BR112012024081B1

BR112012024081B1 - Processo e sistema para produção de gás de síntese a partir de biomassa através de carbonização

Info

Publication number: BR112012024081B1
Application number: BR112012024081-1A
Authority: BR
Inventors: Kan SONG; Qin Sun; Zhenhua Yao; Shirong Zhang; Haiqing Zhang; Jinqiao Zhang
Original assignee: Wuhan Kaidi Engineering Technology Research Institute Co., Ltd.
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2018-08-07
Also published as: WO2011116690A1; RU2012144800A; SG184161A1; US8974700B2; JP5619269B2; KR20130069586A; MY156930A; AP2012006508A0; EP2551332A4; AP3733A; AU2011232188A1; CA2793930C; ZA201207072B; CN101818081B; RU2525491C2; AU2011232188B2; CN101818081A; EP2551332B1; EP2551332A1; BR112012024081A2

Abstract

processo e sistema para produção de gás de síntese a partir de biomassa através de carbonização - um processo e um sistema para a aprodução de gás de síntese a partir de biomassa por carbonização são fornecidos. o sistema compreende uma parte de pré-tratamento para o material bruto de biomassa, de um forno de carbonização (4), um forno de gaseificação (20) e uma ligação a uma conduto e sistema de distribuição de gás do mesmo. a parte superior do forno de carbonização (4) está ligada a um separador de ciclone (5), e a extremidade de saída do separador de ciclone (5) está ligado com um leito de combustão (7) e uma tremonha de carvão vegetal (12), respectivamente. a extremidade de saída do leito de combustão (7) está ligada a um permutador de calor (9) para o aqyecimento do gás de pirólise de ciclone. uma saída de gás de pirólise aquecido com o forno de carboniozação (4) ,e uma saída de gás de combustão pelo calor trocado calor está ligado com um sistema de secagem (2). o oleoduto a aprtir de uma tomada de carvão do forno de carbonização (4) para a tremonha de carvão vegetal (12) é fornecida com uma água de arrefecimento de parafuso transportador (110, que arrefece o carvão de saída do forno de carbonização (40 a 60-280 <198> c e, em seguida, transmite-o para a tremonha de carvão (12). o oleoduto da saída da tremonha de carvão vegetal (12) para o forno de gaseificação (20) é fornecido com um moinho (13), um tanque dem istura de carvão vegetal (16) e uma bomba de alta pressão de suspensão de carvão vegetal (17). um tubo de abastecimento de gás do leito de combustão (7) está com um conduto de ar (6), assim como o fornecimento de ar de combustão e o gás de suporte.

Description

(54) Título: PROCESSO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE BIOMASSA ATRAVÉS DE CARBONIZAÇÃO (51) Int.CI.: C10J 3/66; C10J 3/54; C10J 3/56; C10B 53/02; C10B 57/10; C10B 49/02 (30) Prioridade Unionista: 23/03/2010 CN 201010132485.1 (73) Titular(es): WUHAN KAIDI ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE CO., LTD.

(72) Inventor(es): SONG, KAN; SUN, QIN; YAO, ZHENHUA; ZHANG, SHIRONG; ZHANG, HAIQING; ZHANG, JINQIAO (85) Data do Início da Fase Nacional: 24/09/2012

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PROCESSO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE BIOMASSA ATRAVÉS DE CARBONIZAÇÃO

Campo da invenção

A invenção refere-se a produção de gás de síntese, e mais particularmente a 5 um método e um sistema para a produção de gás de síntese a partir de biomassa por carbonização. O método pertence ao campo técnico da produção de gás sintético ou gás combustível através da biomassa. O gás de síntese é um gás de mistura que contém CO₂, H_2l e uma variedade de hidratos de carbono que contêm carbono, hidrogênio e oxigênio. O gás de síntese produzido pelo método de acordo com a invenção pode ser usado para sistemas de turbina a gás de geração de energia, células de combustível, de óleo sintético, metalúrgicas e de outros sistemas.

Estado da técnica da invenção

Como cada vez menos reservas de combustíveis fósseis tradicionais (carvão, petróleo e gás natural), os problemas de poluição ambiental causados pelo uso de combustíveis fósseis ameaçam diretamente a sobrevivência humana e o desenvolvimento, atribuindo importância para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia e ambiental, tornando-se um consenso de governos de todos os países. Biomassa, uma matéria orgânica gerada pelas plantas através da fotossíntese, tem fontes de largura e grande quantidade disponível. Ela pode ser transformada em gás limpo ou combustível líquido para a produção de energia e que produzir as matérias primas e produtos químicos. Como a energia é limpa e renovável com zero emissão de dióxido de carbono e com o potencial de substituir completamente os combustíveis fósseis como fonte de energia nova, se tornou uma prioridade para todos os países.

