BR112012024082B1

BR112012024082B1 - Processo e sistema para produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise

Info

Publication number: BR112012024082B1
Application number: BR112012024082-0A
Authority: BR
Inventors: Kan SONG; Manyi Jiang; Qin Sun; 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: MY155965A; ZA201207071B; AP4066A; BR112012024082A2; AU2011232187B2; EP2551331A4; WO2011116689A1; US9902907B2; KR101445205B1; CN101818080A; CN101818080B; KR20130001284A; RU2519441C1; AP2012006507A0; US20160108319A1; US9249358B2; CA2798918A1; JP2013522421A; CA2798918C; SG184143A1

Abstract

processo e sistema para produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise - um processo e sistema para a produção de gás sintético de biomassa por pirólise são revelados. o processo compreende os seguintes passos: 1) pré-tratamento da matéria-prima de biomassa (1), 2) a realização de pirólise da matéria-prima de biomassa (1) através da tecnologia de pirólise rápida de biomassa para seobter um gás de pirólise e carbono em pó num leito de pirólise (5), 3) separando o gás de pirólise, o pó de carbono e um transportador de calor por um separador do tipo ciclone (6), e 4) a separação do pó de carbono a partir do transpotador cíclico de calor por um separador sólido-sólido (7), com o pó de carbono sendo coletado por meio de um funil de carga de pó de carvão (8) e o transportador sólido de calor a ser reciclado no leito de pirólise (5) depois de ter sido aquecido em um transportador aquecido do leito fluizado (9-2); 5) fornecendo o gás de pirólise gerado a um reservatório de condensação (12) por condensação pulverizada com a parte condensáveldo gás de pirólise condensado para produzir o óleo biocombustível que é compactado por uma bomba de óleo de alta pressão 917) e, em seguida, introduzido num forno de gaseificação (20) para ser gaseificado, e 6) fornecendo uma parte do gás de pirólise não condensado um leito de combustão (9-1) para fazer a combustão com o ar, entregando a outra parte para o leito de pirólise (5) como uma fluidização média. a matéria-prima é diretamente secada por utilização de gás de combustão quente produzido pelo transportador aquecido do leito fluidizado (9-2). o calor gerado pela combustão do gás de pirólise não condensado produzido pelo leito de pirólise (5) com o ar no leito de combustão (9-1) é fornecido ao leito de pirólise (5).

Description

(54) Título: PROCESSO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE GÁS SINTÉTICO A PARTIR DE BIOMASSA POR PIRÓLISE (51) Int.CI.: C10J 3/66; C10B 53/02; C10B 57/10; C10B 49/22; C01B 3/36 (30) Prioridade Unionista: 23/03/2010 CN 201010132481.3 (73) Titular(es): WUHAN KAIDI ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE CO., LTD (72) Inventor(es): SONG, KAN; JIANG, MANYI; SUN, QIN; 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 SINTÉTICO A PARTIR DE BIOMASSA POR PIRÓLISE

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se relaciona com a produção de gás sintético, e mais particularmente a um método e um sistema para a produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise. O método pertence ao campo da tecnologia de produção sintética de gás ou combustível a gás usando biomassa. O gás sintético é um gás misto que contém CO, H2 e uma variedade de carboidratos que contêm carbono, hidrogênio e oxigênio. O gás sintético produzido pelo método de acordo com a invenção pode ser usado para turbina a gás de geração de sistemas de potência, células de combustível, óleo sintético, metalúrgicos e outros sistemas.

ESTADO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO

Com a diminuição das reservas de combustíveis fósseis tradicionais (carvão, óleo e gás natural) e os problemas de poluição do meio ambiente, causados pelo uso de combustíveis fósseis ameaçam diretamente a sobrevivência humana e seu desenvolvimento, mostrando a importância do desenvolvimento de energias renováveis e que não agridam o meio ambiente tornaram-se um consenso dos governos de todos os países. Biomassa, uma matéria orgânica gerada pelas plantas através da fotossíntese, tem largas fontes e grandes quantidades disponíveis. Ela pode ser transformada em gás limpo ou combustível líquido para a produção de energia, produzindo matérias primas e produtos químicos. Ao passo que essa energia é limpa, renovável, com zero emissão de dióxido de carbono e com o potencial de substituir completamente os combustíveis fósseis como fonte de energia nova, ela passou a ser assunto prioritário para todos os países.

Existem muitos métodos para a transformação de biomassa em gás ou combustível líquido limpo, entre os quais a tecnologia de gaseificação da biomassa pode adaptar-se a uma grande variedade de espécies e tem 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 consistindo carboidratos, contendo carbono, hidrogênio e oxigênio. A mistura gasosa é denominada de gás sintético. 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 ali utilizado. O objetivo da gaseificação é, por um lado, minimizar o consumo de materiais e do agente de gaseificação, bem como o teor de alcatrão contido no gás de síntese , por outro lado, para maximizar a eficiência de gaseificação a eficiência de conversão de carbono, bem como o conteúdo o

