BR102017021185B1 - Método de reaproveitamento energético de gases de carbonização para produção contínua de carvão vegetal, sistema e reator para produção contínua de carvão vegetal para produção contínua de carvão vegetal - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a um sistema para produção contínua de carvão vegetal em um reator vertical tendo uma zona de carregamento (1) de topo e uma zona de secagem (2) concêntricas, uma zona de carbonização (3), uma zona de resfriamento (4) e uma zona de descarga (5), bem como a um método de reaproveitamento energético de gases de carbonização para produção contínua desse carvão, o qual compreende extrair gás de carbonização do topo da zona de secagem (2) do reator (R) e subdividi-lo pelo menos em uma massa de gás recirculante e uma massa de gás de aquecimento e uma parte restante de gás que excede a energia necessária no processo para a geração de energia elétrica; realizar a combustão da massa de gás de aquecimento em um gerador de gases quentes (11); injetar a massa de gás recirculante em um recuperador de calor (9); injetar a massa de gás de aquecimento após a combustão sobre o recuperador de calor (9), para aquecimento indireto da massa de gás recirculante; e reinjetar a massa de gás recirculante aquecida pelo recuperador de calor (9) na base da zona de carbonização (3) do reator (R).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um reator e a um sistema para produção contínua de carvão vegetal de alta qualidade destinado à indústria metalúrgica. A invenção também se refere a um método de reaproveitamento energético de gases de carbonização para produção contínua de carvão vegetal, o qual é aplicável ao reator e ao sistema para produção contínua de carvão vegetal. Esse método proporciona maior eficiência energética e maior aproveitamento da energia química de carbonização do próprio processo de produção do carvão, reduzindo o consumo de outras fontes de energia.
[002] Reatores para produção contínua de carvão vegetal são conhecidos, por exemplo, a partir dos documentos FR2416931, US5584970 e US1739786 e PI0800063-8.
[003] FR2416931 revela um processo para a produção contínua de carvão vegetal em um reator de poço de leito móvel que compreende uma chaminé de carregamento H de seção reduzida, em que se controla periodicamente o nível de madeira para se assegurar que a chaminé esteja constantemente munida de madeira. Em seguida se prevê uma cuba C de seção substancialmente maior em que a madeira é progressivamente secada e a seguir carbonizada sob o efeito do gás quente que advém da seção inferior dessa cuba. Os vapores piro-lenhosos são evacuados da cuba através de uma linha de extração e conduzidos para uma câmara F que se liga a uma seção mais inferior da cuba C, câmara esta na qual são injetados simultaneamente os gases quentes oriundos de um trocador de calor E. Os produtos gasosos são evacuados de uma câmara D, situada essencialmente no mesmo nível da câmara F, e transportados para um espaço ligado ao trocador de calor E. Abaixo da zona de carbonização da cuba C se encontra um compartimento R de resfriamento do carvão, através da reciclagem de gás extraído desse compartimento por uma linha refrigerada à água dentro de uma coluna L e reinjetado no compartimento.
[004] US5584970 revela um reator que compreende uma câmara de carregamento 2, uma zona de preaquecimento 3 para secar a madeira, uma zona de carbonização 4, uma zona de calcinação 5 opcional e uma zona de resfriamento 6. Entre as diferentes zonas são previstas calhas anulares 28 e 38 em formato cônico, sendo que gás quente extraído na saída da zona de carbonização é circulado, misturado com gás de exaustão (mais frio) e reinjetado em torno da calha situada entre a zona de secagem e a zona de carbonização. O gás de resfriamento que alimenta a zona de resfriamento é extraído em torno do cone inferior e passado por um resfriador. Gás de exaustão contendo elementos combustíveis é extraído do topo da zona de preaquecimento é parcialmente transportado para uma câmara de combustão e o gás que é extraído dessa câmara é utilizado para preaquecer o ar em trocadores de calor antes de ser descarregado.