Há muitos métodos para a transformação de biomassa em gás ou combustível líquido limpo, entre as quais a tecnologia de gaseificação da biomassa poder adaptarse a uma grande variedade de espécies e com boa expansibilidade. A gaseificação de biomassa é um processo termoquímico, ou seja, a biomassa reage com um agente de gaseificação (tal como ar, oxigênio, vapor, dióxido de carbono, etc), sob condições de temperatura elevada para produzir um gás misto constituído por carbono, contendo hidratos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A mistura gasosa é denominada gás de síntese. Os componentes do gás sintético são decididos pela espécie de biomassa utilizada, o tipo de agente de gaseificação, as condições de reação, e a estrutura de um gaseificador aí utilizado. Os objectivos da gaseificação é, por um lado, para minimizar o consumo de materiais e o agente de gaseificação, bem como o teor de alcatrão no gás de síntese e, por outro lado, para maximizar a eficiência de gaseificação e a eficiência de conversão de carbono, bem como o conteúdo do ingrediente activo (CO e H2), no gás de síntese. Os objectivos são decididos pelo tipo

2/16 do gaseificador utilizado, o tipo do agente de gaseificação, o tamanho da partícula da biomassa, a pressão de gaseificação e a temperatura, e a umidade e cinzas da biomassa, etc.

O forno de gaseificação utilizado no processo de gaseificação pode ser dividido em três classes: leito fixo, leito fluidizado, leito de fluxo arrastado. O leito fixo tem uma estrutura simples de gaseificação, a operação de conveniência, o modo de operação flexível, uma maior taxa de conversão de carbono, uma ampla gama de funcionamento de carga, que pode ser entre 20% e 110%, e o combustível sólido permanece no leito por um longo período de tempo. No entanto, a temperatura não é uniforme e tem uma menor eficiência de troca de calor, o valor baixo de aquecimento do gás de síntese na saída, e o gás de síntese contém uma grande quantidade de alcatrão. O leito fluidizado é conveniente para a adição de material de libertação e cinzas, e a temperatura é uniforme e mais fácil para o ajuste. No entanto, é sensível às características da matéria-prima. Se a aderência, estabilidade térmica, o teor de umidade, ou o ponto de fusão de cinzas de mudanças de matérias-primas, a operação irá tornar-se anormal. Além disso, a fim de assegurar a fluidização normal do forno de gaseificação, é necessário para manter a temperatura mais baixa e o gás de síntese com uma grande quantidade de alcatrão. Uma vez que uma grande quantidade de alcatrão é produzido no leito fixo e leito fluidizado, uma unidade de craqueamento e o equipamento de purificação do alcatrão deve ser instalado, o que resulta num processo complicado. O leito de fluxo arrastado tem uma temperatura de funcionamento constante e elevada, boas características de amplificação, e particularmente adequado para grande escala de industrialização. Tar está rachado completamente. No entanto, o leito do fluxo arrastado tem um requisito estrito de tamanho de partícula das matérias-primas. Baseado em tecnologia de moagem actual, não há nenhuma maneira de moer a biomassa tendo celulose tanto para um tamanho adequado para o leito de fluxo arrastado. Assim, o leito de fluxo retido não pode ser usado para a gaseificação da biomassa. Hoje em dia, quebra de alcatrão e prétratamento de biomassa antes de gaseificação são problemas difíceis para o desenvolvimento de gaseificação de biomassa.

O pedido de patente Chinesa 200510043836 0 descreve um método e um dispositivo para a gaseificação da biomassa com baixo teor de alcatrão. O método inclui a pirólise e gaseificação de forma independente, e a biomassa é transformada em gás sintético contendo baixo teor de alcatrão. No método, o gás de pirólise e combustão incompleta do carvão vegetal no gaseificador e alcatrão é rachado sob condições de temperatura elevada. Embora o teor de alcatrão diminua bastante, uma grande quantidade de carvão é consumido, o que resulta num baixo teor de CO

3/16 produzido na reação de redução subsequente e um elevado teor de CO₂ no gás de síntese. Em segundo lugar, devido a uma baixa temperatura na reação de combustão, a temperatura da redução subsequente torna-se menor, e a temperatura média na zona de redução é inferior a 700°C e, assim, o rendimento de gás de síntese eficaz (CO e H₂) diminuiu significativamente (cerca de 30%). Em terceiro lugar, a cinza e os resíduos de carbono que não reagiram a partir da reação de redução é directamente descarregada, resultando numa baixa taxa de conversão do carbono. Finalmente, o gaseificador utilizado no método tem a forma de um leito fixo, uma vez que a reação de redução absorve o calor, a diferença de temperatura entre a parte superior e a parte inferior (a parte superior é de cerca de 1000°C e a parte inferior é de cerca de 500°C) do leito é enorme, o que é uma desvantagem inerente de leito fixo.

A U. S. Pat. No. 6.863.878 B2 descreve um método e um dispositivo de produção de gás de síntese com o carbono contendo materiais. O método inclui a carbonização (ou pirólise) e gaseificação de forma independente. No método, a temperatura de carbonização é controlada a menos de 450°F, de modo a reduzir o teor de alcatrão resultado da pirólise. No entanto, durante a fase de carbonização, os produtos sólidos não são moídos antes de transportar para as bobinas de reação do gaseificador, o que vai afectar a velocidade e grau da reação de gasificação. Em segundo lugar, uma vez que a reação de gaseificação ocorre na serpentina de reação, uma grande quantidade de gás de transporte é necessária, mas o gás de transporte irá tirar uma grande quantidade de calor durante o transporte e, assim, a eficiência da gaseificação é baixa, a temperatura não é uniforme e o subseqüente resíduos do sistema de recuperação de calor é enorme. Em terceiro lugar, não é econômico que o gás de síntese recentemente produzido é usado para fornecer calor para a gaseificação e carbonização. Em quarto lugar, os produtos de combustão (principalmente CO₂ e H2O) são directamente descarregados e não totalmente utilizados, resultando numa eficiência de gasificação baixa. Finalmente, a cinza e os resíduos de carbono não reagidos no gás sintético são também descarregados directamente, resultando em baixa taxa de conversão do carbono.

