BR112012032043B1

BR112012032043B1 - método para a produção de metano a partir da biomassa

Info

Publication number: BR112012032043B1
Application number: BR112012032043A
Authority: BR
Inventors: Leppin Dennis; S Meyer Howard; G Felix Larry; B Linck Martin; L Marker Terry
Original assignee: Gas Technology Inst
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2019-10-22
Also published as: RU2573567C2; US8915981B2; EP2582778A1; RU2012157780A; NZ604743A; CN110066669B; PE20131059A1; EP2582778A4; BR112012032043A2; CL2017002195A1; CL2012003531A1; US20100251615A1; AU2011265763A1; EP2582778C0; MX2012014604A; JP5847811B2; CN110066669A; CN103038321A; JP2013528688A; CN104593024A

Abstract

método para a produção de metano a partir da biomassa é fornecido um método de multiestágios e aparelho para a produção de metano a partir da biomassa, em que a biomassa é hidropirolizada em uma cuba de reator que contém hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação, a saída do qual sendo hidrogenada utilizando um catalisador de hidroconversão. a saída da etapa de hidroconversão é fornecida a um processo de água-gás-shift fornecendo uma mistura de h2o e gases de produto, incluindo co2, h2 e metano. os componentes da mistura são separados, o que resulta em uma corrente de produto compreendendo substancialmente apenas metano.

Description

[001] Esta invenção refere-se a um processo integrado para transformar termoquimicamente a biomassa diretamente para o metano. Como usado aqui, o termo biomassa refere-se a materiais biológicos derivados de organismos vivos ou mortos e inclui materiais lignocelulósicos, tais como madeira, materiais aquáticos, tais como algas, plantas aquáticas, algas, e os resíduos e subprodutos de animais, tais como miudezas, gorduras e lodo de esgoto. Em um aspecto, a presente invenção refere-se a um processo de hidropirólise de multiestágios para a produção de metano a partir da biomassa.

Descrição da Técnica Relacionada [002] A pirólise de biomassa convencional, tipicamente a pirólise rápida, não utiliza ou exige H₂ ou catalisadores e produz um produto líquido denso, ácido, reativo que contém água, óleos e carvão formado durante o processo. Elevados rendimentos de metano podem ser alcançados através de pirólise rápida convencional, no entanto, os rendimentos de carvão mais elevados são tipicamente alcançados através de pirólise rápida na ausência de hidrogênio, o que diminui o rendimento de metano, em comparação com o método da presente invenção. O metano pode também ser produzido a partir da biomassa por processos de pirólise convencional e ode digestão anaeróbica. Além disso, a gaseificação seguida por metanação pode ser empregada para a produção de metano a partir da biomassa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] É um objetivo da presente invenção fornecer um método e aparelho para a produção de metano que fornece rendimentos superiores de metano quando comparado com a digestão anaeróbia, gaseificação ou pirólise rápida convencional.

[004] É um objetivo da presente invenção fornecer um método e aparelho para a produção de metano que ocupa uma área de cobertura física menor do que um digestor anaeróbio ou pirolisador rápido comparável. A conversão de biomassa em um digestor anaeróbico leva um tempo longo (20-30 dias de tempo de residência no digestor), o que requer um digestor anaeróbico muito grande.

[005] Constitui ainda um outro objetivo da presente invenção fornecer um

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2/11 método e aparelho para a produção de metano, que é menos dispendioso do que o vapor convencional e a gaseificação pressurizada por oxigênio seguida por metanação. A gaseificação é de capital intensivo, porque ela é executada em altas temperaturas, exige uma planta de separação de ar para produzir o oxigênio necessário, cuja planta de separação de ar é de capital intensivo.

[006] Constitui ainda um outro objetivo da presente invenção fornecer um método e aparelho para a produção de metano a partir da biomassa.