[005] Em particular em FR2416931 e em menor escala em US5584970, a zona de carregamento possui uma seção transversal mais reduzida do que a da subsequente zona de preaquecimento e projeta-se parcialmente para dentro dessa última, formando nessa região uma estrutura de "tubo duplo". Como também já ensinado por US1739786, essa sobreposição tem a função de, na extração dos gases quentes no topo da zona de preaquecimento, afastar o carregamento da madeira da saída dos gases, evitando-se, assim, a condução de serragem da madeira para a tubulação dos gases, eliminando, em consequência, a ocorrência de entupimentos e da necessidade de manutenção frequente.
[006] A patente PI0800063-8 também revela um reator vertical para produção contínua de carvão vegetal, cujo objetivo reside em reduzir o arrastamento de serragem com os gases extraídos da zona de preaquecimento, sem alterar substancialmente o formato e dimensões do reator. Para isso, a zona de carregamento está disposta de forma excêntrica em relação à zona de secagem, sendo a saída de extração de gases da zona de secagem situada substancialmente na seção de maior área do espaço anelar formada pelo prolongamento da zona de carregamento para a zona de secagem. A patente PI0800063- 8 também menciona que a zona de carregamento tem um diâmetro de cerca de 2.000 mm e a zona de secagem tem um diâmetro de 2.500 mm, sendo que o eixo geométrico vertical da zona de carregamento está deslocado D em aproximadamente 100 mm do eixo geométrico vertical da zona de secagem. Dessa forma, a relação entre os diâmetros da zona de carregamento e a zona de secagem é de 0,8.
[007] Embora essa disposição excêntrica das zonas de carregamento e secagem, ainda com diâmetros de tamanho relativamente próximo, seja eficiente para reduzir o arrastamento de serragem, ela cria uma zona de fluxo preferencial dentro do forno, onde a carbonização é maior. Isso interfere no perfil térmico de carbonização dentro do forno, o que prejudica seu desempenho.
[008] A presente invenção tem como objetivo principal um reator do tipo descrito que proporcione um melhor controle do perfil térmico da zona de carbonização, o que implica em maior homogeneização das propriedades físico-químicas do carvão produzido. Este fato permite um maior rendimento mássico de carvão por massa de madeira e maximização de rendimento na indústria metalúrgica.
[009] Outro objetivo da invenção é o de proporcionar uma tecnologia com o melhor aproveitamento da energia química contida nos gases da carbonização. Além disso, esta solução visa diminuir o arraste de detritos de madeira quando da extração dos vapores no topo do reator.
[0010] A invenção ainda tem como objetivo uma distribuição da massa recirculante aquecida de gases da carbonização de forma homogênea através de um anel na base da zona de carbonização. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[0011] Os objetivos da invenção são alcançados por um método de reaproveitamento energético de gases de carbonização para produção contínua de carvão vegetal em um reator que possui uma estrutura vertical compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento de topo, uma zona de secagem, uma zona de carbonização, uma zona de resfriamento e uma zona de descarga, o método compreendendo as etapas de: extrair gás de carbonização do topo da zona de secagem do reator e subdividi-lo em frações que compreendem pelo menos uma massa de gás recirculante e, uma massa de gás de aquecimento; realizar a combustão da massa de gás de aquecimento em um gerador de gases quentes; injetar a massa de gás recirculante em um recuperador de calor; injetar a massa de gás de aquecimento após a combustão sobre o recuperador de calor, sem contato com a massa de gás recirculante, para aquecimento da massa de gás recirculante; e reinjetar a massa de gás recirculante aquecida através do recuperador de calor na base da zona de carbonização do reator.
[0012] Na etapa de extração e subdivisão do gás de carbonização do reator, o gás de carbonização pode ser subdividido em três frações, sendo que a terceira fração é uma massa restante que é enviada para uma unidade termoelétrica. Além disso, a massa de gás de aquecimento após a combustão e após ser injetada sobre o recuperador de calor pode ser, em seguida, utilizada para secagem de madeira que será, posteriormente, alimentada à zona de carregamento do reator.