O pedido da patente Chinesa 200810236639 4 divulga um método de produção de gás de síntese a partir de biomassa por gaseificação de alta temperatura. O método também adopta uma combinação de carbonização e gaseificação a alta temperatura. No entanto, o método tem os seguintes problemas: por um lado, o calor do forno de carbonização é fornecido por combustão directa de gás combustível e oxigênio externo; introduzida a alta qualidade do gás combustível externo aumenta consideravelmente o consumo de energia do sistema, em segundo lugar, o gás de pirólise adoptada no sistema de alimentação de pó é complicado, quando o gás de

4/16 pirólise a alta temperatura é misturado com o pó de carbono a baixa temperatura e alimentado para dentro do forno de gaseificação, a mistura pode ser facilmente condensada para formar alcatrão, causando o bloqueio e influenciando o funcionamento normal e, finalmente, a pressão elevada do carvão produzido no forno de carbonização é alimentado para a máquina de fresagem de pressão normal depois de ser descomprimido e da refrigeração, de modo a ser transformada em pó e, em seguida, o pó de carbono é pressurizado e alimentado para dentro do forno de gaseificação do gás de pirólise. Todo o processo é complicado e a alta no consumo de energia para que a viabilidade do projeto é ruim.

A partir dos métodos acima mencionados, a gaseificação convencional, quer a partir da biomassa ou a partir de sólidos contendo carbono materiais, não podem produzir gás de síntese com alta eficiência e baixo custo. Embora a tecnologia de pirólise e gaseificação independente possa adaptar-se a uma variedade de biomassa e reduzir o teor de alcatrão do gás de síntese, tais como falhas não uniforme da temperatura, um grande investimento em equipamento para a recuperação de calor, o alto consumo de material, a baixa eficiência de gasificação e baixa taxa de conversão de carbono limitam a aplicação da gaseificação da biomassa na indústria. Em particular, não há nenhum método eficaz para a gaseificação da biomassa aplicada a um fluxo de leito arrastado.

Sumário da invenção

Tendo em vista os problemas acima descritos, é um objectivo da presente invenção proporcionar um método e um sistema para a produção de gás de síntese a partir de biomassa por carbonização que têm alta eficiência e baixo custo.

A solução técnica da invenção é descrita a seguir: um método para a produção 25 de gás de síntese a partir de biomassa por carbonização, o método compreendendo os passos como se segue:

1) Pré-tratamento do material bruto de biomassa;

2) Realização da carbonização com baixa temperatura para obter produtos de um gás de pirólise e um carvão vegetal, refrigeração do carvão vegetal em uma saída da fumação da carbonização a uma temperatura de 60-280°C, e transmissão do carvão vegetal refrigerado a uma caixa de armazenamento de carvão vegetal;

3) Separação do gás de pirólise do pó do carvão vegetal após a permissão da saída de gás de uma parte superior da fornalha de carbonização para passar através do separador de gás-sólido;

4) Entrega de parte do gás de pirólise separado para um leito de combustão para combustão, aquecendo a outra parte do gás de pirólise separado com

5/16 um gás de combustão quente gerado durante a combustão do leito de combustão e então entregando um gás de pirolise aquecido para a fornalha de carbonização como uma fonte de calor para a fornalha de carbonização; entregando o resíduo do gás de combustão quente após a troca de calor para um pré-tratamento do material bruto da biomassa para secagem;

transmissão do pó de carvão vegetal separador para a caixa de armazenagem do carvão vegetal;

5) Moagem do pó de carvão vegetal para preparar um lodo; e

6) Introdução do lodo de carvão vegetal para uma fornalha de gasificação para gasificação através de uma bomba de lodo de carvão vegetal de alta pressão.

No método para a produção de gás de síntese, a carbonização a baixa temperatura é uma pirólise lenta realizada sob condições de pressão atmosférica e um isolamento de oxigênio no forno de carbonização, e através do ajuste da parte do gás de pirólise e do ar, a temperatura do forno de carbonização é controlada a 200-400°C, uma taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização é controlada a 520°C/min, e um tempo de retenção das matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada em 20-90 min.

No processo de moagem do pó de carvão para a preparação da pasta fluida, um moinho atmosférico é adoptado e, em seguida, a água e um aditivo para a moagem são adicionados para a preparação da suspensão de carvão vegetal.

No método para a produção de gás de síntese, um teor de pó de carvão na mistura de carvão vegetal é 50-70 wt.% e, de preferência, 60-65 wt %.

No método para a produção de gás de síntese, a temperatura do forno de carbonização é, de preferência, controlada a 250°C ± 10°C, a taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização é de preferência controlada a 15°C/min, e o tempo de retenção das matérias-primas de biomassa no forno é de preferência controlado em 50 min.

