diâmetros da passagem interna podem encontrar-se dentro de uma faixa a partir de 31 cm a 3,04 m (0,125 polegada a 120 polegadas). Além disso, para os frascos de reação pressurizados que medem dois metros por três metros, os diâmetros da passagem interna podem ter uma faixa de 63 cm a 15,2 cm (0,25 polegada a 6,0 polegadas) ou 31 cm a 1,9 cm (0,125 polegada a 0,75 polegada) ou 2,54 cm a 6,35 cm (1,0 polegada a 2,5 polegadas) ou uma faixa onde o limite superior seja de 10,16 cm (4,0 polegadas).

Em relação à tubulação de coleta-expansão, a tubulação de co-leta-expansão pode ser uma placa plana que possua um primeiro lado conectado às linhas de descarga e um lado oposto conectado à linha de coleta com uma abertura ao longo da tubulação de coleta-expansão, cada lado estando alinhado com uma das linhas de descarga.

Em relação à linha de coleta, o diâmetro da passagem interna da linha de coleta pode ser pelo menos de duas a quatrocentas vezes maior que as áreas transversais das passagens de uma única linha de descarga. A pressão na entrada da linha de coleta pode ser substancialmente menor, tal como menor do que três quartos, menor até do que metade da pressão na saída da linha de descarga. Uma válvula, tal como uma válvula totalmen- te aberta, pode ser colocada entre o frasco de reação pressurizado e a entrada de cada uma das linhas de descarga ou na linha de descarga. O número de linhas de descarga é pelo menos dois, três ou mais linhas de descarga. Caso uma única linha de descarga abasteça uma única linha de coleta, pode ser possível haver mútiplas linhas de coleta separadas. As linhas de coleta individuais poderíam combinar-se em outra linha de coleta em uma parte mais inferior do sistema de tubulação.

Em outra modalidade, um aparelho foi concebido para o tratamento por explosão de vapor de material de biomassa que compreende: pelo menos uma linha de descarga se estendendo a partir do frasco de reação pressurizado nas saídas de frasco de reação, no qual pelo menos uma linha de descarga tem uma área transversal e no qual pelo menos uma linha de descarga está configurada para receber o material de biomassa e o vapor descarregado a partir do frasco de reação pressurizado, uma tubulação de coleta-expansão conectada a uma extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga, uma linha de coleta que possui uma entrada conectada à tubulação de coleta-expansão, no qual a linha de coleta está configurada para receber o material de biomassa e o vapor que flui a partir de pelo menos uma linha de descarga e no qual a linha de coleta tem uma área transversal que é substancialmente mais larga do que a área transversal de pelo menos uma linha de descarga e um dispositivo de separação acoplado a uma extremidade da saída da linha de coleta, no qual o dispositivo de separação está configurado para receber o material de biomassa e o vapor a partir da linha de coleta.

