BR112013008504B1 - Sistema e método para torrefação de biomassa - Google Patents

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Abstract

sistema e método para torrefação de biomassa. um sistema de torrefação de biomassa é provido, o qual enseja um processo de torrefação contínuo que envolve a introdução de partículas de biomassa a um tambor rotativo que possui uma atmosfera de baixo teor de oxigênio. as partículas são transportadas através do tambor por uma corrente de gás aquecido e desse modo simultaneamente submetidas à torrefação. o gás que sai do tambor é recirculado de volta para uma fonte de calor para reaquecer o gás antes de ele entrar novamente no tambor. um método de torrefação de biomassa também é fornecido.

Description

“SISTEMA E MÉTODO PARA TORREFAÇÃO DE BIOMASSA”
Referência cruzada ao pedido relacionado [001]Este pedido reivindica o benefício da data de depósito do pedido de patente provisório US n° 61/391.442 depositado em 8 de outubro de 2010 e do pedido de patente US n° 13/218.230 depositado em 25 de agosto de 2011, o conteúdo completo dos quais sendo aqui incorporados como referência para todos os propósitos.
Fundamentos da Invenção
Campo Técnico [002]Esta divulgação está relacionada a sistemas e métodos para a torrefação de biomassa, incluindo em particular, sistemas e métodos para torrefação de biomassa celulósica.
Descrição da Técnica Relacionada [003]A torrefação de partículas de biomassa é bem conhecida e é um processo em que as partículas de biomassa são aquecidas num ambiente de baixo oxigênio. Isto faz com que os compostos voláteis contidos nas partículas sejam removidos por fervura e a estrutura celular das partículas seja degradada, resultando em perda mássica parcial e um aumento na friabilidade. Ela também provoca uma reação dentro da estrutura celular restante que melhora a resistência do produto à umidade. As partículas submetidas à torrefação têm um valor de energia maior quando medido em termos de energia térmica por unidade de peso. O grau de torrefação das partículas de biomassa depende de vários fatores, incluindo o nível de calor aplicado, o período de tempo em que o calor é aplicado, e as condições do gás circundante (especialmente no que diz respeito ao nível de oxigênio).
[004]Os sistemas atuais se esforçam para controlar mecanicamente as variáveis de calor, tempo de residência e os níveis de oxigênio para a obtenção de partículas torradas consistentes. Mecanismos típicos destinados a realizar a torrefação de biomassa sob condições de baixo oxigênio usam meios mecânicos para condução das partículas (tais como tabuleiros ou parafusos rotativos) e aplicam calor às
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2/32 superfícies de condução para o transporte das partículas a serem submetidas à torrefação. Tais mecanismos sofrem de uma variedade de desvantagens, incluindo a de ficar difícil ou impossível fazer ampliação de escala quanto à capacidade. À medida que a demanda de biomassa torrada aumenta, a limitada capacidade dos mecanismos atuais se torna uma questão impeditiva do uso de tais biomassas. Consequentemente, os requerentes acreditam que métodos e sistemas aprimorados e capazes de produzir de forma eficiente partículas de biomassa torradas são desejáveis. Estes métodos e sistemas devem ser baseados nos princípios e conceitos que permitam o rigoroso controle de processo ao mesmo tempo em que se consigam grandes, de modo a atender à crescente demanda.
Breve Sumário da Invenção [005]Modalidades aqui descritas fornecem sistemas e métodos de torrefação de biomassa que são particularmente bem adaptados para a torrefação de partículas de biomassa (incluindo, em particular as partículas de biomassa celulósica) de vários tamanhos, de forma eficiente e consistente. Os sistemas e métodos são facilmente escalonáveis para atender a uma ampla variedade de necessidades industriais e fornecer aprimorado controle de processo no que diz respeito ao monitoramento e o ajuste dos parâmetros operacionais para otimizar ou modelar as características das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação.