[007] Estes e outros objetivos da presente invenção são tratados por um método de multiestágios e aparelho para a produção de metano a partir da biomassa compreendendo as etapas de hidropirolizar a biomassa em uma cuba de reator de hidropirólise contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação, a uma temperatura de hidropirólise maior do que cerca 1000°F e uma pressão de hidropirólise em uma faixa de cerca de 100 psig e cerca de 600 psig, produzir um produto de hidropirólise compreendendo carvão e um gás que contém uma grande proporção de metano, quantidades muito pequenas de hidrocarbonetos superiores incluindo hidrocarbonetos insaturados, mas nenhum material tipo alcatrão, além de H2, CO, CO2, e H2O (vapor), e também H2S na medida em que há enxofre na matériaprima, separar 0 carvão a partir do produto de hidropirólise, resultando em um produto de hidropirólise de carvão reduzido, e hidroconverter 0 produto de hidropirólise de carvão reduzido em uma cuba de reator de hidroconversão, utilizando um catalisador de hidroconversão a uma temperatura de hidroconversão maior do que cerca 850 °F e uma pressão de hidroconversão em uma faixa de cerca de 100 psig a cerca de 600 psig. Assim, uma corrente de produto de hidropirólise contendo quantidades substanciais de metano é produzida. O produto de hidroconversão é resfriado e introduzido em um reator de deslocamento de água-gás para converter a maior parte do CO por reação com 0 vapor de água, produzindo um produto de deslocamento de água-gás-shift que compreende vapor e uma mistura gasosa que compreende CO2, H2 e metano, mas com níveis reduzidos de CO. O CO2, H2 e metano são então separados, produzindo uma corrente de CO2, uma corrente de H2, e uma corrente de metano. Ο H2 é recuperado, por exemplo, por meio de uma unidade de PSA, e reciclado de volta para a unidade de hidropirólise. A corrente de metano é então compactada e dividida entre um produto gasoso que é metanado como necessário

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3/11 para remover qualquer CO e H2 residual, ou ambos, por conversão para 0 metano, de modo a produzir um produto de metano aceitável para uma tubulação que transporta gás natural para os clientes que adquirem 0 gás final da mesma, e 0 resto do metano é enviado para 0 reformador a vapor, onde, após a adição de níveis apropriados de vapor para evitar a formação de carbono nos tubos de catalisador em suspensão na caixa do forno do reformador, uma porção (tipicamente 10-15%) é utilizada como combustível para a caixa do forno do reformador, e 0 resto é vapor reformado para produzir hidrogênio para a unidade hidropirólise. Uma porção da corrente de hidrogênio a partir do reformador proporcional ao nível de CO, CO2, H2 e que entra na unidade metanação antes da adição de hidrogênio é introduzida na cuba de metanação anteriormente mencionada. Lá, 0 hidrogênio reage com quaisquer quantidades restantes de óxidos de carbono (CO2 e CO) na corrente de produto de metano, formando metano adicional e, desta forma, minimizando os óxidos de carbono da corrente de produto de metano. Os múltiplos reatores e reatores de estágio final para atingir 0 grau de conversão desejado e para acomodar 0 calor liberado pelas reações de metanação são fornecidos conforme necessário, como conhecido pelos especialistas na técnica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] Estes e outros objetivos e características da presente invenção serão mais bem compreendidos a partir da descrição detalhada que segue tomada em conjunto com os desenhos em que:

A Fig. 1 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para a produção de metano a partir da biomassa, de acordo com uma modalidade da presente invenção; e

A Fig. 2 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para a produção de metano, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PRESENTEMENTE PREFERIDAS [009] O processo da presente invenção, mostrado na Fig. 1, é um processo de multiestágios compacto, integrado, para transformar termoquimicamente a biomassa em metano. O primeiro estágio ou etapa de reação do presente processo emprega uma cuba de reator de hidropirólise 10 pressurizada, cataliticamente