2/16 ingrediente ativo (CO H2), contido no gás sintético. Os objetivos são decididos pelo tipo do gaseificador utilizado, pelo tipo do agente de gaseificação, pelo tamanho da partícula de biomassa, pela pressão de gaseificação e a temperatura, pela umidade e pelas 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%, permanecendo o combustível sólido no leito por um longo período de tempo. No entanto, a temperatura não é uniforme e tem uma menor eficiência de troca de calor, um valor baixo de aquecimento do gás sintético na saída de ar, e o gás sintético contendo uma grande quantidade de alcatrão. O leito fluidizado é conveniente para a adição de material lançamento das cinzas, a temperatura é uniforme e mais fácil para ajustes. No entanto, é sensível às características da matéria-prima. Se a aderência, a estabilidade térmica, o teor de umidade ou o ponto de fusão das cinzas com as matérias-primas mudarem, a operação se tornará anormal. Além disso, a fim de assegurar a fluidez normal do forno de gaseificação, é necessário manter a temperatura mais baixa, e o gás sintético tem uma grande quantidade de alcatrão. Uma vez que uma grande quantidade de alcatrão é produzida no leito fixo e no leito fluidizado, uma unidade de craqueamento de alcatrão e um equipamento de purificação devem ser instalados, o que resulta em um processo complicado. O leito de fluxo arrastado tem uma temperatura de funcionamento constante e elevada, boas características de amplificação, e particularmente adequadas para grande escala de industrialização. O alcatrão é rachado completamente. No entanto, a cama de fluxo arrastado tem um requisito rigoroso de tamanho de partícula das matérias-primas. Baseado em tecnologia de moagem atual, não há nenhuma maneira de moer a biomassa tendo muita celulose para um tamanho adequado para o leito de fluxo arrastado. Assim, o leito de fluxo arrastado não pode ser usado para a gaseificação da biomassa. Hoje em dia, a quebra de alcatrão e pré-tratamento da biomassa antes de gaseificação são problemas difíceis para o desenvolvimento de gaseificação de biomassa.

O pedido de patente chinês No. 200510043836,0 descreve um método e um dispositivo para a gaseificação da biomassa de baixo teor de alcatrão. O método inclui a pirólise e a gaseificação de forma independente, sendo a biomassa transformada em gás sintético contendo baixo teor de alcatrão. No método, gás de pirólise e carvão experenciam a combustão incompleta no gaseificador em torno de 1000 ° C, sendo o alcatrão rachado sob condições de temperatura elevada. Embora o teor de alcatrão

3/16 reduza bastante, uma grande quantidade de carvão é consumida, o que resulta em um baixo teor de CO produzido na subsequente reação de redução e um elevado teor de CO2 no gás sintético. Em segundo lugar, devido a uma baixa temperatura na reação de combustão, a temperatura na redução subsequente torna-se menor, e a temperatura média na zona de redução é inferior a 700 ° C, e, assim, o rendimento de gás sintético eficaz (CO H2) é diminuído significativamente (cerca de 30%). Em terceiro lugar, as cinzas e os resíduos de carbono não reagiram a partir da reação de redução são diretamente descarregados, 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 calor, a diferença de temperatura entre a parte superior e a parte inferior (a parte superior é a cerca de 1000 ° C e a parte inferior é a cerca de 500 ° C) do leito é enorme, o que é uma desvantagem inerente de leito fixo.

A patente U.S. No. 6.863.878 B2 descreve um método e um dispositivo de produção de gás sintético com carbono que contêm materiais. O método inclui a carbonização (ou pirólise) e a gaseificação em formas independentes. 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 serem transportados para as bobinas reação do gaseificador, o que irá afetar a velocidade e grau de reação da gaseificação. Em segundo lugar, uma vez que a reação e a gaseificação ocorrem na serpentina da reação, uma grande quantidade de gás de transporte é necessária, mas o gás de transporte tirará uma grande quantidade de calor durante o transporte e, assim, a eficiência da gaseificação é baixa, a temperatura não é uniforme e a subsequente perda de resíduos do sistema de recuperação de calor é enorme. Em terceiro lugar, não é econômico, que gás sintético recentemente produzido seja usado para fornecer calor para gaseificação e carbonização. Em quarto lugar, os produtos de combustão (principalmente CO2 e H2O) são diretamente descarregados não plenamente utilizados, resultando numa eficiência de gaseificação baixa. Finalmente, as cinzas e os resíduos de carbono que não reagiram no gás sintético são também descarregados diretamente, resultando em baixa taxa de conversão do carbono.

O pedido de patente chinês No. 200810236639,4 divulga um método de produção de gás sintético a partir de biomassa por gaseificação de alta temperatura. O método também adota uma combinação de carbonização e gaseificação a alta temperatura. No entanto, o método tem os seguintes problemas: primeiro, o calor do forno de carbonização é fornecido por combustão direta do gás combustível externo e oxigênio; o gás combustível externo de alta qualidade introduzido aumenta

4/16 consideravelmente o consumo de energia do sistema; em segundo lugar o gás de pirólise adotado no sistema de alimentação de pó é complicado, quando o gás de pirólise de alta temperatura é misturada com o pó de carbono de baixa temperatura e alimentado para dentro do forno de gaseificação, a mistura pode ser facilmente condensado para formar alcatrão, causando o bloqueio e influenciar o funcionamento normal; e, finalmente, a pressão elevada _ produzida no forno de carbonização é alimentada na máquina de fresagem de pressão normal depois de ser descomprimida e arrefecida, 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 elevado no consumo de energia de modo que a viabilidade do projeto é ruim.

A partir dos métodos acima mencionados, a gaseificação convencional, quer seja a partir de biomassa ou a partir de sólidos contendo materiais de carbono, não pode produzir gás sintético com alta eficiência e baixo custo. Embora a tecnologia de pirólise e da gaseificação independentes pode adaptar-se a uma variedade de biomassa e reduzir o teor de alcatrão do gás sintético, deficiências tais como a não uniformização da temperatura, o grande investimento em equipamento para a recuperação de calor, o consumo de material de alta eficiência e gaseificação de 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 sendo a biomassa aplicada a um de fluxo leito arrastado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

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

O esquema técnico da invenção é descrito como segue.