[006]De acordo com uma modalidade, um sistema de torrefação de biomassa pode ser resumido como incluindo uma entrada para receber as partículas de biomassa, um reator tambor configurado para girar em torno do seu eixo longitudinal, o reator tambor que tem uma pluralidade de palhetas posicionadas em seu interior numa pluralidade de localizações ao longo do comprimento do reator tambor; uma fonte de calor situada a montante do reator tambor para aquecer o gás contido no sistema até uma temperatura suficiente para realizar a torrefação das partículas de biomassa durante operação; um dispositivo ventilador acoplado ao sistema para criar, quando o sistema está em operação, um fluxo de gás aquecido através do reator tambor para transportar de forma intermitente as partículas de biomassa ao longo do
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3/32 comprimento do reator tambor à medida que as partículas de biomassa são levantadas pelas palhetas e despejadas por meio da corrente de gás aquecido, à medida que o tambor gira; e dutos de gás acoplados a, pelo menos um de reator tambor, fonte de calor e dispositivo ventilador, para recircular uma parcela do gás que sai do reator tambor, de volta para a fonte de calor para reaquecer o gás para sua reintrodução no reator tambor.
[007]A corrente de gás aquecido aquece diretamente as partículas de biomassa uma vez que a corrente de gás transporta de forma intermitente as partículas de biomassa através do reator tambor. As palhetas levantadoras podem ser configuradas para regular o movimento das partículas de biomassa ao longo do reator tambor, de forma a influenciar o tempo de retenção das partículas de biomassa no interior do reator tambor. As palhetas levantadoras podem incluir palhetas espaçadas ao redor de uma circunferência interna do reator tambor em intervalos regulares ou irregulares e, em pelo menos três locais ao longo do comprimento longitudinal do reator tambor. As palhetas de elevação interagem com o fluxo de gás aquecido para classificar as partículas de biomassa de acordo com a densidade e/ou tamanho das partículas, mediante movimentar as partículas relativamente mais densas com respeito às partículas de tamanhos similares e partículas relativamente maiores com respeito às partículas possuindo densidades similares, de forma mais lenta ao longo do reator tambor.
O sistema de torrefação de biomassa pode ainda incluir uma tremonha localizada a jusante do reator tambor para coletar as partículas de biomassa submetidas à torrefação que saem do reator tambor e para descarregar do sistema as partículas de biomassa submetidas à torrefação. O sistema pode incluir ainda dutos para dispersar o gás de exaustão do sistema, com escape a partir do sistema, com as válvulas de controle e amortecedores, as válvulas de controle e amortecedores posicionadas para regular um nível de pressão no interior do sistema de forma a inibir a infiltração de oxigênio ao mesmo tempo em que permitem que os gases da exaustão deixem o sistema. O conjunto de dutos pode direcionar o gás de exaustão do sistema para um dispositivo remoto para uso do gás de exaustão em um processo auxiliar ou suplementar. O dispositivo remoto pode ser, por exemplo, um queimador con
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4/32 figurado para utilizar os gases de exaustão para o fornecimento de calor através de um trocador de calor para o gás que passa através do reator tambor durante a operação.
[008]O sistema pode ainda incluir, pelo menos, uma câmara hermética situada entre a entrada e o reator tambor para limitar a quantidade de oxigênio que entra no sistema, quando do recebimento das partículas de biomassa. O sistema pode ainda incluir, pelo menos, um mecanismo de vedação entre o reator tambor e as estruturas adjacentes, o mecanismo de vedação, incluindo uma câmara hermética entre o reator tambor e um ambiente externo e o mecanismo de vedação acoplado a uma fonte de gás inerte ou semi-inerte para a purga seletiva da câmara hermética durante a operação de partida ou de parada.
[009]A fonte de calor para o sistema pode ser um aquecedor elétrico de dutos do tipo imersão, trocador de calor do tipo gás-gás, um queimador de baixo oxigênio ou outras fontes de calor convencionais, tais como, por exemplo, um queimador de resíduos de madeira ou outros, que é configurado para fornecer calor de forma indireta para a corrente de gás no sistema de torrefação da biomassa.
[0010]O sistema de torrefação de biomassa pode incluir ainda uma unidade de vapor acoplada ao reator tambor para introdução de vapor no reator tambor e contribuir para a torrefação das partículas de biomassa. A usina de vapor também pode fornecer segurança suavizando e resfriando as funcionalidades da corrente para melhorar a segurança operacional.