Um sistema de gaseificação para a produção de gás de síntese a partir de biomassa por pirólise compreende: uma parte de pré-tratamento para o material bruto de biomassa, um forno de carbonização, um conector de tubulações para o forno de carbonização e um sistema de transporte pneumático. A parte superior do forno de carbonização é ligada com um separador de ciclone, uma extremidade de saída do separador de ciclone é conectado com o leito de combustão e a caixa de armazenamento de carvão; uma extremidade de saída do leito de combustão está ligado a um permutador de calor para aquecer o gás de pirólise de reciclagem e uma saída de gás de pirólise aquecida está ligada com o forno de carbonização, e o

6/16 resíduo da troca de calor de uma saída do gás de combustão é ligado com um sistema de secagem.

No sistema de gaseificação, um transportador de parafuso arrefecido por água está disposto sobre um oleoduto de uma tomada de carvão do forno de carbonização para o recipiente de armazenamento de carvão, e o transportador de parafuso arrefecido a água é utilizado para arrefecer o carvão na saída de carvão do forno de carbonização a 60-280°C e, em seguida, transmitir o carvão arrefecido para a caixa de armazenamento de carvão.

No sistema de gaseificação, um moinho, um tanque de mistura de carvão vegetal e a alta pressão da bomba de lama de carvão são dispostas sobre um oleoduto de uma saída do recipiente de armazenamento de carvão para o forno de gaseificação em sequência.

No sistema de gaseificação, de uma entrada do tubo de alimentação de gás para o leito de combustão é conectado com um conduto de ar, o ar é utilizado como um gás de combustão de apoio.

As vantagens da invenção encontram-se resumidas a seguir:

Em primeiro lugar, ao adoptar a tecnologia de baixa temperatura de pirólise lenta, por um lado, a estrutura de fibra de madeira de biomassa pode ser destruída, assim a biomassa é facilmente moída, o consumo de energia é reduzido, e a densidade de energia de volume de biomassa é aumentada; por outro lado, em comparação com o método de gaseificação no pedido de patente chinesa no. 200810236639,4, à temperatura mais baixa, em particular, à temperatura de 250°C ± 10°C, o rendimento mais elevado sólido e o maior rendimento de energia pode ser obtido (o rendimento em massa de carvão vegetal é de 60-80%, e o rendimento de energia de carvão vegetal é de 70-90%), o consumo de energia é reduzido, e a taxa de conversão de carbono de todo o sistema está favoravelmente melhoradas.

Em segundo lugar, a invenção adopta a tecnologia de aquecimento a gás de pirólise de reciclagem como uma fonte de calor do forno de carbonização, utilizando o calor gerado pela combustão de auto-produção gás de pirólise. A tecnologia de aquecimento do forno de carbonização da invenção tem os seguintes três aspectos: 1) o calor necessário pela técnica de pirólise é fornecido pela parte interna do sistema, de modo a realizar o equilíbrio térmico do sistema e não para introduzir energia externa fundamentalmente; 2) o calor para o aquecimento do gás de pirólise de reciclagem é fornecido por combustão directa do gás de pirólise e do ar. Isto é, a energia química do gás de pirólise é utilizada e, por outro lado, o ar, em vez de oxigênio puro, é usado, o que reduz grandemente o custo de todo o sistema e aumenta a flexibilidade de utilização do forno de carbonização; 3) o gás de pirólise aquecido de reciclagem é

7/16 transportado directamente para o forno de carbonização de contacto da matéria-prima, o que não apenas aumenta a eficiência de aquecimento do forno de carbonização, mas também mantém uma operação normal de um maior rendimento de carvão vegetal sob condições de pressão atmosférica, um isolamento de oxigênio e uma pirólise lenta.

Em terceiro lugar, a invenção utiliza a fumaça do calor residual gerado pela combustão do gás de pirólise, para secar o material bruto e assim, melhorar a eficiência de energia de todo o sistema.

Em quarto lugar, ao adoptar a tecnologia de preparação de pasta fluida por moagem atmosférica, o carvão na saída do forno de carbonização é introduzido no moinho atmosférico e, em seguida, misturado com uma certa quantidade de água e os aditivos preparados para uma pasta fluida de carvão. O processo é simples e eficiente. Comparado com o método de gaseificação do Pedido de Patente Chinesa No. 200810236639 4 para a alimentação na entrada, o método da presente invenção reduz significativamente o consumo de energia do material bruto de entrada e aumenta a estabilidade, confiabilidade e viabilidade do sistema.

Em quinto lugar, a invenção adopta a tecnologia da bomba de lama de carvão vegetal de pressurização e de transporte. Comparado com o método de gaseificação com o número de patente 200810236639 4, o método evita o problema técnico sobre o transporte pneumático de pó e bloqueio de alcatrão durante a alimentação do pó de carbono seco, e também aumenta a estabilidade, confiabilidade e viabilidade do sistema.

Em suma, a invenção tem como objetivo demonstrar a simplicidade, eficiência, economia de energia, economia e viabilidade do projeto. Por outro lado, a invenção melhora a eficiência de gaseificação, diminui a quantidade de gás de síntese eficiente e melhora a taxa de conversão de energia do sistema.

Breve descrição dos desenhos

Fig. 1 é um diagrama esquemático de um método e um sistema para produção de gás sintético a partir de biomassa através da carbonização, de acordo com uma concretização da invenção.

Descrição detalhada das concretizações

Os exemplos preferidos, o processo e a disposição do sistema de estrutura de acordo com a invenção, são descritos com os desenhos que a acompanham.