Um método para produzir gás sintético a partir de biomassa por pirólise compreendendo os seguintes passos;

1) um pré-processamento de um material de biomassa bruto: esmagar o material de biomassa bruto para ter tamanhos de partícula de 1-6 mm e secagem da matéria-prima até o teor de água é de 10-20 wt. %;

2) a pirólise do material de biomassa bruto utilizando tecnologia de pirólise rápida de biomassa, e um produto de um leito de pirólise ser um gás de pirólise e de um pó de carbono;

3) separar o gás de pirólise de pó de carbono, e um transportador de calor sólido através de um separador do tipo ciclone;

4) separar o pó de carbono para longe do transportador de calor através de um

5/16 separador sólido-sólido , alimentando o pó de carbono para uma bandeja de estoque de pó de carbono para a coleta, aquecendo o transportador de calor sólido em um leito fluidizado de aquecimento e transmitindo o transportador de calor para o sólido para o leito da pirólise para o uso de reciclagem; transmitindo uma fumaça de calor residual gerada no transportador aquecido do leito fluidizado para secar o material de biomassa bruto da etapa 1);

5) transmitir o gás de pirólise para um tanque condensado para a condensação de pulverização, condensando uma parte condensável no gás de pirólise para gerar óleo biológico combustível, pressurizando o óleo biológico combustível gerado por uma bomba de óleo de alta pressão e, em seguida, alimentando a fornalha de gaseificação para ser gaseificado; e

6) alimentar uma parte de gás não condensável de pirólise para o leito de combustão, para fazer a combustão com o ar, transmitindo a outra parte do gás de pirólise não condensável para o leito de pirólise como uma fluidez média; controlar a relação entre o gás não condensável de pirólise de ar e a temperatura do transportador aquecedor do leito fluidizado como na etapa 6), para ter certeza de que a temperatura do leito de pirólise seja 400-600° C e resida no fase gasoso no leito de pirólise sendo 0,5-5 s.

A condensação de pulverização adota um método externo circular, o óleo biológico combustível na parte inferior do tanque de condensação é pressurizado e bombeado pela bomba de óleo, o óleo biológico combustível é retornado para o depósito de condensação para a condensação de pulverização depois de ter sido arrefecido por um biológico combustível do permutador de calor do óleo, o gás de pirólise condensável é condensado para produzir o óleo combustível biológico, uma parte do óleo combustível biológico é alimentado para o tanque de óleo combustível biológico a outra parte é pressurizado pela bomba de circulação de óleo e arrefecida até que o combustível biológico permutador de calor para o óleo circularmente pulverizar o gás de pirólise.

Um sistema de gaseificação para a produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise de biomassa compreende um material da peça de prétratamento, uma parte de pirólise, uma parte de condensação, e uma parte de gaseificação. A parte de pirólise inclui um leito de pirólise e um leito de combustão; um tanque de condensação da parte condensada é ligado a um compressor de gás não condensável de pirólise, por meio de um gasoduto; uma saída do compressor de gás não condensável de pirólise está respectivamente ligada ao leito de pirólise e ao leito de combustão; um gás não condensável de pirólise é utilizado como um combustível do leito de combustão, e um meio de fluidez do leito de pirólise.

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A parte de condensação adota uma condensação de pulverização em circulação externa. A parte inferior do depósito de condensação está ligada com uma bomba de óleo de circulação através de um conduíte, e a bomba de circulação de óleo está ligada ao permutador de combustível biológico externo de calor do óleo, uma parte do óleo biológico combustível é pressurizado pela bomba de circulação de óleo e arrefece pelo permutador de calor de óleo biológico combustível, de modo a circular e pulverizar o gás de pirólise, assim como uma parte inferior do depósito de condensação está conectado com o tanque de óleo biológico combustível.

A cama de pirólise está ligado com o separador de ciclone e o separador sólido-sólido. O separador de sólido-sólido é ligado com o compartimento de estoque de carbono em pó e o leito fluidizado de aquecimento portador. A parte mais baixa do leito fluidizado de aquecimento portador é fornecido com uma conduta ligada ao leito a pirólise, a fim de transmitir o transportador sólido aquecido para o leito de pirólise para utilização de reciclagem.

A parte superior do leito fluidizado de transporte de aquecimento está ligada com um sistema de secagem do material de biomassa, parte de pré-processamento através de um gasoduto de calor residual e de fumaça, e uma parte superior do leito de combustão é conectada com uma conduíte de entrada de ar.

A ligação de um oleoduto de saída do tanque de óleo biológico combustível e uma forno de gaseificação é fornecida com a bomba de alta pressão do óleo, e o óleo biológico combustível é pressurizado e transportado para o forno de gaseificação para a gaseificação.

As vantagens da invenção encontram-se resumidos a seguir:

Em primeiro lugar, a invenção adota a tecnologia de pirólise rápida. Comparado com o método de gaseificação divulgado no pedido de patente chinês No. 200810236639,4, o invento pode transformar diretamente biomassa em óleo combustível biológico, o que melhora a densidade de energia do volume da biomassa e torna o transporte e armazenamento conveniente; por outro lado, o rendimento de energia elevada (60-80%) pode ser realizado a uma temperatura de 400-600 ° C, o que reduz o consumo de energia e também pode melhorar a taxa de conversão de carbono de todo o sistema.