Um método para o tratamento com explosão de vapor foi concebido o qual compreende: pressurizar e infundir o material de biomassa com vapor, passar o material de biomassa pressurizado e infundido e o vapor através de uma variedade de linhas de descarga, a partir de cada uma das linhas de descarga, passar o material de biomassa pressurizado e infundido através de uma tubulação de coleta-expansão e por dentro de uma linha de coleta, reduzir rapidamente a pressão sobre o material de biomassa infundido quando o material de biomassa infundido entrar na linha de coleta a partir da tubulação de coleta-expansão, tratar o material de biomassa infundido com um processo de explosão de vapor em função da rápida redução em pressão e transportar o material de biomassa explodido a vapor, através da linha de coleta, para um dispositivo de separação no qual o material de biomassa explodido a vapor é separado dos gases que fluem com o material de biomassa explodido a vapor na linha de coleta. Esse dispositivo de separação pode ser um separador do tipo ciclone, um definidor de gravidade, um separador por colisão ou qualquer outro dispositivo de separação usado para recuperar gás das misturas. A distância percorrida pelo material de biomassa através das linhas de descarga pode ser substancialmente menor do que a distância que o material de biomassa percorre através da linha de coleta. De maneira adicional, a distância percorrida pelo material de biomassa e pelo vapor através das linhas de descarga é substancialmente menor do que o comprimento total da tubulação a partir das saídas do reator até a entrada do dispositivo de separação em um sistema convencional. Por exemplo, as linhas de descarga podem ter 10% a 60% do comprimento total da tubulação que se estende a partir das saídas do reator até a entrada do dispositivo de separação dependendo das disposições do equipamento específicas do projeto. Pelo menos uma das linhas de descarga pode ser fechada para o material de biomassa por uma válvula disposta entre o frasco de reação pressurizado e a extremidade de entrada de pelo menos uma linha de descarga enquanto pelo menos uma outra linha de descarga está aberta para o material de biomassa e o vapor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 é um diagrama do fluxo do processo que mostra uma vista lateral de um frasco de reação pressurizado, das linhas de descarga, de uma tubulação de coleta-expansão, de uma linha de coleta e de um dispositivo de separação. A figura 2 é um diagrama do fluxo do processo que mostra uma vista superior do frasco de reação pressurizado, linhas de descarga, uma tubulação de coleta-expansão, a linha de coleta e o dispositivo de separa- ção. A figura 3 é um diagrama esquemático de uma modalidade e-xemplar da porção do frasco de reação pressurizado, uma inserção de bico, uma válvula, uma placa com orifício e uma extremidade da entrada para uma linha de descarga. A figura 4 é uma vista esquemática de uma vista terminal da tubulação de coleta-expansão. A figura 5 é um diagrama esquemático de uma vista lateral da tubulação de coleta-expansão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As figuras 1 e 2 ilustram um processo de explosão de vapor no qual o vapor pressurizado é infundido dentro de um material de biomassa, tal como um material lignocelulósico. Liberando-se rapidamente a pressão, o vapor se expande dentro do material de biomassa e rompe as células do material de biomassa ou desfibrila o material de biomassa. O material de biomassa pode ser material lignocelulósico. O material lignocelulósico inclui, mas não está limitado a: material de planta tal como madeira, lascas de madeira, serraria e descartes de fábrica de papel, usina de milho, bagaço de cana-de-açúcar e outros resíduos agrícolas, safras com energia dedicada, lixo de papel municipal e qualquer outro material de biomassa composto de celulose, hemicelulose e lignina.

Nesta modalidade exemplar de um aparelho para o tratamento com explosão de vapor, um frasco de reação pressurizado 20 recebe o material de biomassa 10 através de um dispositivo de transferência de alta pressão 12 o qual conduz o material de biomassa 10 para dentro de um ambiente de alta pressão no frasco de reação pressurizado 20. O material de biomassa 10 pode fluir continuamente para o frasco de reação pressurizado 20. Em outras modalidades exemplares, o material de biomassa 10 pode ser disposto dentro do frasco de reação pressurizado 20 em um processo em lote, semilote ou semicontínuo.

Vapor 14 é adicionado ao frasco de reação pressurizado 20 para adicionar energia ao material de biomassa 10. A energia aumenta a tempe- ratura e a pressão do material de biomassa 10 no frasco de reação pressurizado 20. A temperatura no frasco de reação pressurizado 20 pode estar em uma faixa de 120°C a 300°C, possivelmente de 150°C a 260°C, possivelmente de 160°C a 230°C. A temperatura do material de biomassa 10 também pode estar fora dessa faixa, dependendo do tipo de material de biomassa e do processo de explosão de vapor pelo qual o material de biomassa deve passar. O frasco de reação pressurizado 20 pode ter múltiplas saídas de frasco de reação 21. Cada saída do frasco de reação pode se comunicar com uma válvula 22 e pelo menos uma linha de descarga 24. Cada linha de descarga 24 pode ter uma extremidade de saída 27 conectada a uma tubulação de coleta-expansão 26. A tubulação de coleta-expansão 26 pode prover uma conexão entre cada extremidade de saída da linha de descarga 27 e uma única linha de coleta de diâmetro grande 28.