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4/11 reforçada, para criar um produto de hidropirólise, parcialmente desoxigenado, com baixa quantidade de carvão, a partir do qual o carvão é removido. Embora qualquer cuba de reator adequada para hidropirólise possa ser empregada, a cuba de reator preferida é um reator de leito fluidizado. A etapa de hidropirólise emprega um rápido aquecimento em que a temperatura média interna da partícula se eleva a uma taxa de cerca de 10.000 O/segundo. O tempo de residência dos vapores de pirólise na cuba do reator é menor do que cerca de 1 minuto. Em contraste a isso, o tempo de residência do carvão é relativamente longo, porque ele não é removido através da parte inferior da cuba de reator e, assim, devem ser reduzidas em tamanho de partículas até que o diâmetro aerodinâmico destas partículas seja suficientemente reduzido para permitir que elas sejam eluídas e transportadas com os vapores que saem próximo a parte superior da cuba de reator. O segundo estágio de reação (após a remoção de carvão) emprega uma cuba de reator de hidroconversão 11, na qual a etapa de hidroconversão é realizada substancialmente na mesma pressão que a do primeiro estágio de reação, conforme necessário para converter quaisquer olefinas em metano. O produto a partir do segundo estágio de reção é então enviado para um reator de deslocamento de água-gás 12, em que o produto é convertido a um produto de deslocamento, compreendendo uma mistura de CO2, H2O, H2, e metano e a concentração de CO é diminuída. O produto de deslocamento é resfriado e separado em água, que é utilizada, após 0 tratamento da água, para reformação a vapor de uma porção do produto de metano no reformador a vapor 14, 0 qual em por si só é um componente de uma unidade de reformador-PSA empacotada 15, e frações gasosas utilizando separador de alta pressão 13. A mistura de CO2, H2, e 0 metano é fornecida para uma unidade de recuperação de H216 na qual ο H2 é separado a partir da mistura e combinado com H2 a partir da unidade de reformador-PSA empacotada. Ο H2 é, então, comprimido no compressor movido a vapor 17 e reciclado de volta para a cuba de reator de hidropirólise 10 para uso no processo de hidropirólise no mesmo. A mistura restante com uma pequena quantidade de CO e CO2 é comprimida. A corrente rica em metano que sai da unidade de separação de H2 16 pode ainda conter pequenas quantidades de CO como uma impureza em excesso ao permitido para 0 metano ser aceitável em um sistema de tubulação de gás natural. Uma porção do metano restante é fornecida ao metanador 19 no qual qualquer CO residual e uma

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5/11 porção do H2 da unidade de reformador-PSA empacotada são reagidos para produzir metano adicional. Dependendo do nível de H2S, um sistema de remoção de traços de enxofre ou leito de proteção de enxofre pode ser necessário para proteger 0 catalisador de metanação 0 qual é envenenado por enxofre. A corrente que sai do metanador 19 irá ser uma corrente de metano de elevada pureza, contendo apenas traços de CO, CO2, H2, e vapor de água. Esta corrente vai ser desidratada e comprimida a uma pressão adequada para a admissão ao transporte de gás natural ou outra tubulação de escoamento. A porção restante de metano a partir de unidade de separação de recuperação de H2 16 é enviada para 0 reformador de vapor 14, juntamente com a água como vapor para a conversão do metano em H2 e CO2. Uma porção do gás de metano é queimada em uma fornalha ou outro combustor 20 para aquecer a porção restante do gás de metano para a temperatura de operação do reformador a vapor, que é de cerca de 1700°F. Em alternativa, este forno pode ser alimentado utilizando 0 carvão eliminado da corrente de produto de hidropirólise a jusante do reator de hidropirólise 10. Os reformadores a vapor exigem uma razão de vapor para hidrocarboneto de 3/1 na sua alimentação para evitar a formação de carbono e para empurrar 0 equilíbrio da reação para deslocar 0 CO em H2, mas isto é mais do que a quantidade necessária para a reação de reformação. O excesso de água é recuperado, tratado como necessário para as necessidades de caldeiras de água de alimentação, e reciclado para 0 reformador de vapor. O CO2 é removido do processo por adsorção por oscilação de pressão (PSA) e qualquer H2 não enviado ao metanador 19 é recirculado de volta para 0 primeiro estágio de reação (hidropirólise, que ocorre no reator de hidropirólise 10) do processo.