[0013] Os objetivos da invenção são também alcançados por um sistema para produção contínua de carvão vegetal compreendendo um reator com uma estrutura vertical compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento de topo, uma zona de secagem com pelo menos duas saídas para extração de gás de carbonização no seu topo, uma zona de carbonização, uma zona de resfriamento e uma zona de descarga, e um circuito de reaproveitamento de gases em comunicação de fluido com as pelo menos duas saídas da zona de secagem. Esse circuito compreende um recuperador de calor dentro do qual circula uma massa recirculante de gás extraído do reator, onde essa massa recirculante é aquecida e reinjetada na base da zona de carbonização, e um gerador de gases quentes que recebe e realiza a combustão de uma massa de gás de aquecimento extraído do reator, e descarrega o gás de aquecimento após a combustão sobre o recuperador de calor para troca de calor sem contato direto com a massa recirculante de gás no interior do recuperador de calor.
[0014] O sistema pode compreender ainda um secador de madeira, ao qual é alimentado o gás de aquecimento após a combustão e após atravessar o recuperador de calor. Também pode ser provido um duto em comunicação com as saídas do reator, o qual conduz para uma unidade termoelétrica uma massa restante do gás de carbonização extraído do reator que excede a necessidade de energia do sistema.
[0015] O sistema pode compreender ainda um anel tubular circundando a base de zona de carbonização, o anel estando em comunicação de fluido com o recuperador de calor, e compreendendo uma pluralidade de interligações distribuídas regularmente ao redor da zona de carbonização, estabelecendo uma comunicação fluida entre o interior do anel e a base da zona de carbonização, sendo que a massa recirculante de gás flui do recuperador de calor para o anel e através das interligações para a base da zona de carbonização.
[0016] No sistema de acordo com a invenção, a zona de carregamento do reator possui uma seção transversal menor do que a zona de secagem e apresenta um prolongamento para o interior da zona de secagem, formando um espaço anelar em torno do prolongamento, e a zona de carregamento está disposta de forma concêntrica em relação à zona de secagem, e sendo que a relação entre o diâmetro da zona de carregamento DC e o diâmetro da zona de secagem DS está compreendida entre 0,68 a 0,72. O referido sistema é adaptado para realizar o método acima descrito.
[0017] Os objetivos da invenção são também alcançados por um reator para produção contínua de carvão vegetal, tendo uma estrutura vertical, compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento de topo, uma zona de secagem, uma zona de carbonização, uma zona de resfriamento e uma zona de descarga, sendo que a zona de carregamento possui uma seção transversal menor do que a zona de secagem e apresenta um prolongamento para o interior da zona de secagem, formando um espaço anelar em torno do prolongamento, sendo que no topo da zona de secagem, pelo menos duas saídas para extração de gases estão dispostas diametralmente opostas, e a zona de carregamento está disposta de forma concêntrica em relação à zona de secagem, e sendo que a relação entre o diâmetro da zona de carregamento DC e o diâmetro da zona de secagem DS está compreendida entre 0,68 a 0,72.
[0018] O reator pode compreender ainda um anel tubular inferior circundando a base de zona de resfriamento e estando em comunicação de fluido com o seu interior, e um anel tubular superior circundando o topo da zona de resfriamento, e estando em comunicação de fluido com seu interior. Um trocador de calor possui uma entrada em comunicação fluida com o anel superior para extração de gás de carbonização no topo da zona de resfriamento, e uma saída em comunicação fluida com o anel inferior, sendo que gás de carbonização extraído da zona de resfriamento flui pelo anel superior e deste pelo trocador de calor para o anel inferior e de volta para a base da zona de resfriamento.
[0019] A invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de concretização ilustrado nas figuras. As figuras mostram:
[0020] Figura 1A - uma vista esquemática simplificada das diferentes zonas de um reator para produção contínua de carvão vegetal, incluindo os equipamentos externos e etapas de carga e de descarga;
[0021] Figura 1B - vista ampliada de um detalhe da figura 1A referente às zonas de carregamento e secagem;
[0022] Figura 2 - o sistema de queima dos gases da carbonização e aquecimento da massa recirculante responsável pelo aporte de energia e pela manutenção do perfil térmico do reator;
[0023] Figura 3 - é um gráfico de distribuição normal, no qual a malha do carvão obtido pela invenção em questão é comparada com a malha do carvão produzido por fornos convencionais do estado da técnica;
[0024] Figura 4 - é um gráfico que mostra resultados de ensaios de permeabilidade do leito de carvão, comparando o produto obtido pela invenção com técnica anterior.