Como mostrado na FIG. 1, um sistema de gasificação da presente invenção compreende: uma porta de entrega de matéria-prima de biomassa 1, um sistema de secagem 2, a caixa de armazenagem da biomassa 3, um forno de carbonização 4, um separador de ciclone 5, uma conduta de ar 6 para um leito de combustão, um leito de

8/16 combustão 7, um compressor 8, um permutador de calor 9 para o aquecimento de reciclagem do gás de pirólise, um desperdício de calor de gás de combustão tubular 10 para o sistema de secagem, um transportador de parafuso arrefecido por água 11, uma caixa de armazenamento de carvão 12, um moinho 13, uma conduta de água 14 para a preparação das suspensões para o moinho, uma conduta para o aditivo do moinho 15, um tanque de mistura de carvão 16, a alta pressão da bomba de lama de carvão 17, uma conduta de oxigênio 18 para o bico queimador de um forno de gaseificação, o bocal do queimador 19 do forno de gaseificação, o forno de gaseificação 20, uma parede de água de refrigeração 21 do forno de gaseificação, um gasoduto de gás de síntese 22, um gasoduto de resíduo de cinza 23, o encanamento da água dessalinizada e desoxigenada 24, um gasoduto de vapor saturado 25, um gasoduto externo de combustível N1, e um gasoduto vazio N2.

No sistema de gaseificação, uma parte superior do forno de carbonização 4 está ligado com o separador de ciclone 5, e uma extremidade de saída do separador de ciclone 5 está ligado com o leito de combustão 7 e a caixa de armazenamento de carvão 12, respectivamente. Uma extremidade de saída do leito de combustão 7 é ligado ao permutador de calor 9 para o aquecimento do gás de pirólise de reciclagem. Uma saída de gás de pirólise aquecido está ligada com o forno de carbonização 4 e um calor trocado de desperdício de calor de saída do gás de combustão é ligado com o sistema de secagem 2.

O transportador de parafuso arrefecido por água 11 está disposto sobre um oleoduto de uma tomada de carvão do forno de carbonização 4 para a caixa de armazenamento de carvão 12, e usada para arrefecer o carvão na saída do forno de carvão de carbonização a 60-280°C e, em seguida, transmitir o carvão para a caixa de armazenamento refrigerado do carvão 12.

O moinho 13, o tanque de mistura de carvão 16 e a bomba de lama de carvão de alta-pressão 17 estão dispostas sobre um conduto a partir de uma saída do compartimento de armazenagem 12 para o carvão do forno de gaseificação 20 em sequência.

Um tubo de entrada de fornecimento de gás para o leito de combustão 7 é ligado ao conduto de ar 6, e o ar é utilizado como gás de combustão de suporte.

O método para a produção de gás de síntese a partir de biomassa por carbonização compreende os passos seguintes:

1) pré-tratamento dos materiais brutos de biomassa;

2) a realização de carbonização a baixa temperatura para se obter os produtos de pirólise e gás de carvão, o carvão de arrefecimento na saída do forno de

9/16 carbonização a 60-280°C e, em seguida, transmissão do carvão arrefecido para a caixa de armazenamento de carvão;

3) separar o gás de pirólise de pó de carvão, depois permitindo que o gás removido a partir da parte superior do forno de carbonização passe através de um separador gás-sólido;

4) fornecimento de parte do gás de pirólise separado para o leito de combustão para a combustão, o aquecimento da peça de outro gás de pirólise com o gás quente de combustão gerados durante a combustão do leito de combustão através do permutador de calor, e em seguida entregar o gás de pirólise aquecido para o forno de carbonização como uma fonte de calor para a fornalha de carbonização; entregar os resíduos do gás de combustão quente, após a troca de calor para a parte de prétratamento de matérias-primas de biomassa para secar, transmitindo o pó de carvão separados para a caixa de armazenamento de carvão;

5) moagem do pó de carvão, para preparar pasta; e

6) introdução da lama de carvão para a fornalha de gaseificação para gaseificação através da bomba de lama de carvão de alta pressão.

A carbonização de baixa temperatura é de pirólise lenta realizada sob as condições de uma pressão atmosférica e isolamento de oxigênio no forno de carbonização, e por meio de ajuste da proporção do gás de pirólise e do ar, a temperatura do forno de carbonização é controlada a 200-400°C, a taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização é controlada a 5-20°C/min, e o tempo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada de 20-90min. A temperatura do forno de carbonização é de preferência controlada a 250°C ± 10°C, a taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização é de preferência controlada a 15°C/min e o tempo de retenção de matérias-primas de biomassa no forno é, de preferência controlada em 50 min.