[0011]O sistema de torrefação de biomassa pode ainda incluir um sistema de controle configurado para seletivamente ajustar a velocidade do dispositivo ventilador para regular a velocidade e o volume de gás através do sistema. O sistema de controle pode também ser configurado para seletivamente ajustar a velocidade de rotação do reator tambor para regular um tempo de residência das partículas de biomassa no reator tambor. O sistema de controle pode também ser configurado para seletivamente ajustar a temperatura do fluxo de gás através do sistema. O sistema de controle pode ser configurado para seletivamente ajustar parâmetros do fluxo de gás através do sistema, incluindo o volume, velocidade e/ou pressão. O sistema de
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5/32 controle pode também ser configurado para controlar de forma independente de uma pluralidade de parâmetros operacionais para regular um processo de torrefação das partículas de biomassa, os parâmetros operacionais incluindo pelo menos um dentre, a temperatura de entrada do reator, a temperatura de saída do reator, tempo de residência médio, o teor de oxigênio da corrente de gás aquecido e características do fluxo de gás. O sistema de controle pode ser configurado para ajustar de forma contínua ou intermitente, pelo menos alguns dos parâmetros operacionais durante o funcionamento para otimizar o processo de torrefação ou adaptar as características das partículas de biomassa submetidas à torrefação resultantes.
[0012]De acordo com uma modalidade, um método de torrefação de biomassa pode ser resumido como incluindo um reator tambor giratório, o reator tambor possuindo uma pluralidade de palhetas posicionadas em seu interior em várias posições ao longo de toda a extensão longitudinal do reator tambor; geração de uma corrente de gás aquecido através do reator tambor, suficiente para transportar as partículas de biomassa de forma intermitente ao longo do comprimento do reator tambor, e, simultaneamente, realizar a torrefação das partículas de biomassa à medida que as partículas de biomassa são levantadas pelas palhetas e despejadas através da corrente de gás aquecido enquanto o reator tambor gira; e recircular uma parcela do gás que sai do reator tambor de volta para a entrada do reator tambor por meio de um ou mais dutos de gás.
[0013]O método pode ainda incluir variar seletivamente pelo menos alguns de uma pluralidade de parâmetros operacionais para modelar as características das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação, os parâmetros operacionais, incluindo pelo menos um de, uma velocidade da corrente de gás aquecido que atravessa o reator tambor, uma vazão da corrente de gás aquecido através do reator tambor, a temperatura da corrente de gás aquecido através do reator, um nível de pressão no interior do reator tambor, uma velocidade de rotação do reator tambor, o teor de oxigênio da corrente de gás aquecido, um teor de umidade das partículas de biomassa e uma taxa de introdução das partículas de biomassa no rea
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6/32 tor tambor. O método pode ainda incluir variar seletivamente o tempo de residência das partículas de biomassa no reator tambor. O método pode ainda incluir o ajuste da pluralidade de palhetas dentro do reator tambor em relação ao posicionamento e/ou densidade para regular o tempo de retenção das partículas de biomassa no interior do reator tambor. O método pode ainda incluir a passagem das partículas de biomassa através do reator tambor a diferentes velocidades de acordo com a densidade e/ou tamanho das partículas. O método pode ainda incluir o descarregamento das partículas de biomassa submetidas à torrefação ao mesmo tempo em que prevenindo substancialmente a infiltração de oxigênio no reator tambor. O método pode ainda incluir o estabelecimento de um nível de pressão no interior do reator tambor para inibir a infiltração de oxigênio no reator tambor. O método pode ainda incluir encaminhamento dos gases de exaustão para um dispositivo distante do reator tambor para o uso do gás de exaustão em um processo auxiliar ou suplementar, tal como, por exemplo, o uso como um combustível para um queimador remoto.
[0014]O método pode ainda incluir a vedação do reator tambor relativamente ao ambiente externo e seletivamente purgar uma ou mais vedações de ar adjacentes às interfaces de vedação do reator tambor com gás inerte ou semi-inerte. O método pode ainda incluir a passagem de partículas de biomassa através do reator tambor numa vazão de entre cerca de 1-50 toneladas por hora, as partículas de biomassa possuindo uma densidade de energia de pelo menos 20 gigajoules/ton (GJ/t) depois de terem sido submetidas à torrefação dentro do reator tambor.
[0015]O método pode ainda incluir a secagem das partículas de biomassa em um sistema secador do tipo rotativo, do tipo transportador, ou outro tipo de sistema secador antes da introdução no reator tambor. A secagem das partículas de biomassa no sistema rotativo tipo secador antes da introdução no reator tambor pode incluir a secagem das partículas de biomassa para ter um teor de umidade médio abaixo de 20 por cento de conteúdo de umidade, em base peso úmido.