Os fluxos de vapor e de material de biomassa a partir das linhas de descarga 24 passam através da tubulação de coleta-expansão 26, e entram e se fundem na linha de coleta 28. A posição da tubulação de coleta-expansão 26 no material de biomassa e vapor que sai do frasco de reação pressurizado 20 pode ser ajustada adicionando-se ou diminuindo-se o comprimento da tubulação para regular desse modo a quantidade de vapor que sai do frasco de reação pressurizado 20 em condições normais de operação. A pressão na entrada da linha de coleta 29 pode ser substancialmente menor, tal como menor do que três quartos, menor até do que metade da pressão em cada uma das extremidades de saída da linha de descarga 27 que estão abertas para o fluxo de material de biomassa e vapor. Uma rápida liberação de pressão ocorre à medida que o material de biomassa e vapor passam pela tubulação de coleta-expansão 26 e por dentro da linha de coleta 28. A rápida liberação de pressão faz com que o material de biomassa passe por um processo de explosão de vapor à medida que ele flui para dentro da linha de coleta 28. A área transversal da linha de coleta 28 pode ser substancialmente maior do que qualquer área transversal de uma ou mais linhas de descarga 24 e ela pode ser até substancialmente maior do que a soma das áreas transversais das linhas de descarga 24. A área transversal da linha de coleta 28 pode ser maior do que a área transversal de qualquer uma das linhas de descarga 24 em pelo menos um fator de dois. Em outras modalidades exemplares, a área transversal da linha de coleta 28 pode ser maior do que a área transversal de qualquer uma das linhas de descarga em pelo menos um fator de cinco ou em pelo menos um fator de seis. A mudança de área transversal pode ser efetuada por um repentino alargamento de tubo, uma saída ou por uma série de saídas, seções de tubos cônicos, redutores de tubo excêntrico e concêntrico, ampliadores de tubo ou outro meio gradual para a mudança de diâmetro de tubo. A entrada da linha de coleta 29 está na tubulação de coleta-expansão 26. Embora qualquer dispositivo de separação possa ser usado, nesta modalidade exemplar, um separador do tipo ciclone 30 se comunica com a linha de coleta 28. O separador do tipo ciclone 30 pode ser usado para separar a biomassa explodida por vapor e o vapor da linha de coleta 28 para reduzir a biomassa processada 32 e o gás 34. Podem haver múltiplos separadores do tipo ciclone 30 e múltiplas linhas de coleta 28. O comprimento de cada uma das linhas de descarga 24 pode ser relativamente pequeno, tal como em uma faixa de 0,4 metro a 30 metros. A limitação do comprimento das linhas de descarga 24 reduz a área de superfície interna, conhecida como a área de superfície "molhada", nas passagens com diâmetro menor das linhas de descarga 24 e permite que as linhas de descarga 24 fiquem relativamente livres de encaixes de tubo, curvas, conexões e outras fontes potenciais para a coleta de depósitos de biomassa. Além disso, a área transversal do diâmetro da passagem interna para pelo menos uma linha de descarga 24 pode diferir, por exemplo, em mais do que 50 por cento ou 100 por cento a partir de uma área transversal de uma ou mais das linhas de descarga 24 conectadas ao frasco de reação pressurizado 20.

As múltiplas linhas de descarga 24, as quais podem ser individualmente abertas ou fechadas através das válvulas 22, proveem uma faixa de material de biomassa e taxas de fluxo de vapor através das linhas de descarga abertas que podem ser selecionada. Por exemplo, uma taxa de fluxo relativamente baixa pode ser obtida abrindo-se apenas uma válvula 22 e fechando-se as outras válvulas 22 para que o material de biomassa e o vapor fluem apenas por uma das linhas de descarga 24. A taxa de fluxo de material de biomassa e de vapor pode ser aumentada adicionalmente abrindo-se as válvulas 22 para cada uma das outras linhas de descarga 24. O número de taxas de fluxo que pode ser selecionado abrindo-se e fechando-se seletivamente as válvulas 22 pode ser maior do que o número de linhas de descarga 24, caso as linhas de descarga 24 tenham diferentes áreas transversais no diâmetro da passagem interna. Por exemplo, se pelo menos uma das linhas de descarga 24 tiver uma área transversal para a passagem de material de biomassa e de vapor que seja duas vezes (100 por cento maior) maior do que a área transversal do diâmetro da passagem interna da linha de descarga restante 24, a linha de descarga restante 24 pode ser a-berta ou fechada para prover um incremento de meio-passo no fluxo que ocorre quando as válvulas 22 estão abertas ou fechadas para as outras linhas de descarga 24.

Uma ou mais linhas de descarga 24 podem estar relativamente livres de dispositivos de controle tais como válvulas de estrangulamento, inserções de bico, válvulas com orifício reduzido, placas com orifício e outros dispositivos de restrição. As válvulas 22 na extremidade da entrada, as linhas de descarga nas saídas de frasco de reação 21 podem ser o único dispositivo de controle em cada linha de descarga 24. Para controlar o fluxo de vapor e de material de biomassa a partir do frasco de reação pressurizado 20, as válvulas 22 ficam em uma posição operacional totalmente aberta, parcialmente aberta ou totalmente fechada para selecionar uma ou mais linhas de descarga 24 como passagens para o vapor e o material de biomassa. Minimizando os dispositivos de restrição nas linhas de descarga 24 reduz a tendência das linhas de descarga 24 de ficarem entupidas, bloqueadas ou obstruídas com material de biomassa e/ou com material estranho e isso reduz o risco de falha causada por dispositivos de restrição desgastados. A linha de coleta 28 é um conduto de diâmetro largo que pode ter uma superfície macia e molhada, a qual fica exposta ao material de bio-massa e vapor. Devido ao diâmetro interno largo da linha de coleta e de sua grande área transversal, a linha de coleta 28 pode ser menos propensa a ficar entupida, bloqueada ou obstruída pela deposição de biomassa sobre a superfície molhada da linha de coleta 28.