No processo de moagem do pó de carvão vegetal para a preparação da pasta, um moinho atmosférico é adoptado e, em seguida, a água e os aditivos são adicionados para a moagem para a preparação da pasta de carvão. O conteúdo de pó de carvão na mistura de carvão vegetal é 50-70wt. % e, de preferência, 60-65wt. %. Processo de funcionamento:

1. Sistema de início do processo:

1) a abertura de uma válvula de controle V1 em um gasoduto a partir da caixa de armazenamento de biomassa 3 para o forno de carbonização 4 e uma válvula de controle V4 nos dutos de esvaziamento N2, e mantendo uma válvula de controle V2 sobre o leito de combustão 7 e uma válvula de controle V3 em um gasoduto do separador de ciclone 5 para o compressor 8 fechado;

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2) abertura de uma válvula de controle V6 no combustível externo do oleoduto

N1, uma válvula de controle V5 no conduto de ar 6 para o leito de combustão, bem como um controle de válvula V8 em um gasoduto do leito de combustão 7 para o forno de carbonização 4 e uma válvula de controle V9 num gasoduto a partir do leito de combustão 7 para o sistema de secagem 2, e mantendo uma válvula de controle sobre um oleoduto V7 a partir do leito de combustão 7 para o permutador de calor 9 para o aquecimento de reciclagem de gás de pirólise fechado, de modo a permitir o gás quente de combustão gerado durante a combustão de combustível e de ar no leito de combustão 7 a ser introduzido no sistema de secagem 2 e do forno de carbonização 4 para o fornecimento de energia; e

3) após a operação de 30-40 minutos, de acordo com o processo do passo 1) para o passo 2), a abertura do controle de válvulas V2, V3 e V7, e, simultaneamente, o fechamento das válvulas de controle V4, V6, V8 e V9, de modo que o sistema comece a funcionar normalmente no momento.

Processo de operação normal do sistema:

O material bruto da biomassa é alimentado para o sistema de secagem 2 por meio porta da entrega do material bruto de biomassa 1. O material bruto da biomassa é seco e desidratado pela fumaça de calor no sistema e, em seguida, transportado para a caixa de estoque de biomassa 3 para o armazenamento, e o material bruto de biomassa é transportado para o forno de carbonização 4.

O produto da fornalha de carbonização 4 compreende gás de pirólise e carvão que contém CO, H₂, CO₂, H₂O, CH₄ e alcatrão. O gás de pirólise grosseiro é separado pelo separador de ciclone 5 e, em seguida, as partículas de carvão na pirólise de gás grosseiros são transportadas para a caixa de armazenamento de carvão 12, e o gás de pirólise após a separação grosseira são alimentados ao leito de combustão 7 e 8 do compressor.

No leito de combustão 7, o gás de pirólise para a combustão é submetido a reação de combustão com o ar a partir da conduta 6. A fumaça de calor gerado pela combustão aquece o gás de pirólise de reciclagem; por ajuste da proporção do gás de pirólise gerado pela combustão para o ar da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 400-600°C, e a taxa de aumento de temperatura da carbonização do forno 4 é controlada a 5-20°C/min.

Depois de ter sido introduzido no compressor 8 para o aumento da pressão, o gás de pirólise de reciclagem é aquecido a uma determinada temperatura, por meio da permuta de calor 9 para o aquecimento de gás de pirólise reciclado, e em seguida, o gás de pirólise de reciclagem aquecido entra no forno de carbonização 4 para o

11/16 fornecimento de energia requerida para o forno de carbonização, o gás de combustão quente depois da permuta de calor entra no sistema de secagem 2 para a secagem dos materiais brutos da biomassa.

O carvão gerado através do forno de carbonização 4 é transportado para a caixa de compartimento de carvão 12 para o armazenamento depois de ter sido arrefecido por meio do transportador de parafuso arrefecido por água 11.0 carvão entra no moinho 13 para ser moído com água a partir da conduta de água 14 para a preparação da suspensão do moinho e um aditivo da tubagem 15 para o aditivo do moinho para se obter pasta de carvão. A pasta de carvão preparada é introduzida no tanque de suspensão de carvão 16 e, em seguida, introduzido no bocal do queimador 19 do forno de gaseificação após a pressão da lama de carvão ser aumentada para a pressão de funcionamento do forno de gaseificação 20, através da bomba de lama de carvão de alta pressão 17. O oxigênio a partir do gasoduto de oxigênio 18 é também fornecido para o bico queimador 19 do forno de gaseificação para levar a cabo a alta temperatura de reação de gaseificação no forno de gaseificação 20, e a temperatura do gás de síntese na saída do forno de gaseificação é controlada a 1200-1600°C, ajustando a quantidade de oxigênio e a quantidade de troca de calor da parede de água de refrigeração 21 (do forno de gaseificação) em que a água dessalinizada e desoxigenada, é introduzida. Os produtos de gaseificação são principalmente CO e H₂, uma pequena quantidade de CO₂ e H₂O e uma quantidade vestigial de CH₄, a água dessalinizada e desoxigenada gera vapor de alta pressão sub-saturado após a absorção do calor através da parede arrefecida de água 21 do forno de gaseificação, o vapor de alta pressão sub-saturada entra num sistema subsequente através da tubagem de vapor saturado 25, e os resíduos de cinza gerados durante a gaseificação são descarregados através da tubulagem do resíduo de cinzas 23.

Exemplo 1

Pegue a madeira como matéria-prima de biomassa. A composição elementar e os dados característicos da madeira seca são listados na Tabela 1.