Em segundo lugar, a invenção também se adota a tecnologia de aquecer o transportador de calor cíclico sólido como fonte de calor do leito de pirólise por meio do calor gerado pela combustão da autoprodução de gás de pirólise não condensável. A tecnologia de aquecimento do leito de pirólise da invenção tem os seguintes três aspectos: 1) o calor necessário para a técnica de pirólise é fornecido pela parte interna do sistema, de modo a realizar o equilíbrio térmico do sistema e não para introduzir

7/16 energia externa fundamentalmente; 2) o calor para o aquecimento do transportador de calor cíclico sólido é fornecido por combustão direta do gás não condensável de pirólise e do ar. Isto é, a energia química do gás de pirólise é utilizada, em vez de oxigênio puro, o que reduz grandemente o custo de todo o sistema, e aumenta a flexibilidade de utilização do leito de pirólise; 3) o transportador de calor aquecido cíclico sólido é transportado diretamente para o leito de pirólise para o contato da matéria-prima, o que não apenas aumenta a eficiência de aquecimento do leito de pirólise mas também melhora o rendimento da reação de óleo de pirólise rápida.

Em terceiro lugar, a invenção utiliza o calor residual da fumaça gerado pela combustão do gás não condensável de pirólise para secar a matéria-prima, o que melhora a eficiência de energia de todo o sistema.

Em quarto lugar, a invenção não adota o processo de pré-tratamento da matéria-prima, na entrada do forno de gaseificação. A matéria-prima é introduzida diretamente no forno de gaseificação depois de ser pressurizado pela bomba de óleo de alta pressão. O processo é simples e eficiente. Comparado com o método divulgado na gaseificação do pedido de patente chinês No. 200810236639,4 para a alimentação na entrada, o método do invento evita o problema técnico sobre o transporte pneumático de pó e bloqueio de alcatrão durante a alimentação do pó de carbono seco, bem como reduz o consumo de energia do dispositivo de admissão da matéria-prima e aumenta a estabilidade, confiabilidade e viabilidade do sistema.

Em quinto lugar, a invenção adota um ciclo de condensação de vapor externo. O permutador de calor do óleo combustível biológico é colocado no exterior do tanque de condensação, que é conveniente para a limpeza e manutenção e também evita a interrupção para a manutenção.

Em sexto lugar, a invenção adota a tecnologia de bomba de óleo de pressurização e de transporte. Comparado com o método de gaseificação divulgado no pedido de patente chinês No. 200810236639,4, o método do invento 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 sétimo lugar, com a tecnologia de pirólise rápida, o óleo combustível biológico gerado quase não contém escória de carvão, o que poupa o trabalho de elevado ponto de fusão de cinza no processo de tomada de gás de síntese a partir da biomassa. O sistema de escória de seguimento de descarga para o forno de gaseificação não é também necessária, que impede que a corrosão de metais alcalinos e de acumulação de cinzas, e também aumenta a estabilidade, confiabilidade e viabilidade do sistema.

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Em suma, a invenção tem como objetivo perceber a simplicidade, eficiência, conservação de energia, economia e alta viabilidade do projeto. Por outro lado, a invenção melhora a eficiência de gaseificação, diminui a quantidade de gás sintético efetivo 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 a produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise de acordo com uma concretização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CORPORIFICAÇÕES

Os exemplos preferidos, o método e a disposição do sistema de estrutura de acordo com a invenção são descritos com o desenho que a acompanha.

Como mostrado na FIG. 1, um sistema de gaseificação para a produção de gás sintético a partir de biomassa compreende uma parte de pré-tratamento, uma parte de pirólise, uma parte de condensação e uma parte de gaseificação. Especificamente, o sistema de gasificação compreende: um material de biomassa bruta 1, um sistema de moagem 2, um sistema de secagem 3 uma bandeja de estoque de biomassa 4, um leito de pirólise 5, um separador do tipo ciclone 6, um separador sólido-sólido 7, um estoque para pó de carbono 8, um leito de combustão 9-1, um transportador aquecido de leito fluidizado 9-2, um conduíte de entrada de ar 10 para o leito de combustão, um conduíte de fumaça de calor residual 11, uma saída de fumaças residuais de calor do sistema de secagem 11a, um depósito de condensação 12, uma bomba de circulação de óleo 13, um permutador de calor do combustível de óleo 14, um compressor de gás de pirólise não condensável 15, um reservatório de óleo combustível biológico 16, uma bomba de óleo de alta pressão 17, um queimador do forno de gaseificação 18, um conduíte de oxigênio 19 que conduz para o queimador do forno de gaseificação, um forno de a gaseificação 20, a água de arrefecimento da água do forno a gaseificação 21, um conduíte de gás sintético 22, um conduíte de jorra de carvão 23, um conduíte de água dessalinizada e desoxidada 24, um conduíte para vapor de água saturada 25, um conduíte externo para combustível N1, um conduíte de ar N2 que conduz ao leito de combustão e um conduíte de esvaziamento N3.

A parte da pirólise compreende o leito de pirólise 5, o leito combustão 9-1, o transportador aquecido do leito fluidizado 9-2. O leito de pirólise 5 está ligado com o separador do tipo ciclone 6 e o separador sólido-sólido 7. O separador sólido-sólido 7 está ligado com a caixa estoque de pó de carbono 8 e o transportador aquecido do leito fluidizado 9-2. A parte mais baixa do transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 é provida de um conduíte ligado ao leito de pirólise 5 de forma a transmitir o transportador sólido aquecido para o leito de pirólise 5 para reciclagem de utilização.

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A parte superior do transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 está ligada com o sistema de secagem 3 do material de biomassa da parte de pré-processamento através do calor residual da fumaça do conduíte 11. A parte superior do leito de combustão 9-1 está ligada a um conduíte de entrada de ar 10.

O depósito de condensação 12 é conectado com o compressor de gás não condensável de pirólise 15 através de um conduíte. A saída do compressor de gás não condensável de pirólise 15 é, respectivamente, ligado com o leito de pirólise 5 e o leito de combustão 9-1. O gás de pirólise não condensável é usado como o combustível do leito de combustão 9-1 e o meio de fluidez do leito de pirólise 5.