Devido ao seu diâmetro largo, a linha de coleta 28 pode esten-der-se por uma distância substancialmente maior do que as linhas de descarga 24 sem que haja um risco significativo de tornar-se entupida, bloqueada ou obstruída com depósitos de biomassa. O comprimento da linha de coleta 28 pode ser substancialmente maior do que qualquer uma das linhas de descarga 24, tal como duas a vinte vezes o comprimento de uma ou mais linhas de descarga 24. A figura 3 é um diagrama esquemático que mostra a acoplagem de pelo menos uma, possivelmente duas ou mais linhas de descarga 24 ao frasco de reação pressurizado 20. A acoplagem entre cada uma das linhas de descarga 24 e o frasco de reação pressurizado 20 pode ser substancialmente igual à acoplagem mostrada na figura 3. A parede lateral 36 do frasco de reação pressurizado 20 tem uma abertura, uma saída de frasco de reação 21, para permitir que o material de biomassa e o vapor saiam do frasco de reação pressurizado 20 e passem por dentro da linha de descarga 24. Uma saída encaixável (studding outlet) 40 circunda a abertura, a saída do vaso de reação 21, e está fixada à superfície externa da parede lateral 36. A saída encaixável 40 suporta a válvula 22 que provê a acoplagem entre o frasco de reação pressurizado 20 e a linha de descarga 24. Uma inserção de bico opcional 42 pode encaixar-se na abertura criada pela saída do vaso de reação 21 e pode provê um caminho tranquilo e de baixa resistência para o vapor e o material de biomassa a partir do frasco de reação pressurizado 20 até a linha de descarga 24. A inserção de bico 42 pode estar na abertura, na saída do frasco de reação 21 ou na saída encaixável 40. A inserção de bico 42 pode ser uma inserção substituível e usada para reduzir o tamanho da abertura criada pela saída do frasco de reação 21 para adequar a abertura ao diâmetro da passagem de fluxo na linha de descarga 24. A inserção de bico 42 pode ser removida ou substituída por uma inserção de bico 42 que possua uma passagem com dimensão diferente caso a linha de descarga 24 seja substituída por uma linha de descarga 24 que possui um diâmetro diferente. As inserções de bico 42 para este uso podem ser similares àquelas apresentadas e descritas no pedido de patente U.S. copendente 13/029.801, incorporado aqui por referência e cuja cópia encontra-se em anexo.

Durante uma operação normal e caso a linha de descarga 24 correspondente seja selecionada para ser ativa, a válvula 22 pode ter uma posição totalmente aberta, a qual não restringe o fluxo de material de bio-massa e de vapor através da válvula 22. Se a linha de descarga for selecionada para ser inativa, a válvula 22 pode ter uma posição totalmente fechada a qual impede totalmente o material de biomassa e o vapor de entrar na linha de descarga 24.

Uma placa com orifício 44 pode ser posicionada entre a válvula 22 e uma ou mais linhas de descarga 24. A placa com orifício 44 pode ser anular e ter uma abertura geralmente circular 46, a qual permite que o material de biomassa e o vapor fluam para dentro de uma ou mais linhas de descarga 24. A abertura geralmente circular 46 na placa com orifício 44 pode ser dimensionada para obter uma restrição desejada da taxa de fluxo para o material de biomassa e vapor que flui por dentro da linha de descarga 24. Várias placas com orifício 44 podem estar disponíveis para a colocação entre a válvula 22 e a linha de descarga 24. Uma das placas com orifício 44 pode ser selecionada para obter uma restrição desejada de fluxo na entrada para a linha de descarga 24. A placa com orifício 44, a inserção de bico 42, a válvula 22, as linhas de descarga 24, a tubulação de coleta-expansão 26 e a linha de coleta 28 podem ser formadas por um material, tal como um metal, um material de polímero rígido ou uma cerâmica selecionada para resistir às substâncias químicas do material de biomassa, do vapor e a outras considerações ambientais.