[0025] Conforme ilustrado na figura 1A, no processo de produção de carvão vegetal, inicialmente, a madeira úmida após o corte da floresta 20 segue para um picador de madeira 19. O produto deste processamento é enviado para um secador 18 e, a seguir, é carregado através de uma caçamba sobre trilhos 21 até o topo da zona de carregamento 1 do reator R de um sistema para produção contínua de carvão vegetal.
[0026] O reator de carbonização R compreende a zona de carregamento 1 em seu topo e, abaixo dele, se prolonga uma zona de secagem 2, de diâmetro maior do que a zona de carregamento 1. Abaixo da zona de secagem 2 são dispostas, em sequência na direção descendente, uma zona de carbonização 3, uma zona de resfriamento 4 e uma zona de descarga 5.
[0027] Um detalhe da figura 1A é mostrado em versão ampliada na figura 1B. Assim, na figura 1B verifica-se que a zona de carregamento 1 prolonga-se para dentro de uma zona de secagem 2 através de um prolongamento 1'.
[0028] A zona de carregamento 1 possui um diâmetro com dimensão menor do que o diâmetro da zona de secagem 2, formando uma região de duplo tubo com um espaço anelar A em torno do prolongamento da zona de carregamento 1', dentro da zona de secagem 2. O diâmetro da zona de carregamento 1 também é menor do que o diâmetro da zona de carregamento de reatores do estado da técnica em aproximadamente 30%. Preferivelmente, a relação entre o diâmetro da zona de carregamento DC e o diâmetro da zona de secagem DS está compreendida entre 0,68 a 0,72. De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o diâmetro da zona de carregamento (DC) é de 1,80 m enquanto o diâmetro da zona de secagem (DS) é 2,50 m. Em vista disso, o espaço anelar A possui uma área de maior dimensão quando comparada a reatores do estado da técnica.
[0029] Além desse aumento do espaço anelar A entre o prolongamento da zona de carregamento 1' e a zona de secagem 2, há pelo menos duas saídas 8 de extração de gases de carbonização na parte superior da zona de secagem, as quais são dispostas opostas, com distanciamento de 180°, de modo a dividir o fluxo no topo do reator. A associação do uso das pelo menos duas saídas 8 com o aumento do espaço anelar faz com que a velocidade do gás dentro do reator seja reduzida e o fluxo interno do reator fique mais uniforme. Isso permite que a extração de gases de carbonização seja efetuada com menor velocidade, mantendo-se a mesma vazão necessária, o que diminui substancialmente o arraste de corpos indesejados da madeira, tais como, serragem ou detritos. Com isso, garante-se uma melhor distribuição e aspiração dos gases capturados pelas saídas de extração 8.
[0030] Os eixos geométricos verticais do cilindro da zona de carregamento 1 e do cilindro da zona de secagem 2 são verticalmente coincidentes, de modo que a zona de carregamento 1 e a zona de secagem 2 são concêntricas.
[0031] O uso de duas saídas de extração 8 garante um controle do fluxo gasoso mais homogêneo. Esse controle, aliado a uma distribuição homogênea da massa recirculante de gases aquecidos na base da zona de carbonização que será descrita mais adiante, permite maior precisão do perfil térmico do reator.
[0032] Quando o reator R está carregado e em operação, nova madeira é alimentada na zona de carregamento 1, sendo que a descida de todo o conteúdo do reator R é controlada pela abertura de válvulas em uma zona de descarga 5.
[0033] Assim, quando da abertura e do fechamento dessas válvulas, é possível controlar-se a velocidade de produção de carvão, o que interfere nas características físico-químicas do carvão obtido. A abertura e o fechamento dessas válvulas também permitem manter-se a respectiva continuidade do processo de produção de carvão vegetal.
[0034] Durante a passagem da madeira pela zona de secagem 2 do reator, a madeira perde a umidade e inicia a fase da pirólise na zona de carbonização 3. A temperatura de carbonização da madeira é função do teor de carbono fixo que se deseja alcançar, sendo que usualmente emprega-se aproximadamente 400oC.