[0016]O método pode ainda incluir o estabelecimento da corrente de gás aquecido de tal modo que uma temperatura de entrada da corrente de gás aquecido que
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7/32 entra no reator tambor é de pelo menos 260°C (500°F) de tal modo que uma temperatura de saída da corrente de gás aquecido que sai do reator tambor é de pelo menos 205°C (400°F). O método pode ainda incluir a descarga das partículas de biomassa submetidas à torrefação após uma única passagem das partículas de biomassa através do reator tambor, os tamanhos de partícula das partículas de biomassa submetidas à torrefação descarregadas variando em pelo menos 10% enquanto que a densidade de energia e as características de umidade das partículas de biomassa submetidas à torrefação ficam relativamente consistentes independentemente do tamanho de partícula. O método pode ainda incluir a introdução das partículas de biomassa no reator tambor, as partículas de biomassa com um tamanho médio de cerca de 1,02 cm3 (1/16 de polegada cúbica) até cerca de 16,39 cm3 (1 polegada cúbica) quando da entrada. O método pode ainda incluir a ventilação do reator tambor quando numa condição de falha. O método pode ainda incluir a introdução de vapor de água para dentro do reator tambor para auxiliar na torrefação das partículas de biomassa. A introdução do vapor para dentro do reator tambor pode incluir a produção de vapor com uma caldeira (‘boiler’) que recebe calor proveniente de uma parcela do gás que sai do reator tambor.
[0017]Breve Descrição dos Desenhos [0018]A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de torrefação de biomassa de acordo com uma modalidade.
[0019]A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema integrado de processamento de biomassa de acordo com uma modalidade.
[0020]A Figura 3 é uma vista isométrica de um sistema de torrefação de biomassa de acordo com outra modalidade.
[0021]A Figura 4 é uma vista isométrica posterior do sistema de torrefação de biomassa da Figura 3.
[0022]A Figura 5 é uma vista lateral em elevação do sistema de torrefação de biomassa da Figura 3.
[0023]A Figura 6 é uma vista em plano de topo do sistema de torrefação de biPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 17/62
8/32 omassa da Figura 3.
[0024]A Figura 7 é uma vista lateral em elevação de um reator tambor e componentes adjacentes do sistema de torrefação de biomassa da Figura 3.
[0025]A Figura 8 é uma vista em corte transversal do reator tambor da Figura 7, tomada ao longo da linha 8-8.
[0026]A Figura 9 é uma vista lateral em elevação de uma montagem de vedação, de acordo com uma modalidade, que é utilizável com o sistema de torrefação de biomassa da Figura 3.
[0027]A Figura 10 é uma vista ampliada de detalhe de uma porção da montagem de vedação da Figura 9.
[0028]A Figura 11 é uma vista em corte transversal da montagem de vedação da Figura 9, tomada ao longo da linha 11-11 da Figura 10.
Descrição Detalhada da Invenção [0029]Na descrição apresentada adiante, alguns pormenores específicos são apresentados de modo a proporcionar uma compreensão completa acerca das várias modalidades descritas. No entanto, aquele usualmente versado na técnica pertinente irá reconhecer que modalidades podem ser praticadas sem um ou mais desses detalhes específicos. Em outros casos, estruturas ou etapas bem conhecidas associadas com equipamento de processo industrial e processos industriais podem não estar mostrados ou descritos em detalhes, com a finalidade de não confundir desnecessariamente as descrições das modalidades. Por exemplo, será apreciado por aqueles usualmente versados na técnica pertinente que diversos sensores (por exemplo, sensores de temperatura, sensores de oxigênio, etc.), dispositivos de controle e outros controles de processo industrial podem ser providos e gerenciados por meio de um controlador de lógica programável (PLC) ou outro sistema adequado de controle para monitorar os sistemas de torrefação de biomassa aqui descritos e controlar os parâmetros operacionais dos processos de torrefação para otimizar ou modelar as características das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação.
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9/32 [0030]A menos que o contexto exija de outro modo, ao longo da especificação e das reivindicações apresentadas a seguir, a palavra compreende e suas variações, tais como, compreender e compreendendo devem ser interpretadas num sentido aberto, inclusivo, isto é, como incluindo, mas não se limitando a”.