As figuras 4 e 5 são diagramas esquemáticos de uma vista terminal (figura 4) e uma vista lateral (figura 5) da tubulação de coleta- expansão 26. A tubulação de coleta-expansão 26 pode ser uma placa de metal circular com um anel externo 52 que serve como um flange de acopla-gem para um flange de encaixe 48 na entrada da linha de coleta 28. O encaixe de conjuntos circulares de orifícios de parafuso 50 no anel anular externo 52 e no flange 48 provê passagens para parafusos de conexão os quais prendem a tubulação de coleta-expansão 26 na linha de coleta 28. Em outras modalidades exemplares, a tubulação de coleta-expansão 26 pode ser conectada à linha de coleta 28 por outros meios, tal como soldagem. A linha pontilhada circular na figura 4 representa o perímetro da passagem ao longo da linha de coleta 28.

As extremidades de saída da linha de descarga 27 podem estar conectadas a um lado da tubulação de coleta-expansão 26 e a entrada da linha de coleta 28 está conectada ao outro lado da tubulação de coleta-expansão 26. As linhas de descarga 24 estão alinhadas com os ofirícios de parafuso 50 que se estendem através da superfície da tubulação de coleta-expansão 26. As extremidades de saída da linha de descarga 27 das linhas de descarga 24 podem ser fixadas na tubulação de coleta-expansão 26 sol-dando-se as mesmas à tubulação de coleta-expansão 26 (conforme mostrado na figura 5), elas podem ser acopladas por um flange a cada linha de descarga 24 parafusado na tubulação de coleta-expansão 26 ou acopladas de algum outro modo. Talvez não haja nenhuma restrição ao fluxo de material de biomassa e de vapor quando ele flui através das linhas de descarga 24, passa pela tubulação de coleta-expansão 26 e por dentro da linha de coleta 28. O lado da tubulação de coleta-expansão 26 que conecta-se à linha de coleta 28 pode incluir recessos que permitam a inclusão de bicos ou inserções usadas na saída de cada linha de descarga 24. Esse arranjo permitiría a substituição de parte ou partes da tubulação de coleta-expansão 26 sem precisar repor toda a tubulação de coleta-expansão 26.

Uma opção de um bico separado ou combinação de bicos pode ser usada para injetar água ou substâncias químicas antes, dentro, perto ou após a tubulação de coleta-expansão 26. A posição da tubulação de coleta-expansão 26 e o comprimento da linha de coleta 28 podem ser selecionados para obter linhas de descarga relativamente curtas 24 e desse modo reduzir o risco de entupimento, blo-queamento ou obstrução nas linhas devido a depósitos de biomassa e/ou material estranho e para acomodar a disposição da planta e do equipamento existente. Além disso, a tubulação de coleta-expansão 26 pode ser substituível para permitir mudanças no número de linhas de descarga 24. Em outras modalidades exemplares, a tubulação de coleta-expansão 26 pode ter conexões para linhas extras de descarga 24 que potencialmente podem ser adicionadas depois que a tubulação de coleta-expansão 26 estiver inicialmente instalada.

Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com o que foi presentemente considerado como a modalidade mais prática e preferida, deve ser compreendido que a invenção não deve ser limitada à modalidade descrita aqui, pelo contrário, a mesma pretende abranger várias modificações e arranjos equivalentes incluídos no espírito e no escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. Aparelho para o tratamento por explosão de vapor de material de biomassa que compreende: um frasco de reação pressurizado configurado para conter material de biomassa e vapor; pelo menos uma linha de descarga acoplada a uma saída do frasco de reação pressurizado, no qual pelo menos uma linha de descarga tem uma área transversal e no qual pelo menos uma linha de descarga está configurada para receber o material de biomassa e o vapor descarregado a partir do frasco de reação pressurizado; uma tubulação de coleta-expansão conectada a uma extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga; uma linha de coleta que possui uma entrada conectada à tubulação de coleta-expansão, na qual a linha de coleta está configurada para receber o material de biomassa e o vapor que flui a partir da extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga e no qual a linha de coleta tem uma área transversal que é substancialmente mais larga do que a área transversal cumulativa de pelo menos uma linha de descarga; e um dispositivo de separação acoplado a uma extremidade da saída da linha de coleta para receber o material de biomassa e o vapor a partir da linha de coleta, e o dispositivo de separação inclui uma saída de gás e uma saída de material de biomassa.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o comprimento de pelo menos uma linha de descarga é substancialmente menor do que o comprimento da linha de coleta.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual a área transversal da linha de coleta é pelo menos de duas a quatrocentas vezes a área transversal de qualquer uma de pelo menos uma das linhas de descarga.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual a pressão na entrada da linha de coleta é substancialmente menor do que a pressão na extremidade da saída da linha de descarga.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, que ainda compre- ende uma válvula para pelo menos cada umadas linhas de descarga, em que cada válvula está posicionada entre o frasco de reação e uma entrada de pelo menos uma linha de descarga.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, no qual cada válvula tem uma posição operacional totalmente aberta e totalmente fechada.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o número de linhas de descarga é pelo menos dois.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, no qual o diâmetro interno de cada uma das linhas de descarga é substancialmente uniforme ao longo de cada uma das linhas de descarga.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, no qual o diâmetro interno de pelo menos uma das linhas de descarga tem uma área transversal que é mais larga do que uma área transversal de outra dentre uma das linhas de descarga.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o diâmetro interno de pelo menos uma dentre a pluralidade de linhas de descarga tem uma área transversal que é menor do que uma área transversal de pelo menos uma outra linha de descarga na pluralidade de linhas de descarga.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 que ainda compreende uma pluralidade de linhas de coleta, em que cada linha de coleta está configurada para receber o material de biomassa e o vapor a partir de pelo menos uma linha de descarga.