A condensação da pulverização adota um método externo de circulação. A parte inferior do depósito de condensação 12 está ligada com a bomba de circulação de óleo 13 através de um conduíte. O óleo da bomba de circulação 13 está ligado com o permutador de calor do óleo combustível biológico externo 14. Uma parte do óleo combustível biológico é pressurizado pela bomba de circulação de óleo 13 e arrefecido pelo permutador de calor do combustível biológico de óleo 14, de modo a circular e pulverizar o gás de pirólise. A parte inferior do depósito de condensação 12 está ligada com o reservatório do óleo combustível biológico 16.

O conduíte conectando a saída do tanque de óleo combustível biológico 16 e o forno de gaseificação 20 é fornecido com a bomba de óleo de alta pressão 17. O óleo combustível biológico é pressurizado e transportado para o forno de gaseificação 20 para a gaseificação.

Um método para a produção gás sintético a partir de biomassa por pirólise compreende passos como se segue:

1) pré-tratamento do material bruto de biomassa: esmagar o material de biomassa bruto até obter tamanhos de partícula de 1-6 mm e secagem da matéria-prima até o teor de água ser 10-20 wt. %;

2) a pirólise do material bruto de biomassa utilizando a tecnologia de pirólise rápida de biomassa, garantindo que a temperatura do leito de pirólise seja entre 400-600° C, através do ajuste da proporção do gás não condensável de pirólise para o ar e controlando a temperatura do transportador aquecido do leito fluidizado, sendo o tempo de permanência da fase gasosa no leito de pirólise de 0,5-5 s e o produto do leito de pirólise ser gás de pirólise e pó de carbono;

3) separar o gás de pirólise de pó de carbono e o transportador de calor sólido através do separador de ciclone;

4) separar o pó de carbono para longe do transportador de calor sólido através do separador sólido-sólido, alimentando o pó de carbono para a bandeja de estoque de carbono em pó para coleta, o aquecimento do sólido transportador de calor no

10/16 leito fluidizado de aquecimento transportador e depois transportar o transportador de calor para o sólido leito de pirólise para utilização reciclada;

5) transportar o gás de pirólise gerado para o depósito de condensação para a condensação de pulverização, condensando a parte condensável do gás de pirólise para gerar o óleo combustível biológico, pressurizar o óleo combustível biológico gerado pela bomba de alta pressão do óleo e, em seguida, a alimentação para o forno de gaseificação para ser gaseificado; e

6) alimentando uma parte do gás não condensável de pirólise para o leito de combustão para queimar com o ar, transmitindo a outra parte do gás não condensável de pirólise para o leito de pirólise como a fluidização média.

A condensação de pulverização adota um método externo de circulação. O óleo combustível biológico na parte inferior do reservatório de condensação é pressurizado e bombeado pela bomba de óleo e do óleo combustível biológico é retornado para o depósito de condensação para a condensação de pulverização depois de ter sido arrefecido pelo permutador externo de calor do óleo combustível biológico . Uma parte do gás de pirólise condensável é condensado para produzir o óleo combustível biológico. Uma parte do óleo combustível biológico é alimentado para o tanque de óleo combustível biológico e a outra parte é pressurizado pela bomba de circulação de óleo e arrefecido pelo permutador de calor do óleo combustível biológico para pulverizar circularmente o gás de pirólise.

A fumaça do calor residual gerada no leito fluidizado transportador de aquecimento no passo 2) é usado para secar o material de biomassa bruta no passo

1) para o pré-processamento de matéria-prima de biomassa.

Processo de trabalho:

1. Processo de inicialização do sistema:

1) abrindo a válvula de controle V3 na conduíte de esvaziamento N3, mantendo a válvula de controle V2 conduzindo ao depósito de condensação 12 e a válvula de controle V9 no conduíte entre o reservatório 12 e o compressor de gás não condensável de de condensação por pirólise fechados;

2) abrindo a válvula de controle V1 no conduíte externo de combustível N1 e a válvula de controle V7 nos conduítes de ar N2 levando para o leito de combustão, mantendo o válvula de controle V8 no conduíte entre o compressor de gás não condensável de pirólise 15 e do leito de pirólise 5, fechado de modo a alimentar a fumaça de calor gerada pela combustão de combustível e ar de combustão no leito 9-1 para o transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 para aquecer o transportador de calor sólido;

dentro desse sistema então é transportado para a bandeja de estoque de

11/16 biomassa 4 para armazenamento. Ele também pode ser transportado para o leito de pirólise 5 por um alimentador. Abrindo a válvula de controle V5 no conduíte de fumaça residual de calor entre o leito fluidizado de aquecimento o transportador 92, o leito de pirólise 5 e a V6 válvula de controle no conduíte entre a bandeja de estoque de biomassa 4 e o leito pirólise 5, para alimentar parcialmente de fumaça de calor residual o sistema de secagem 3 para secar o material de biomassa bruta, alimentar parcialmente de fumaça de calor residual para o leito de pirólise 5 como meio de fluidização, separando sólidos do gás de pirólise misto gerado pela reação no leito de pirólise 5 através do separador do tipo ciclone 6 e, em seguida, descarregando para fora do sistema através do conduíte N3; e

Abrindo a válvula de controle V2 após implementar os passos 1), 2) e 3) por 10-20 minutos, o arrefecimento do gás de pirólise, por meio de pulverização do reservatório de condensação 12, coleta o óleo combustível biológico; depois de correr por 15-30 min, abrindo o comando da válvula V9, fechando a válvula de controle V1, V5 e V7, abrindo as válvulas de controlo V4 e V8, ao mesmo tempo, o sistema começa a executar normalmente nas circunstâncias.