[0035] No reator de acordo com a invenção, há uma recirculação de gases que são extraídos das saídas de extração 8 e alimentados novamente na base da zona de carbonização 3, os quais são chamados de gases de recirculação ou massa recirculante. Além desses gases, também são formados dentro do reator novos gases oriundos da carbonização. Um método de reaproveitamento energético dos gases de carbonização é colocado em operação para efetuar essa recirculação de gases de forma otimizada, o qual será aqui descrito.
[0036] A temperatura da carbonização dentro do reator é atingida pela energia contida na massa recirculante que é reinjetada no reator através de um duto 10 em um anel 10' na base da zona de carbonização 3. No entanto, é importante que esta massa recirculante seja aquecida antes da injeção, o que será explicado mais adiante.
[0037] Na figura 1A é ainda ilustrado o circuito de reaproveitamento de gases do sistema para produção contínua de carvão vegetal de acordo com a invenção, onde ocorre o aproveitamento da energia térmica dos gases da carbonização. Os gases extraídos no topo do reator se dividem em três frações, a saber, uma massa de gás de aquecimento que segue para um gerador de gases quentes 11 através do primeiro duto 11', a massa recirculante que segue para o recuperador 9 através do segundo duto 16' e uma massa restante que segue pelo terceiro duto 16 para a unidade termoelétrica 17. O primeiro duto 11', o segundo duto 16' e o terceiro duto 16 estão em comunicação fluida com as saídas 8 do reator.
[0038] A fração dos gases produzidos durante a carbonização que segue para o gerador de gases quentes (GGQ) 11 é usada para o aporte térmico do processo. A combustão destes gases é promovida com um excesso de ar atmosférico forçado para dentro do gerador de gases quentes 11 acima da condição estequiométrica.
[0039] A fração restante ou massa restante dos gases produzidos durante a carbonização não necessária para o aporte de energia do reator R segue pelo duto 16 para a unidade termoelétrica 17.
[0040] Por sua vez, os fumos resultantes da combustão saem do gerador de gases quentes 11 através de um duto 12 e seguem para um recuperador de calor 9 onde indiretamente aquecem a massa recirculante de gases da carbonização. Subsequentemente, a massa recirculante é injetada a partir do recuperador de calor 9, através do anel 10 tubular, na base da zona de carbonização 3 e a energia térmica contida nesta massa é responsável pela temperatura final da zona de carbonização e pelo controle do perfil térmico do reator R. Pelo fato do anel 10 circundar a base de zona de carbonização 3, uma pluralidade de interligações 10' entre o anel e o reator, que se espalham pela circunferência da zona de carbonização 3, permitem que haja comunicação fluida entre o interior do anel 10 e a base de zona de carbonização 3. Ou seja, a massa circulante entra na base da zona 3 de forma homogênea, o que permite um melhor perfil térmico da zona de carbonização 3.
[0041] A massa de gases de aquecimento após a queima troca calor com a massa recirculante no recuperador de calor 9 e segue através do duto 14 para aproveitamento secundário da energia térmica restante, sendo esta energia térmica utilizada para secagem da madeira no secador 18. A secagem da madeira garante um aumento na eficiência de conversão de madeira em carvão.
[0042] Essa construção do circuito de reaproveitamento de gases é bastante simples e energeticamente eficiente, porque a queima é feita completa com excesso de ar e o calor contido nestes fumos aquece indiretamente a massa recirculante, já que essa massa recirculante de gás efetivamente precisa ser aquecida antes de ser injetada no reator R. Os gases que formam a massa recirculante são aquecidos no recuperador 9 pelos fumos ou massa de gás de aquecimento queimada produzida no gerador de gases quentes 11, porém sem que haja contato direto entre a massa recirculante e massa de gás de aquecimento queimada no gerador de gases quentes 11, como será descrito posteriomente.
[0043] A massa de gases recirculante tem composição semelhante à dos gases de carbonização dentro do reator, ou seja, são isentos de oxigênio. A ausência de oxigênio na massa recirculante faz com que não haja combustão do carvão na base da zona de carbonização 3, o que permite o controle eficiente do perfil térmico, o maior rendimento em carvão e o controle da qualidade físico-química do carvão produzido.