Tabela 1 Composição elementar e dados característicos de madeira seca

Itens	Símbolo	Unidade	Valor
Carbono	Car	%(Kg/Kg)	39.43
Hidrogênio	H_ar	%(Kg/Kg)	5.21
Oxigênio	Oar	%(Kg/Kg)	38.36
Nitrogênio	N_ar	%(Kg/Kg)	0.15

12/16

Enxofre	Sar	%(Kg/Kg)	0.21
Cloro	c/_ar	%(Kg/Kg)	0.00
Cinza	4ar	%(Kg/Kg)	5.00
Umidade	M_ar	%(Kg/Kg)	11.64
Ponto de fusão da cinza	FT	°C	1436
Baixo valor de	LHV	MJ/Kg	14.75

calor

Como condições principais operacionais estão os que seguem:

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 e de 15wt.

%;

2) A pressão do forno de carbonização 4 e uma pressão atmosférica, e a 5 temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 200°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 controlada é a 20°C/min;

4) O ritmo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada por 90 min;

5) O carvão de alta temperatura é arrefecido a 60°C através do transportador de água de parafuso 11; e

6) A pressão da fornalha de gaseificação 20 é controlado a 4.0 MPa (A), e a temperatura do forno de gaseificação 20 é controlada a 1400°C.

De acordo com as condições estabelecidas no processo de realização para 15 ilustrar o sistema com os desenhos que a acompanham, os dados principais e os parâmetros de desempenho do sistema são os seguintes:

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 75%;

2) Na saída do gás de síntese através do conduta de gás de síntese 22, o teor 20 de CO e H₂ é de 78%;

3) A taxa de conversão do carbono do sistema de gaseificação é de 99,9%, e o consumo de oxigênio do gás de síntese disponível é de 0,33 mol / mol.

Exemplo 2

Pegue a madeira do Exemplo 1 como uma matéria-prima de biomassa (Tabela

1).

As condições operacionais principais são as seguintes:

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 é de 10wt.

%;

13/16

2) A pressão do forno de carbonização 4 é a pressão atmosférica, e a temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 300°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 10°C/min;

4) O tempo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada em 80 min;

5) O carvão de alta temperatura é arrefecido a 60°C através do transportador de parafuso de água arrefecida 11; e

6) A pressão da fornalha de gaseificação 20 é controlada a 4,0 MPa (A), e a temperatura do forno de gaseificação 20 é controlada a 1400°C.

De acordo com as condições estabelecidas no processo de implementação do sistema para ilustrar com desenhos de acompanhamento, os principais dados e parâmetros de desempenho do sistema são os seguintes:

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 80%;

2) Na saída do gás de síntese através da conduta de gás de síntese 22, o teor de CO e H₂ é de 82%;

3) A taxa de conversão do carbono do sistema de gaseificação é de 99,9%, e o consumo de oxigênio do gás de síntese disponível é de 0,32 mol/mol.

Exemplo 3

Pegue a madeira do Exemplo 1 como uma matéria-prima de biomassa (Tabela

1).

As condições operacionais principais são as seguintes:

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 é de 20 wt.

%;

2) A pressão do forno de carbonização 4 é a pressão atmosférica, e a temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 400°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 5°C/min;

4) O tempo de retenção de matérias-primas de biomassa no forno é controlada em 30 min;

6) A pressão da fornalha de gaseificação 20 é controlada a 4,0 MPa(A), e a temperatura do forno de gaseificação 20 é controlada a 1400°C.

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De acordo com as condições estabelecidas, no processo de implementação do sistema para ilustrar com desenhos de acompanhamento, os principais dados e parâmetros de desempenho do sistema são os seguintes:

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 70%;

2) Na saída do gás de síntese através do conduta de gás de síntese 22, o teor de CO e H₂, é de 75%;

3) A taxa de conversão do carbono do sistema de gaseificação é de 99,9%, e o consumo de oxigênio do gás de síntese disponível é de 0,34 mol/mol.

Exemplo 4

Pegue a madeira do Exemplo 1 como uma matéria-prima de biomassa (Tabela

1)·

As condições operacionais principais são as seguintes;

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 é de 12 wt.

%;

2) A pressão do forno de carbonização 4 é a pressão atmosférica, e a temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 250°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 15°C/min;

4) O tempo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada em 40 min;

De acordo com as condições estabelecidas, no processo de realização para ilustrar o sistema com desenhos que a acompanham, os dados principais e os parâmetros de desempenho do sistema são os seguintes:

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 82%;

2) Na saída do gás de síntese através do conduta de gás de síntese 22, o teor de CO e H₂ é de 84%;

3) A taxa de conversão do carbono do sistema de gaseificação é de 99,9%, e o consumo de oxigênio do gás de síntese disponível é de 0,31 mol/mol.

Exemplo 5

Pegue a madeira do Exemplo 1 como uma matéria-prima de biomassa (Tabela

1).

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As condições operacionais principais são as seguintes:

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 é de 16 wt.

%;

2) A pressão do forno de carbonização 4 é a pressão atmosférica, e a temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 220°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 12°C/min;

4) O tempo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada em 50 min;

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 85%;

2) Na saída do gás de síntese através da conduta de gás de síntese 22, o teor de CO e H₂ é de 86%;

3) A taxa de conversão do carbono do sistema de gaseificação é de 99,9%, e o consumo de oxigênio do gás de síntese é disponível 0,3 mol/mol.

Exemplo 6

Pegue a madeira do Exemplo 1 como uma matéria-prima de biomassa (Tabela

1)As condições operacionais principais são as seguintes:

1) O teor de água de materiais na saída do sistema de secagem 2 é de 18 wt.