[010] Um aspecto chave da presente invenção é que a energia térmica necessária no processo é fornecida pelo calor da reação da reação de desoxigenação, que é exotérmica, ocorrendo tanto na primeira quanto na segunda fase. Outro aspecto importante da presente invenção é que a alimentação de biomassa não necessita ser rigorosamente seca e, de fato, a adição de água quer na alimentação ou como uma alimentação separada é vantajosa para 0 processo porque melhora a formação de H2 in-situ por meio de uma reação de deslocamento de água-gás.

[011] A alimentação de biomassa utilizada no processo da presente invenção pode estar sob a forma de partículas de biomassa soltas possuindo uma maioria de

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6/11 partículas preferencialmente inferior a cerca de 3 mm de tamanho ou na forma de uma pasta de biomassa/líquida. No entanto, será apreciado pelos versados na técnica que a alimentação de biomassa pode ser pré-tratada ou, de outro modo, processada de uma maneira tal que os tamanhos de partículas maiores podem ser acomodados. Os meios adequados para a introdução da alimentação de biomassa para dentro da cuba de reator de hidropirólise incluem, mas não estão limitados a, uma verruma, corrente de movimento rápido (superior a cerca de 5m/s) de gás transportador, tais como gases inertes ou CO2 e H2, e bombas de deslocamento constante, impulsores, ou bombas de turbina.

[012] A hidropirólise é realizada na cuba de reação a uma temperatura maior do que cerca de 1000 °F, preferencialmente, na faixa de cerca de 1000 °F até cerca de 1200°F, e a uma pressão na faixa de cerca de 100 psig e cerca de 600 psig. Taxa de aquecimento da biomassa é, preferencialmente, maior de que cerca de 10.000/segundo. A velocidade espacial horária em peso (WHSV) em gm de biomassa/gm de catalisador/hr para esta etapa está na faixa de cerca de 0,2 a cerca de 10.

[013] Como indicado anteriormente, na etapa de hidropirólise da presente invenção, a alimentação da biomassa sólida é rapidamente aquecida, preferencialmente, em um leito fluidizado quente, resultando na conversão de biomassa para produtos que não são de carvão comparáveis e possivelmente melhores do que os rendimentos obtidos com a pirólise rápida convencional. No entanto, os vapores de hidropirólise durante a hidropirólise estão na presença de um catalisador e de uma elevada pressão parcial de H2 no interior do leito fluidizado, a qual fornece a atividade de hidrogenação e também alguma atividade de desoxigenação. A atividade de hidrogenação é muito desejável para evitar que olefinas reativas se polimerizem, reduzindo, assim, a formação de radicais livres instáveis. Do mesmo modo, a atividade de desoxigenação é importante de modo a que 0 calor de reação a partir de hidropirólise é fornecido por meio da reação de desoxigenação exotérmica, obviando, assim, a necessidade de aquecimento externo do reator de hidropirólise. A vantagem da hidropirólise sobre os processos pirolíticos existentes é que a hidropirólise evita as reações retrógradas de pirólise, a qual é normalmente realizada em uma atmosfera inerte, certamente, na ausência de H2 e,

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7/11 normalmente, na ausência de um catalisador, promovendo, assim, a formação indesejável de compostos aromáticos polinucleares, de radicais livres e de compostos olefínicos que não estão presentes na biomassa original. Se hidropirólise é realizada a temperaturas baixas, as moléculas de cadeia mais longas terão tendência a ser produzidas. Se a hidropirólise é realizada a temperaturas mais elevadas, estas moléculas terão tendência a serem quebradas, produzindo moléculas com cadeias mais curtas de carbono e aumentando a proporção de metano produzida durante esta etapa.