[0031]No transcurso dessa especificação, referência a “uma modalidade” ou “modalidade” significa que um particular aspecto, estrutura ou característica que se descreva em conjunto com a modalidade se inclui em pelo menos uma modalidade. Assim, os surgimentos de frases do tipo “em uma modalidade” ou “numa modalidade” no transcurso dessa especificação não estão necessariamente todas referindo à mesma modalidade. Além disso, particulares aspectos, estruturas ou características podem se combinar de qualquer modo adequado em uma ou mais modalidades.
[0032]Tal como utilizado nesta especificação e nas reivindicações anexas, as formas singulares um, uma, e o incluem os plurais referentes, a menos que de outro modo estabelecido. Deve ser também notado que o termo “ou” é geralmente empregado em seu sentido incluindo e/ou a menos que o conteúdo dite claramente de outra forma.
[0033]A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de torrefação de biomassa 10 de acordo com uma modalidade representativa. O sistema 10 inclui um reator tambor 12 que é suportado de modo a girar o seu eixo longitudinal
16. O sistema 10 inclui ainda uma entrada 22 para receber as partículas de biomassa que devem ser processadas, tal como representado pela seta marcada 24. Uma câmara hermética ou vedação dupla de ar 26 com opcional purga de gás inerte ou semi-inerte 27 ou dispositivo semelhante, está acoplada à entrada 22 para impedir substancialmente a entrada de oxigênio no sistema 10. As partículas de biomassa são alimentadas ao sistema 10. As partículas de biomassa podem ser alimentadas para a entrada 22 através de um transportador ou outro mecanismo convencional de transporte de material. Numa modalidade, um transportador de alimentação a parafuso pode ser usado em lugar da(s) vedação(s) de ar para criar um tampão de material que atua como uma vedação quando da passagem das partículas de biomassa
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10/32 através da entrada 22.
[0034]O sistema 10 inclui ainda uma fonte de calor 30 disposta a montante do reator tambor 12 para o fornecimento de calor a uma corrente de gás 34 que é gerada dentro do sistema 10 por meio de um dispositivo ventilador 32, o qual pode ser, por exemplo, um dispositivo ventilador de tiragem induzida, ou um dispositivo ventilador de tiragem forçada. O dispositivo ventilador 32 é acionado para puxar ou forçar o gás através do reator tambor 12 e fazer circular o gás (ou uma parte substancial do gás) de volta para a fonte de calor 30 para ser reaquecido e fornecido ao reator tambor 12 de uma maneira recirculante. Em algumas modalidades, 80 por cento ou mais do volume de gás que sai do reator tambor 12 pode ser recirculado para a entrada do reator tambor 12. Em algumas modalidades, 90 por cento ou mais do volume de gás que sai do reator tambor 12 é recirculado para a entrada do reator tambor 12. Em algumas modalidades, de noventa e cinco por cento ou mais do volume de gás que sai do reator tambor 12 é recirculado para a entrada do reator tambor 12.
[0035]Durante a operação, a corrente de gás 34 atua como um fluido térmico para carrear a energia térmica para as partículas de biomassa contidas dentro do reator tambor 12 e fornecer impulso para o transporte das partículas de biomassa. A corrente de gás pode também aquecer a estrutura interna do tambor 12, em especial as palhetas levantadoras, as quais podem também por sua vez aquecer as partículas de biomassa. Os dutos de gás 36 são apropriadamente dimensionados e acoplados pelo menos a, o reator tambor 12, fonte de calor 30 e dispositivo ventilador 32 para recircular a corrente de gás 34 no sistema 10. Em algumas modalidades, uma porção predominante ou toda a quantidade de gás que entra no reator tambor 12 é recirculada de volta para a entrada do reator tambor 12 de uma maneira contínua enquanto que uma quantidade do gás gerado pela torrefação das partículas de biomassa é expelida ou de outro modo encaminhada externamente ao sistema 10. Em algumas modalidades, não é abastecido gás novo (exceto para vazamento indesejado) à corrente de gás recirculante 34 durante a operação.