%;

2) A pressão do forno de carbonização 4 é a pressão atmosférica, e a temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 320°C;

3) A taxa de aumento da temperatura do forno de carbonização 4 é controlada a 18°C/min;

4) O tempo de retenção de matérias-primas de biomassa na fornalha é controlada em 70 min;

5) O carvão de alta temperatura é arrefecido a 60 ° C através do transportador de parafuso de água arrefecida 11; e

16/16

1) O rendimento em massa de carvão nas matérias-primas de biomassa introduzida no forno de carbonização 4 é de 78%;

2) Na saída do gás de síntese através do conduta de gás de síntese 22, o teor de CO e H₂ é de 81%;

1/3

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produção de gás de síntese a partir de biomassa através de carbonização, caracterizado por compreender os seguintes passos:

1) pré-tratamento de material bruto de biomassa;

5 2) realização da carbonização a baixa temperatura para obter produtos de um gás de pirólises e um carvão vegetal, resfriando o carvão vegetal na saída de uma fornalha de carbonização a uma temperatura de 60-280°C e transmitindo o carvão vegetal resfriado a uma caixa de armazenamento de carvão vegetal;

3) separação do gás de pirólises a partir do pó de carvão depois de permitir

10 uma saída do gás a partir da porção superior da fornalha de carbonização para passar através de um separador de gás-sólido;

4) entrega de parte de um gás de pirólises separado para um leito de combustão para combustão, aquecendo a outra parte do gás de pirólises separado com um gás de combustão quente gerado durante a combustão do

15 leito de combustão, e então entregando um gás de pirólises aquecido para a fornalha de carbonização como uma fonte de calor para a fornalha de carbonização: entregando um resíduo de gás de combustão quente depois da troca de calor para uma parte de pré-tratamento para o material bruto de biomassa para secagem; transmitindo o pó de carvão separado para a caixa de

20 armazenamento do carvão;

5) moagem do pó de carvão para preparar uma lama; e

6) introdução da lama de carvão para uma fornalha de gaseificação para gaseificação através de uma bomba de lama vegetal de alta pressão.
2. Processo conforme reivindicação 1, caracterizado pela carbonização de baixa

25 temperatura ser uma pirólise lenta realizada sob condições de uma pressão atmosférica e isolamento de oxigênio na fornalha de carbonização, e através do ajuste de uma proporção do gás de pirólise e do ar, uma temperatura da fornalha de carbonização é controlada a 200-400°C, uma taxa de aumento de temperatura da fornalha de carbonização é controlada a 5-20°C/min, e um tempo de retenção dos

30 materiais brutos de biomassa na fornalha de carbonização são controlados por 2090min.
3. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo processo de moagem do pó de carvão para preparação do lodo, um moinho atmosférico ser adaptado e uma água e aditivo serem adicionados para moagem.

35
4. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo conteúdo do pó de carvão no lodo de carvão ser 50-70wt.%.

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5. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela temperatura da fornalha de carbonização ser controlada a 250°C ± 10°C, a taxa de aumento da temperatura da fornalha de carbonização ser controlada a 15°C/min e o tempo de retenção dos materiais brutos de biomassa na fornalha serem controlados em 50 min.

5
6. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo conteúdo do pó de carvão no lodo do carvão ser de 60-65wt.%.
7. Sistema de gaseificação para produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólises utilizando o método das reivindicações 1-6, caracterizado por compreender:

a) a parte do pré-tratamento para o material bruto de biomassa;

10 b) a fornalha de carbonização;

c) a fornalha de gaseificação;

d) um conector de tubulagem para a fornalha de carbonização e a fornalha de gaseificação; e

e) um sistema de transmissão pneumática;

15 onde um topo da fornalha de carbonização (4) é conectado com um separador de ciclone (5);

uma extremidade da saída do separador de ciclone (5) é conectado com o leito de combustão (7) e a caixa de armazenamento do carvão (12);

20 uma extremidade da saída do leito de combustão (7) é conectado a um permutador de calor (9) para aquecimento da reciclagem do gás de pirólise; uma saída do gás de pirólises aquecido é conectado com a fornalha de carbonização (4); e uma saída do calor dos gases de combustão da troca de calor é conectado

25 com um sistema de secagem (2).
8. Sistema de gaseificação conforme reivindicação 7, caracterizado pela rosca transportadora de água refrigerada (11) ser arranjada em uma tubulagem a partir da saída do carvão da fornalha de carbonização (4) para a caixa de armazenamento do carvão (12), e a rosca transportadora de água refrigerada (11) é utilizada para

30 resfriamento do carvão na saída do carvão da fornalha de carbonização a 60-280°C e então transportando o carvão refrigerado para a caixa de armazenamento do carvão (12).
9. Sistema de gaseificação conforme reivindicações 7 ou 8, caracterizado pela moagem (13), tanque de lodo de carvão (16) e bomba de lodo de carvão de alta

35 pressão (17) serem arranjados em uma tubulagem a partir da saída da caixa de armazenamento de carvão (12) para a fornalha de gaseificação (20) em sequência.

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10. Sistema de gaseificação conforme reivindicações 7 ou 8, caracterizado pela entrada do tubo de fornecimento de gás para o leito de combustão (7) ser conectado com um tubo de ar (6) e o ar ser utilizado como um gás de suporte de combustão.

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