2. Processo normal de operação do sistema:

O material da biomassa bruta é alimentada ao sistema de secagem 3, através do sistema de moagem 2. O material da biomassa bruta é secado e desidratado pela fumaça de calor do sistema e então é transportado para a bandeja de estoque de biomassa 4 para seu armazenamento. Ele também pode ser transportado para o leito de pirólise 5 por um alimentador. Abrindo a válvula de controle V5 no conduíte de fumaça residual de calor, entre o transportador aquecido do leito fluidizado 9-2, o leito de pirólise 5 e a válvula de controle V6 no conduíte entre a bandeja de estoque de biomassa 4 e o leito de pirólise 5 alimentam de fumaça de calor parcialmente residual o sistema de secagem 3 para secar o material de biomassa bruta, alimentando de fumaça de calor parcialmente residual para o leito pirólise 5 como meio de fluidização, separando sólidos do gás de pirólise misto gerado pela reação no leito de pirólise 5 através do separador do tipo ciclone 6 e então descarregando para fora do sistema através do conduíte N3; e

O produto do leito de pirólise 5 inclui o gás de pirólise e o pó de carvão que contém CO, H2, CO2, H2O, CH4, e alcatrão. O gás de pirólise grosso é separado pelo separador do tipo ciclone 6 e, em seguida, o transportador sólido de calor e as partículas de pó de carbono no gás de pirólise caem no separador sólido-sólido 7, através da porta de descarregamento de cinza.

O gás de pirólise primeiramente separado é fornecido ao reservatório de condensação 12 para ser pulverizado circularmente pelo óleo combustível biológico. O

12/16 gás de pirólise não condensável é pressurizado no compressor de gás de pirólise não condensável 15 e depois respectivamente, alimentado para o leito de combustão 9-1 e o leito de pirólise 5. O gás de pirólise condensável é condensado para produzir o óleo combustível biológico. Parte do óleo combustível biológico gerado pode ser utilizado para pulverização cíclica. O resto é gerado em óleo combustível biológico e fornecido ao reservatório de óleo combustível biológico 16.

Após o transportador sólido de calor e o pó de carvão no separador sólido-sólido 7 serem separados, o calor desce para o leito transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 e o pó de carbono é fornecido para o pino de estoque de carbono em pó 8.

No leito de combustão 9-1, o gás não condensável de pirólise para combustão é submetido a reação de combustão com o ar a partir do conduíte 10. A fumaça de calor gerada pela combustão é fornecido ao transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 para aquecer o transportador cíclico de calor sólido. A temperatura do leito de pirólise 5 é controlada como 400-600 ° C por ajuste da proporção do gás de pirólise não condensável gerada pela combustão com o ar. O tempo de residência da fase gasosa no leito de pirólise 5 é controlada para ser 0,5-5 s. O calor residual de fumaça que passa o transportador do transportador aquecido do leito fluidizado 9-2 e fornecido ao sistema de secagem 3 para a secagem.

A pressão do óleo combustível biológico no reservatório biológico de combustível do óleo 16 é colocada pela primeira vez para ser igual à pressão de funcionamento do forno de gaseificação 20 pela bomba de alta pressão 17 e depois o ser fornecido para a fornalha do queimador de gaseificação 18. O oxigênio no conduíte 19 é também fornecido ao forno queimador de gaseificação 18 para gerar a gaseificação reacional da gaseificação de alta temperatura 20. A temperatura do gás sintético 22 na saída do forno de gaseificação é controlada em 1200-1600 ° C, ajustando a quantidade de oxigênio e a quantidade de troca de calor da água de arrefecimento da parede 21 do forno de gaseificação com a água dessalinizada e desoxidada. O produto da gaseificação se refere principalmente ao CO, ao H2 e também compreende uma pequena quantidade de CO2, H2O e vestígios de CH4. A água dessalinizada e desoxidada é arrefecida pela água de arrefecimento da parede 21 do forno de gaseificação, para gerar uma pressão de vapor de água saturada intermediária, a qual é fornecida ao sistema de seguimento através do conduíte 25. O resto gerado pela gaseificação do carvão é descarregado através do conduíte 23.

Exemplo 1

Tome a madeira como matéria-prima de biomassa. A composição elementar e os dados característicos da madeira seca estão listados na tabela 1.

Tabela 1 composição elementar e os dados característicos da madeira seca

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Items	Símbolo	Unidade	Valor
Carbono	D_ar	%(Kg/Kg)	39.43
Hidrogênio	H_ar	%(Kg/Kg)	5.21
Oxigênio	Oar	%(Kg/Kg)	38.36
Nitrogênio	Λ/ar	%(Kg/Kg)	0.15
Enxofre	S_ar	%(Kg/Kg)	0.21
Cloro	C/ar	%(Kg/Kg)	0.00
Cinza	A_ar	%(Kg/Kg)	5.00
Umidade	M_ar	%(Kg/Kg)	11.64
Ponto de fusão da	FT	°C	1436
Cinza
Baixo valor de	LHV	MJ/Kg	14.75
calor

As principais condições operacionais são as seguintes;

1) o diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é de 6 mm;

2) o teor de água do material na saída do sistema de secagem 3 é de 15 wt. %;

3) a pressão do leito de pirólise 5 é a pressão normal e a temperatura é controlada a 400 ° C;

4) o tempo de permanência do gás da fase do leito de pirólise 5 é de 5 s; e

5) a pressão do forno de gaseificação 20 é controlado para estar em 4.0 Mpa (A) e a temperatura estar em 1400° C.