12. Método para o tratamento com explosão de vapor que compreende: pressurizar e infundir material de biomassa com vapor em um frasco de reação pressurizado para gerar um material de biomassa pressurizado e infundido; passar o material de biomassa pressurizado e infundido e o vapor a partir do frasco de reação pressurizado através de pelo menos uma da pluralidade de saídas de frasco de reação dentro de pelo menos uma da pluralidade de linhas de descarga; passar o material de biomassa pressurizado e infundido a partir de pelo menos uma das linhas de descarga através de uma tubulação de expansão e por dentro de uma linha de coleta; reduzir rapidamente a pressão sobre o material de biomassa pressurizado e infundido quando o material de biomassa pressurizado e infundido entrar na linha de coleta a partir da tubulação de coleta-expansão para gerar o material de biomassa explodido a vapor; transportar o material de biomassa explodido a vapor através da linha de coleta para um dispositivo de separação, no qual o material de biomassa explodido a vapor é separado dos gases que fluem com o material de biomassa explodido a vapor na linha de coleta.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, no qual a distância percorrida pelo material de biomassa pressurizado e infundido através da pluralidade de linhas de descarga é substancialmente menor do que o comprimento da linha de coleta.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, no qual pelo menos uma das linhas de descarga é fechada para o material de biomassa pressurizado e infundido por uma válvula posicionada entre o frasco de reação pressurizado e uma entrada de pelo menos uma das linhas de descarga enquanto pelo menos outra uma linha de descarga está aberta e recebendo material de biomassa.

15. Método de acordo com a reivindicação 12, que ainda compreende abrir de forma seletiva pelo menos uma pluralidade de linhas de descarga para obter uma determinada taxa combinada de fluxo do material de biomassa e do vapor através da tubulação de expansão.

16. Método de acordo com a reivindicação 12, no qual pelo menos uma das linhas de descarga ou um bico inserido próximo a uma entrada de pelo menos uma pluralidade de linha de descarga define uma passagem de fluxo que possui uma área transversal que é substancialmente menor do que a área transversal de pelo menos outra linha de descarga da pluralidade de descarga.

17. Aparelho para o tratamento por explosão de vapor de material de biomassa que compreende: pelo menos uma linha de descarga se estendendo a partir do frasco de reação pressurizado nas saídas de frasco de reação, no qual pelo menos uma linha de descarga tem uma área transversal e no qual pelo menos uma linha de descarga está configurada para receber o material de bio-massa e o vapor descarregado a partir do frasco de reação pressurizado; uma tubulação de coleta-expansão conectada a uma extremidade da saída de pelo menos uma linha de descarga; uma linha de coleta que possui uma entrada conectada à tubulação de coleta-expansão, em que a linha de coleta está configurada para receber o material de biomassa e o vapor que flui a partir de pelo menos uma linha de descarga e em que a linha de coleta tem uma área transversal que é substancialmente mais larga do que a área transversal de pelo menos uma linha de descarga; e um dispositivo de separação acoplado a uma extremidade da saída da linha de coleta, no qual o dispositivo de separação está configurado para receber o material de biomassa e o vapor a partir da linha de coleta.