[014] O primeiro estágio da etapa de hidropirólise da presente invenção opera a uma temperatura mais quente do que é a típica de um processo de hidroconversão convencional, e como um resultado do qual, a biomassa é rapidamente desvolatilizada. Assim, a etapa requer que um catalisador ativo estabilize os vapores de hidropirólise, mas não de modo tão ativo faça com que o catalisador rapidamente se transforme em coque. Os tamanhos de partículas de catalisador são, preferencialmente, maiores do que cerca de 100 micrômetros. Embora qualquer catalisador de desoxigenação de tamanho adequado para uso na faixa de temperaturas deste processo possa ser utilizado na etapa de hidropirólise, os catalisadores de acordo com modalidades preferidas da presente invenção são como segue:

[015] Catalisador de vidro-cerâmica - Os catalisadores de vidro-cerâmica são extremamente fortes e resistentes ao atrito e podem ser preparados como termicamente impregnados (isto é, suportados), ou como catalisadores em massa. Quando empregado como um catalisador de vidro-cerâmica à base de NiMo sulfitado, Ni/NiO, CoMo, ou Co-, catalisador de enxofre ativo, o catalisador resultante é uma versão resistente à abrasão de um catalisador à base de NiMo, Ni/NiO, ou Coconvencional, prontamente disponível, mas suave. Os catalisadores à base de NiMo sulfitado, Ni/NiO, ou Co- de vidro-cerâmica são particularmente adequados para uso em um leito fluidizado quente porque estes materiais podem proporcionar o efeito catalítico de um catalisador convencional suportado, mas em uma forma resistente ao atrito muito mais robusta. Além disso, devido à resistência ao atrito do catalisador, a biomassa e o carvão são simultaneamente moídas em partículas menores, já que as reações de hidropirólise prosseguem dentro da cuba de reação. Deste modo, o carvão

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8/11 que é finalmente recuperado é substancialmente livre de contaminantes de catalisador a partir do catalisador, devido à resistência ao atrito e força do catalisador extremamente alta. A taxa de atrito do catalisador será tipicamente menor do que cerca de 2% em peso por hora, preferencialmente, menos que 1% em peso por hora, tal como determinado em um teste de índice de atrito de jato-copo de alta velocidade padrão. O catalisador será adicionado periodicamente para compensar as perdas de catalisador.

Í0161 Catalisador de fosfeto de níquel - Os catalisadores de fosfeto Ni não requerem enxofre para fncionar, nem são envenenados por enxofre e, por conseguinte, serão tão ativos em um ambiente livre de enxofre quanto em um ambiente que contenha H2S, COS e outros compostos contendo enxofre. Portanto, este catalisador será tão ativo para biomassa, que tem pouco ou nenhum enxofre presente quanto para a biomassa que contém enxofre (por exemplo, palha de milho). Este catalisador pode ser impregnado sobre carbono como um catalisador separado ou impregnado diretamente na matéria-prima da biomassa em si.

[0171 Bauxita - A bauxita é um material extremamente barato e, portanto, pode ser usado como um catalisador descartável. A bauxita pode também ser impregnada com outros materiais, tais como Ni, Mo, ou ser sulfitada também.

[018] Catalisador de sílica-alumina seco por pulverização de tamanho pequeno impregnado com NiMo ou C0M0 e sulfitado para formar um catalisador de hidroconversão - os catalisadores de NiMo ou C0M0 comercialmente disponíveis são normalmente fornecidos na forma de comprimidos de tamanho grande de 1/8-1/16polegada para uso em leitos fixos. No presente caso, 0 NiMo é impregnado no catalisador de sílica alumina seco por pulverização e usado em um leito fluidizado. Este catalisador exibe uma força mais elevada do que um catalisador de NiMo ou C0M0 convencional e seria do tamanho certo para 0 uso em um leito fluidizado.

[019] Um suporte de alumina pode também servir como um catalisador de hidropirólise. Este suporte de alumina pode ser gama alumina de um tamanho e área de superfície adequada, ou ter fósforo disposto em cima da mesma como é típico para um suporte de catalisador de hidrotratamento.