De acordo com as condições estabelecidas acima, os dados principais, os parâmetros de desempenho do sistema e o processo de execução da invenção se explicam em pormenor, com os desenhos anexos:

1) a qualidade do rendimento da matéria-prima de biomassa alimentando o leito de pirólise 5 é de 55%;

2) o teor da matéria seca de CO e H2 na saída de gás sintético pelo conduíte 22 é de 76%;

3) a taxa de conversão de carbono do sistema é de 99,9% e o consumo de oxigênio eficaz do gás sintético é de 0,33 mol / mol.

Exemplo 2

Pegue a madeira no exemplo 1 como matéria-prima de biomassa (tabela 1).

As principais condições operacionais são as seguintes:

1) o diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é de 5 mm;

2) o teor de água do material na saída do sistema de secagem 3 é de 20 wt. %;

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3) a pressão do leito de pirólise 5 é de pressão normal e a temperatura é controlada a 500 ° C;

4) o tempo de permanência do gás da fase do leito pirólise 5 é de 3 s;

5) a pressão do forno de gaseificação 20 é controlada para ser 4.0 MPa (A) e a temperatura é controlada em 1400 ⁰ C.

De acordo com as condições dispostas acima, os dados principais e parâmetros de performance do sistema no seu processo de implementação da invenção estão explicados em detalhes com os desenhos em anexo:

1) a qualidade do rendimento do combustível biológico da matéria-prima da biomassa fornecido ao leito de pirólise 5 é de 60%;

2) o teor da matéria seca do CO e do H2 na saída do gás sintético pelo conduíte é de 80%; e

3) a taxa de conversão do carbono do sistema é de 99,9% e o consumo efetivo de oxigênio do gás sintético é de 0,31 mol / mol.

Exemplo 3

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

As principais condições de operação são como seguem:

1) o diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é de 4 mm;

2) o teor de água do material na saída do sistema de secagem 3 é de 10 wt. %;

3) a pressão do leito de pirólise 5 é de pressão normal e a temperatura é controlada a 600 ° C;

4) o tempo de permanência do gás da fase do leito de pirólise 5 é de 2 s; e

5) a pressão do forno de gaseificação 20 é controlada para ser 4.o Mpa (A) e a temperatura é controlada em 1400° C.

De acordo com as condições estabelecidas acima, os principais dados e parâmetros de desempenho do sistema no processo de implementação da invenção são explicados em detalhes com o desenho em anexo:

1) a qualidade do rendimento do combustível biológico da matéria-prima da biomassa fornecido ao leito de pirólise 5 é de 65%;

2) o teor da matéria seca do CO e do H2 na saída do gás sintético pelo conduíte é de 82%; e

3) a taxa de conversão de carbono do sistema é de 99,9% e o consumo efetivo de oxigênio do gás sintético é de 0,31 mol/mol.

Exemplo 4

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

As principais condições de operação são como seguem:

1) o diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é de 3 mm;

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2) o teor de água do material na saída do sistema de secagem 3 é de 13 wt. %;

3) a pressão do leito de pirólise 5 é pressão normal e a temperatura é controlada a

450° G.

4) o tempo de permanência do gás na fase do leito de pirólise é de 1 s; e

5) a pressão do forno de gaseificação 20 é controlada para ser 4.0 MPa (A) e a temperatura é controlada em 1400° C.

De acordo com as condições estabelecidas acima, os principais dados e parâmetros de desempenho do sistema no processo de implementação da invenção são explicados em detalhe com o desenho em anexo:

1) a qualidade do rendimento do combustível biológico da matéria-prima de biomassa fornecido ao leito de pirólise 5 é de 66%;

2) o teor da matéria seca do CO e do H2 na saída do gás sintética pelo conduíte é de 84%; e

3) a taxa de conversão do carbono do sistema é de 99,9% e o consumo efetivo de oxigênio do gás sintético é de 0.3 mol/mol.

Exemplo 5

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

As principais condições de operação são como seguem:

1) diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é 2 mm;

2) o teor de água do material na saída.do sistema de secagem 3 é de 16 wt. %;

550 ° C;

4) o tempo de permanência do gás da fase do leito de pirólise 5 é de 1,5 s, e

5) a pressão do forno de gaseificação 20 é controlada para ser 4.0 MPa (A) e a temperatura é controlada em 1400 ° C.

1) a qualidade do rendimento do combustível biológico da matéria-prima de biomassa fornecido ao do leito de pirólise 5 é de 70%;

2) o teor da matéria seca do CO e do H2 na saída do gás sintético pelo conduíte é de 86%; e

3) a taxa de conversão de carbono do sistema é de 99,9% e o consumo efetivo de oxigênio do gás sintético é de 0,3 mol/mol.

Exemplo 6

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

As principais condições de operação são como seguem:

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1) o diâmetro dos grãos do material na saída do sistema de moagem 2 é de 1 mm;

2) o teor de água do material na saída do sistema de secagem 3 é de 18 wt. %;

3) a pressão do leito de pirólise 5 é pressão normal e a temperatura é controlada a 520 ⁰ C;

4) o tempo de permanência do gás na fase do leito de pirólise 5 é de 0,5 s, e

De acordo com as condições estabelecidas acima, os principais dados e parâmetros de desempenho do sistema no processo de implementação da invenção são explicados em detalhe com o desenho em anexo;

1) a qualidade do rendimento do combustível biológico da matéria-prima de biomassa fornecida ao leito de pirólise 5 é de 75%;

2) o teor da matéria seca do CO e do H2 na saída do gás sintético pelo conduíte 22 é de 90%; e

3) a taxa de conversão de carbono do sistema é de 99,9% e o consumo efetivo de oxigênio do gás sintético é 0,285 mol / mol.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise, caracterizado por compreender:

1) pré-processamento de uma matéria-prima de biomassa;
2) a pirólise da matéria-prima de biomassa utilizar a tecnologia de pirólise rápida de biomassa, um produto de um leito de pirólise, sendo um gás de pirólise e um pó de carbono;
3) separação do gás de pirólise, do pó de carbono e um transportador de calor sólido utilizando um separador do tipo ciclone;
4) a separação do pó de carbono para longe do transportador cíclico de calor, através de um separador sólido-sólido, alimentando o pó de carbono para uma bandeja de estoque de carbono em pó para coleta, o transportador aquecido estar em um leito fluidizado de aquecimento e transportar o transportador sólido de calor para o leito de pirólise, para a utilização reciclada;
5) o transporte do gás de pirólise gerado para um reservatório de condensação para sua condensação pulverizada, condensando uma parte condensável do gás de pirólise, para gerar o óleo combustível biológico, pressurizando o óleo combustível biológico gerado por uma bomba de alta pressão de óleo e à alimentação de um forno de gaseificação para ser gaseificado ; e
6) a alimentação de uma parte do gás não condensável de pirólise para um leito de combustão para fazer a combustão com o ar, transmitindo a outra parte do gás não condensável de pirólise para o leito de pirólise, como uma fluidização média.

2. Processo conforme reivindicação 1, caracterizado por compreender a condensação pulverizada, adotar método circular externo, o óleo combustível biológico na parte inferior do reservatório de condensação é pressurizado e bombeado pela bomba de alta pressão do óleo, e, em seguida, o óleo combustível biológico é retornado para o reservatório de condensação para a condensação pulverizada, depois de ter sido arrefecido por um permutador de calor de óleo combustível biológico externo, o gás de pirólise condensável ser condensado para produzir o óleo combustível biológico, uma parte do óleo combustível biológico ser fornecida ao reservatório de óleo combustível biológico, e a outra parte ser pressurizada por uma bomba de circulação de óleo e arrefecido pelo permutador de calor de óleo combustível biológico circularmente, para pulverizar o gás de pirólise.

3. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela fumaça de calor residual gerada no transportador do leito fluidizado de aquecimento na etapa 4) ser utilizado para secar a matéria-prima de biomassa no passo 1) para o pré-tratamento da matéria-prima de biomassa .

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4. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela relação entre o gás não condensável de pirólise e a temperatura do transportador aquecido do leito fluidizado na etapa 6) serem controlados para garantir que a temperatura do do leito de pirólise seja de 400-600°C e o tempo de permanência da fase gasosa no leito de pirólise seja de 0,5-5 s.

5. Processo conforme reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo pré-processamento de de matéria-prima de biomassa no passo 1) ser constituído por: esmagamento da matéria-prima de biomassa, para ter tamanho de partículas de 1-6 mm, e a secagem da matéria-prima até o teor de água ser de 10-20 wt. %.

6. Sistema de gaseificação para a produção de gás sintético a partir de biomassa por pirólise, caracterizado por utilizar o método de qualquer das reivindicações 1-5, caracterizado por uma parte de pré-processamento de matéria-prima de biomassa, _uma parte de pirólise, uma parte de condensação e uma parte gaseificação; em que a parte de pirólise compreende o leito de pirólise (5) e um leito de combustão (9-1); o tanque condensação (12) da parte de condensação é ligado a um compressor de gás de pirólise não condensável (15) através de uma conduíte, uma saída do compressor de gás de pirólise não condensável (15) está ligado com o leito de pirólise (5) e o leito de combustão (9-1); e o gás de pirólise não condensável é usado como um combustível de combustão do leito (9-1 ) e um meio de fluidização do leito de pirólise (5).

7. Sistema de gasificação conforme reivindicação 6, caracterizado pela parte de condensação adotar uma condensação pulverizada em circulação externa, uma parte inferior do reservatório de condensação (12) está conectada com uma bomba de circulação de óleo (13) através de um conduíte, a bomba de circulação de óleo (13) está relacionada com um permutador de calor de óleo combustível biológico externo (14), uma parte do óleo combustível biológico é pressurizado pela bomba de circulação de óleo (13) e arrefecido pelo permutador de calor do óleo combustível biológico (14), de modo a pulverizar o circularmente o gás de pirólise, e uma parte inferior do tanque de condensação (12) está ligada a um reservatório de óleo combustível biológico (16).

8. Sistema de gasificação conforme reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo leito de pirólise (5) estar conectado com o separador do tipo ciclone (6) e o separador sólidosólido (7), o separador sólido-sólido (7) estar conectado com a bandeja de estoque de pó de carbono (8) e o transportador aquecido do leito fluidizado (9-2), uma parte inferior do transportador aquecido do leito fluidizado (9-2) estar fornecido por um conduíte ligado ao leito de pirólise (5), de forma a transmitir o aquecido transportador sólido para o leito de pirólise (5) para a utilização reciclada.

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9. Sistema de gasificação conforme reivindicação 8, caracterizado por uma parte superior do transportador aquecido do leito fluidizado (9-2) estar conectado com um sistema de secagem (3) da matéria-prima de biomassa pré-processamento através de um gasoduto de calor residual e de fumo (11), e uma parte superior do leito de

5 combustão (9-1) estar conectado com uma conduta de entrada de ar (10).

10. Sistema de gasificação conforme reivindicação 7, caracterizado por uma conduíte estar ligada uma saída do reservatório de óleo combustível biológico (16) e o forno de gaseificação (20) ser fornecido com a bomba de alta pressão do óleo (17); o óleo combustível biológico é pressurizado e transportado para o forno de gaseificação (20)

10 para a gaseificação.

afí

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