[0044] A figura 2 mostra claramente que o gás oriundo das saídas de extração 8 do topo do reator R se subdivide, sendo que parte destina-se a retornar para o próprio forno, formando a massa recirculante. No entanto, como mencionado, esta massa recirculante deve ser aquecida antes de reentrar no reator, através do anel 10, na base da zona de carbonização 3, para que alcance a temperatura ideal de carbonização. De acordo com o método de reaproveitamento energético de gases da invenção, este aquecimento é promovido pelo recuperador de calor 9 que, na verdade, é um trocador de calor 9, em que os fumos ou a massa de gás de aquecimento queimada vinda do gerador 11 não entram em contato direto com a massa recirculante. O controle da temperatura da massa recirculante é feito pelo fornecimento do excesso de ar atmosférico ao gerador de gases quentes 11. Este excesso de ar garante a combustão completa do gás quente dentro do gerador de gases quentes 11. No entanto, o aumento da quantidade de excesso de ar atmosférico injetada no gerador de gases quentes 11 resfria a temperatura da massa de gás de aquecimento queimada do GCC 11 ao recuperador 9, o que, por sua vez permite o controle da temperatura de carbonização.
[0045] Uma vez que a massa de gás de aquecimento queimada no gerador de gases quentes 11 é apenas usada para aquecer a massa recirculante através de um trocador de calor, recuperador 9, ou seja, sem contato direto com a mesma, é possível realizar o aquecimento dessa massa recirculante, sem que isso cause o indesejado entupimento do reator, por condensação de óleos e demais componentes, diferentemente do estado da técnica.
[0046] Na figura 1A observa-se que abaixo da zona de carbonização 3 encontra-se a zona de resfriamento 4. Nesta zona 4, o carvão desce em contracorrente com os gases de carbonização resfriados em um trocador de calor 13. Além disso, os próprios gases da carbonização são aspirados através de uma saída de exaustão do anel tubular superior 15 no topo da zona de resfriamento 4, seguem para um trocador de calor 13 e são reinjetados pelo anel 13' na base da zona de resfriamento 4.
[0047] Abaixo da zona de resfriamento 4 está presente a zona de descarga 5 composta por duas câmaras e com funcionamento similar a uma eclusa, evitando a entrada de ar no forno durante as descargas. Por sua vez, o carvão vegetal produzido é enviado ao silo 7 e deste para consumo.
[0048] Como comprovação de eficiência do acima descrito, o gráfico da figura 3 compara o tipo de carvão obtido pelo reator de acordo com a invenção ao carvão obtido em fornos de alvenaria convencionais. Neste gráfico são mostradas duas curvas. A curva mais espalhada, de menor altura e maior variância (mais espalhada), corresponde a uma distribuição normal da malha do carvão produzido em fornos de alvenaria convencionais em milímetros. Já a curva de maior altura e menor variância (mais concentrada) representa a distribuição normal da malha do carvão produzido pelo reator da invenção. Devido à curva normal mais concentrada na região central, com menor variância, resta claro que há uma homogeneidade sensivelmente maior do carvão obtido na invenção do que no carvão produzido em fornos de alvenaria convencionais. Essa maior homogeneidade da malha possui impacto direto na utilização do carvão para os processos subsequentes nos quais ele será empregado, como, por exemplo, maior controle da produção de aço, o que possui implicação direta na qualidade obtida.
[0049] Por fim, o gráfico da figura 4 compara, por meio de curvas de velocidade a vazio por pressão diferencial, a qualidade da permeabilidade do leito de carvão obtido com a invenção se comparado ao carvão de fornos de alvenaria convencionais. A permeabilidade é uma propriedade de um leito de permitir com maior ou menor facilidade o escoamento de um fluido através de suas partículas. Leitos de partículas de carvão com dimensões mais homogêneas permitem um escoamento mais fácil e melhor distribuído, ou seja, possuem melhor permeabilidade. No gráfico da figura 4, quanto menor for a pressão diferencial, ou seja, quanto mais próxima do eixo das abscissas estiver a curva, melhor é a permeabilidade, conforme mostrado pela seta representada nesse gráfico. Nota-se que o carvão bruto produzido de acordo com a presente invenção possui melhor permeabilidade do que o carvão bruto e o carvão em camadas dos fornos de alvenaria convencionais.