[020] De entre as etapas de hidropirólise e hidroconversão, 0 carvão é removido a partir do produto de hidropirólise, normalmente através de separação por

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9/11 inércia, tais como ciclones, ou a filtração de barreira, tais como os filtros de baioneta. Na pirólise rápida convencional, a remoção eficiente de carvão é dificultada porque na medida em que o carvão é capturado sobre a superfície de um filtro, o mesmo reage com os vapores de hidrocarbonetos altamente oxigenados resultantes da pirólise para criar hidrocarbonetos tipo alcatrão que revestem e se ligam ao carvão capturado em um bolo de pó denso que pode permanentemente encobrir os filtros de processo a quente. Em contraste com a pirólise rápida realizada em uma atmosfera inerte, em hidropirólise, os vapores hidrogenados que são produzidos são não reativos, os hidrocarbonetos de baixo peso molecular que permanecem no estado gasoso em todo o tempo e passam através de um filtro de barreira sem reação ou deposição. Assim, na hidroconversão e hidropirólise integrada, o carvão pode ser removido de acordo com o processo da presente invenção por filtração a partir da corrente de vapor. A retropulsação pode ser empregada na remoção do carvão dos filtros, desde que o hidrogênio utilizado no processo da presente invenção seja suficientemente hidrogenado e, portanto, reduza a reatividade dos vapores de hidropirólise que saem do reator de hidropirólise. A precipitação eletrostática, separação por inércia, separação magnética, ou uma combinação destas tecnologias pode também ser utilizada para remover carvão e partículas de cinzas da corrente de vapor quente.

[021] Em virtude da sua resistência ao atrito, os atalisadores de vidrocerâmica são mais facilmente separados do carvão por tecnologias de separação por inércia energética que tipicamente empregam processos de impacção energética, intercepção e/ou difusão por vezes combinada com a precipitação eletrostática para separar, concentrar e coletar carvão em uma corrente secundária para a recuperação. Uma virtude adicional destes materiais é que, uma vez que eles são passíveis de separação magnética (em um estado reduzido, sendo atraídos por um campo magnético induzido eletricamente ou permanente), as técnicas magnéticas bem como as combinações de meios magnéticos, inerciais e eletrostáticos podem ser empregadas para a separação de carvão a partir destes catalisadores que não são possíveis com materiais mais macios.

[022] De acordo com uma modalidade desta invenção, a filtração com gás quente pode ser utilizada para remover o carvão. No caso de hidropirólise, devido ao hidrogênio ter estabilizado os radicais livres e saturado as olefinas, o bolo de pó

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10/11 capturado nos filtros foi verificado como sendo mais facilmente limpo do que o carvão removido na filtração a quente dos aerossóis produzidos na pirólise rápida convencional.

[023] De acordo com outra modalidade desta invenção, a filtração com gases quentes é acoplada com a injeção de adsorvente adequado ou mistura de adsorventes para a remoção de certas impurezas. Nesta modalidade, os adsorventes formam um bolo de filtro sobre o elemento de filtro antes da admissão de gás carregado com partículas, ou em um segundo filtro de gás quente, subsequente, onde as partículas de poeira/finas de hidropirólise ou hidrogaseificação já tenham sido removidas. O resfriamento pode ser fornecido de modo a operar o filtro nas condições ótimas que removem um contaminante particular ou contaminantes com os adsorventes ou adsorvente selecionado. Meios são fornecidos para contrarresposta de pulso do adsorvente acumulado e/ou bolo de finos/adsorvente acumulados sobre o filtro, removendo, assim, as impurezas que reagem nas condições de operação escolhidas com os adsorventes usados.

[024] Após a remoção do carvão, o produto a partir da primeira etapa de reação do estágio de hidropirólise é introduzido em uma cuba de reator de hidroconversão de segundo estágio 11, no qual ele é submetido a uma segunda etapa de hidroconversão do estágio de reação para converter quaisquer olefinas para metano. Esta etapa é preferencialmente realizada a uma temperatura menor (850950 °F) do que a da primeira etapa dee hidropirólise do estágio de reação e substancialmente na mesma pressão (100 - 600 psig) que a da primeira etapa de hidropirólise do estágio de reação. A velocidade espacial horária em peso (WHSV) para esta etapa está na faixa de cerca de 0,2 a cerca de 3. Se o catalisador hidroconversão pode ser protegido de venenos, pode-se espera que a vida do catalisador seja aumentada. Assim, o catalisador utilizado nesta etapa deve ser protegido de Na, K, Ca, P, e de outros metais presentes na biomassa, o que pode envenenar o catalisador. Este catalisador também deve ser protegido de olefinas e os radicais livres pelo melhoramento catalítico realizado no reator de hidropirólise. Os catalisadores tipicamente selecionados para esta etapa são catalisadores de hidroconversão de elevada atividade, por exemplo, catalisadores de NiMo sulfitado e CoMo sulfitado. Neste segundo estágio de reação, o catalisador pode ser utilizado

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11/11 para catalisar a reação de deslocamento de água-gás de CO + H2O para produzir CO2 + H₂, permitindo, assim, a produção in-situ de hidrogênio, 0 que, por sua vez, reduz 0 hidrogênio necessário para a hidroconversão. Ambos os catalisadores de NiMo e C0M0 catalisam a reação de deslocamento de água-gás.

[025] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a alimentação de biomassa é uma biomassa aquática, possivelmente contendo uma proporção elevada de lipídeos, tais como algas ou plantas aquáticas com uma baixa quantidade de lipídeos, tais como Lemna. O processo integrado da presente invenção é ideal para a conversão de biomassa aquática, pois 0 mesmo pode ser realizado sobre a biomassa aquática que normalmente é apenas parcialmente desidratada e ainda capaz de produzir elevados rendimentos de qualidade de produto gasoso.

[026] A Fig. 2 mostra uma modalidade adicional do método da presente invenção em que 0 produto da unidade de separação de CO2 18 é fornecido para um processo de recuperação de hidrato de metano 25 que produz uma corrente de metano puro e uma corrente de H₂ que pode ser reciclada de volta para a cuba de reator de hidropirólise de primeiro estágio 10. O uso do processo de recuperação de hidrato de metano elimina a necessidade do metanador e produz um produto de metano muito mais puro.

[027] Embora 0 relatório descritivo precedente da presente invenção tenha sido descrito em relação a certas modalidades preferidas da mesma e muitos detalhes tenham sido apresentados para fins de ilustração, será evidente para os versados na técnica que a invenção é suscetível de modalidades adicionais e que certos dos detalhes aqui descritos podem variar consideravelmente sem se afastarem dos princípios básicos da invenção.

Claims

1. Método para produzir metano a partir da biomassa CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:

a) hidropirolizar a biomassa em uma cuba de reator de hidropirólise contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação em uma temperatura de hidropirólise maior do que 1000°F e uma pressão de pirólise na faixa de 689 kPa a 4136 kPa (100 a 600 psig), produzindo um produto de hidropirólise compreendendo carvão e vapores;

b) separar o referido carvão a partir do referido produto de hidropirólise, produzindo um produto de hidropirólise de carvão reduzido;

c) hidroconverter o referido produto de hidropirólise de carvão reduzido em uma cuba de reator de hidroconversão usando um catalisador de hidroconversão em uma temperatura de hidropirólise maior do que 800°F e uma pressão de pirólise na faixa de 689 kPa a 4136 kPa (100 a 600 psig), produzindo um produto de hidroconversão;

d) resfriar e introduzir o referido produto de hidroconversão em um reator de deslocamento água-gás, produzir um produto de deslocamento água-gás e separar água líquida condensada do referido produto de deslocamento água-gás para fornecer uma mistura gasosa compreendendo CO2, H₂ e metano, em que a referida mistura gasosa é isenta de carvão;