[0050] A presente invenção alcança, portanto, os objetivos desejados, ao proporcionar um reator, um sistema e para produção contínua de carvão vegetal, e um método de reaproveitamento energético de gases de carbonização com maior eficiência energética e capazes de produzir carvão de melhor qualidade, ao mesmo tempo eliminando o risco de entupimento dos equipamentos. Os objetivos propostos são alcançados, de acordo com a invenção, pelo fato da queima dos gases ser feita de forma completa, com excesso de ar, e pelo fato de a energia térmica gerada nesta queima aquecer indiretamente um fluido recirculante composto pelos gases da carbonização. O controle da temperatura da massa recirculante sem contato com os fumos e sem a presença de oxigênio permite o controle do perfil térmico do reator, do rendimento da carbonização e da qualidade do carvão produzido. Contribui-se, assim, para um melhor perfil térmico sem que haja indesejadas interrupções de operação por entupimentos causados quando da condensação dos vapores piro-lenhosos.
[0051] Tendo sido descrita uma concretização apenas a título de exemplo, deve ser entendido que a presente invenção pode ser realizada de outras formas, sendo seu escopo limitado apenas pelas reivindicações a seguir, aí incluídas as características equivalentes àquelas expressamente definidas.
Claims (20)
1. Método de reaproveitamento energético de gases de carbonização para produção contínua de carvão vegetal em um reator (R) que possui uma estrutura vertical compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento (1) de topo, uma zona de secagem (2), uma zona de carbonização (3), uma zona de resfriamento (4) e uma zona de descarga (5), o método caracterizado por compreender as etapas de: extrair gás de carbonização do topo da zona de secagem (2) do reator e subdividi-lo em frações que compreendem pelo menos um gás de aquecimento transportado em um primeiro duto (11’) para um gerador de gases quentes (11) e um gás recirculante transportado em um segundo duto (16’) para um recuperador de calor (9); realizar a combustão do gás de aquecimento em um gerador de gases quentes (11); injetar o gás recirculante no recuperador de calor (9); injetar o gás de aquecimento após a combustão sobre o recuperador de calor, para aquecimento indireto do gás recirculante; e reinjetar o gás recirculante aquecido pelo recuperador de calor na base da zona de carbonização (3) do reator (R).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na extração e subdivisão do gás de carbonização do reator (R), o gás de carbonização é subdividido em três frações, sendo que uma terceira fração é um gás restante que é enviado para uma unidade termoelétrica (17) através de um terceiro tubo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o gás de aquecimento após a combustão e após ser injetado sobre o recuperador de calor para aquecimento indireto é, em seguida, utilizado para secagem de madeira que será, posteriormente, alimentada à zona de carregamento do reator.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de controlar a temperatura da massa de gás recirculante reinjetada na base da zona de carbonização (3) do reator (R) por meio do controle de uma quantidade de ar atmosférico forçada para dentro do gerador de gases quentes (11).
5. Sistema para produção contínua de carvão vegetal caracterizado por compreender: um reator com uma estrutura vertical compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento (1) de topo, uma zona de secagem (2) com pelo menos duas saídas (8) para extração de gás de carbonização no seu topo, uma zona de carbonização (3), uma zona de resfriamento (4) e uma zona de descarga (5), e um circuito de reaproveitamento de gases em comunicação de fluido com as pelo menos duas saídas (8) da zona de secagem, o circuito de reaproveitamento de gases compreendendo: - um recuperador de calor (9) dentro do qual circula um gás recirculante extraído do reator, onde esse gás recirculante é aquecido e reinjetado na base da zona de carbonização (3); e - um gerador de gases quentes (11) que recebe e realiza a combustão de um gás de aquecimento extraído do reator, e descarrega o gás de aquecimento após a combustão sobre o recuperador de calor (9) para troca de calor indireta com o gás recirculante no interior do recuperador de calor (9).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender um secador de madeira (18), ao qual e alimentado o gás de aquecimento após combustão e após atravessar o recuperador de calor (9).