e) separar o referido CO₂, H₂ e metano, produzir uma corrente de CO₂, uma corrente de H₂ e uma corrente de produto de metano;

f) introduzir pelo menos uma primeira porção do referido produto de metano e da referida água líquida condensada em um reformador a vapor no qual a referida primeira porção da referida corrente de produto de metano é reformada, produzindo CO₂ reformador e H₂ reformador; e

g) introduzir pelo menos uma segunda porção da referida corrente de produto de metano em um reator de metanação, em que pelo menos uma porção do H₂reformador é introduzido em uma reator de metanação, reagindo com qualquer CO e/ou CO₂ remanescente em uma segunda porção da corrente de produto de metano e formando metano adicional, através do qual uma segunda porção da referida corrente de produto de metano é tornada adequada para um sistema de tubulação de

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2/4 gás natural, e em que a etapa a) de hidropirolizar e a etapa c) de hidroconverter são exotérmicas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que água a partir de uma fonte externa é introduzida no reformador a vapor para a reformação da referida primeira porção da referida corrente do produto de metano.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma primeira parte da referida primeira porção da referida corrente de produto de metano que é introduzida no reformador a vapor é introduzida em um combustor e queimada, assim, aquecendo uma segunda parte da referida primeira porção da referida corrente de produto de metano que é introduzida no reformador a vapor junto com a referida água líquida condensada, formando o referido CO2 reformador e o referido H₂ reformador.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porção do carvão separada do referido produto de hidropirólise é queimada em um forno, assim, aquecendo a referida primeira porção da referida corrente de produto de pirólise que é introduzida no reformador a vapor juntamente com a referida água líquida condensada, formando o referido CO2 reformador e o referido H₂reformador.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porção do referido carvão separada do referido produto de hidropirólise é queimada em uma câmara de combustão de uma caldeira a vapor para a produção de vapor a partir da referida água líquida condensada, cujo vapor é introduzido no reformador a vapor juntamente a referida primeria porção da referida corrente de produto de metano.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção do referido H₂ reformador é reciclada para a referida cuba de reator de hidropirólise para a referida hidropirolização da referida biomassa.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido catalisador de desoxigenação ou o referido catalisador de hidroconversão é um material de vidro-cerâmica.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de

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3/4 que a referida hidropirólise é realizada a uma velocidade espacial horária em peso em uma faixa de 0,2 a 10 gm de biomassa/gm de catalisador/hr.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida hidroconversão é realizada a uma velocidade espacial horária em peso em uma faixa de 0,2 a 3 gm de biomassa/gm de catalisador/hr.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referida cuba de reator de hidropirólise é um reator de leito fluidizado contendo um leito fluidizado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que um tempo de residência de gás na referida cuba de reator de hidropirólise é menor do que um minuto.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido carvão é removido a partir do referido reator de leito fluidizado substancialmente apenas a partir de cima do referido leito fluidizado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida cuba de reator de hidropirólise é um reator de leito fluidizado contendo um leito fluidizado e o referido carvão é removido do referido reator de leito fluidizado por separação do carvão energético empregando um processo inercial, eletrostático ou magnético.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido catalisador de desoxigenação é selecionado a partir do grupo que consiste em catalisadores de vidro-cerâmica cataiiticamente ativos de CoMo sulfitado, NiMo sulfitado, bauxita, e misturas e combinações dos mesmos.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um filtro de gás quente pré-aquecido por injeção de misturas ou adsorventes únicos selecionados é usado para remover impurezas selecionadas a partir de um gás que sai da cuba de reator de hidropirólise e da cuba do reator de hidroconversão.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida porção de H₂ reformador que é introduzida no referido reator de metanação é H₂ que é separado do referido CO₂ reformador através da utilização da adsorção por oscilação de pressão (PSA).

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato

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4/4 de que compreende ainda realizar uma reação de mudança do vapor de água nos gases do referido produto de hidroconversão.