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado por compreender um duto (16) em comunicação com as saídas (8) do reator, o qual conduz o gás restante do gás de carbonização extraído do reator (R) para uma unidade termoelétrica (17).
8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de compreender um anel (10) tubular circundando a base de zona de carbonização (3), o anel (10) estando em comunicação de fluido com o recuperador de calor (9), e compreendendo uma pluralidade de interligações (10') distribuídas regularmente ao redor da zona de carbonização (3), estabelecendo uma comunicação fluida entre um interior do anel (10) e a base da zona de carbonização (3), sendo que o gás recirculante flui do recuperador de calor (9) para o anel (10) e através das interligações (10') para a base da zona de carbonização.
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a zona de carregamento (1) do reator (R) possui uma seção transversal menor do que a zona de secagem (2) e apresenta um prolongamento (1') para o interior da zona de secagem (2), formando um espaço anelar (A) em torno do prolongamento (1'), e a zona de carregamento (1) está disposta de forma concêntrica em relação à zona de secagem (2), e sendo que a relação entre o diâmetro da zona de carregamento (DC) e o diâmetro da zona de secagem (DS) está compreendida entre 0,68 a 0,72.
10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o gerador de gases quentes (11) realiza a combustão completa com excesso de ar atmosférico do gás de aquecimento extraído do reator, antes de descarregar o gás de aquecimento sobre o recuperador de calor (9) para troca de calor indireta com o gás recirculante no interior do recuperador de calor (9).
11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
12. Reator para produção contínua de carvão vegetal, tendo uma estrutura vertical, compreendendo, em sequência, uma zona de carregamento (1) de topo, uma zona de secagem (2), uma zona de carbonização (3), uma zona de resfriamento (4) e uma zona de descarga (5), sendo que a zona de carregamento (1) possui uma seção transversal menor do que a zona de secagem (2) e apresenta um prolongamento (1') para o interior da zona de secagem (2), formando um espaço anelar (A) em torno do prolongamento (1'), caracterizado pelo fato de que no topo da zona de secagem (2), pelo menos duas saídas (8) para extração de gases estão dispostas diametralmente opostas, e a zona de carregamento (1) está disposta de forma concêntrica em relação à zona de secagem (2), e sendo que a relação entre o diâmetro da zona de carregamento (DC) e o diâmetro da zona de secagem (DS) está compreendida entre 0,68 a 0,72.
13. Reator para produção contínua de carvão vegetal, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de compreender: um anel tubular inferior (13') circundando a base de zona de resfriamento (4), estando em comunicação de fluido com o interior da base da zona de resfriamento (4); um anel tubular superior (15) circundando o topo da zona de resfriamento (4) e estando em comunicação de fluido com o interior do topo da zona de resfriamento (4); um trocador de calor (13) possuindo uma entrada em comunicação fluida com o anel do superior (15) para extração de gás de carbonização no topo da zona de resfriamento (4) e uma saída em comunicação fluida com o anel inferior (13'), sendo que gás de carbonização extraído da zona de resfriamento (4) flui pelo trocador de calor (13) para o anel (13') e de volta para a base da zona de resfriamento (4).
14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que gases condensáveis da carbonização são recuperados no circuito de recuperação de gases.
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que alcatrão vegetal e extrato pirolenhoso são produzidos a partir da condensação dos gases condensáveis da carbonização sob um perfil térmico controlado.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que gases condensáveis são recuperados a partir do gás de carbonização..
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que alcatrão vegetal e extrato pirolenhoso são recuperados na interligação do topo do reator até o recuperador de calor, por onde passa o gás recirculante.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que alcatrão vegetal e extrato pirolenhoso são recuperados na interligação entre o topo do reator com uma entrada do gerador de gases quentes.
19. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que alcatrão vegetal e extrato pirolenhoso são recuperados na interligação entre o topo do reator e a usina termoelétrica.
20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os gases condensáveis recuperados são armazenados em tanques para estocagem.
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