[0036]Na modalidade ilustrada, a fonte de calor 30 está na forma de um troca
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11/32 dor de calor do tipo gás-gás 60. Uma corrente de gás quente 35, na faixa de cerca de 427°C (800 °F) até cerca de 760°C (1400°F), por exemplo, é fornecida ao trocador de calor 60 através de um duto de entrada 62, tal como representado pela seta marcada 64. A corrente de gás quente 35 interage com a corrente de gás de recirculação 34 do sistema de torrefação 10 para transferir calor ao mesmo. Em algumas modalidades, o trocador de calor 60 está configurado para elevar a temperatura de entrada da corrente do gás de torrefação 34 contido no trocador de calor 60 de a partir de cerca de 260°C ± 37°C (500°F ± 100°F) até uma temperatura de saída de cerca de 371°C ± 65°C (371°C ± 65°C (700°F ± 150°F)). Em assim fazendo, a temperatura da outra corrente isolada de gás 35 no trocador de calor 60 é necessariamente rebaixada antes de sair do trocador de calor 60 através de um duto de saída 66. A temperatura da outra corrente isolada de gás 35, todavia, está ainda insuficientemente quente para ser útil nos demais processos; tais como, por exemplo, secagem das partículas de biomassa antes da entrada delas no sistema de torrefação de biomassa 10. Por conseguinte, em algumas modalidades, a corrente de gás 35 descarregada a partir do trocador de calor 60 através do duto de saída 66 pode ser encaminhada para um sistema secador 70 (Fig. 2), ou outro dispositivo, tal como representado pela seta marcada 68. Em algumas modalidades, a corrente de gás 35 descarregada pode ser encaminhada de volta para a entrada do trocador de calor 60 e misturada com outro gás aquecido que possui uma temperatura maior; tal como, por exemplo, um queimador remoto, para regular a temperatura de entrada do trocador de calor 60 até um nível desejável ou para situar numa desejada faixa de temperatura.
[0037]Embora a modalidade ilustrada da fonte de calor 30 da Figura 1 seja mostrada como um trocador de calor 60 do tipo gás-gás é entendido que outras variadas fontes de calor 30 podem ser providas. Por exemplo, em algumas modalidades, uma fonte de calor elétrica do tio imersão pode ser provida no trajeto da corrente de gás 34 do sistema de torrefação de biomassa 10. Noutras modalidades, queimadores de baixo teor de oxigênio podem ser direcionados diretamente para dentro
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12/32 do sistema 10 para aquecer o fluxo de gás 34, sem aumentar significativamente o nível de oxigênio dentro do sistema 10. Independentemente da fonte de calor 30, no entanto, é vantajoso isolar a corrente de gás 34 numa forma recirculante para facilitar a manutenção de um ambiente com baixo nível de oxigênio dentro do reator tambor 12 que seja conducente para a torrefação das partículas de biomassa.
[0038]Na extremidade de jusante do reator tambor 12, é proporcionada uma tremonha de separação 38 para a coleta das partículas de biomassa submetidas à torrefação (por exemplo, aparas de madeiras submetidas à torrefação, bagaço de cana submetido à torrefação, outras biomassas celulósicas submetidas à torrefação) à medida que as partículas deixam o reator tambor 12. Estas partículas são então, alimentadas mecanicamente e/ou sob a força da gravidade para uma saída 40, para coleta. Um ou mais dispositivos de câmara hermética 42 são acoplados à saída 40 para substancialmente impedir a infiltração de oxigênio no sistema 10, à medida que as partículas submetidas à torrefação são retiradas do sistema 10. As partículas menores (por exemplo, finos de madeira submetidos à torrefação, finos de bagaço de cana submetidos à torrefação, ou outras biomassas celulósicas submetidas à torrefação) que possam passar através da tremonha separadora 38 podem ser filtradas e removidas da corrente de gás 34 por um dispositivo de filtragem 44, como, por exemplo, um dispositivo de filtragem do tipo ciclone. Um ou mais dispositivos de câmara hermética adicionais 46 podem ser acoplados a uma saída secundária 48 para a remoção do material filtrado proveniente do sistema 10 sem introduzir significativas quantidades de oxigênio para dentro do sistema 10. Em algumas modalidades, uma câmara ou espaço entre um par de vedações de ar 42, 46 sequencialmente alinhados pode ser acoplada a uma fonte de gás inerte ou semi-inerte para purga seletiva da câmara ou espaço; tal como representado pelas setas marcadas 43, 47 (Figura 2). Em algumas modalidades, o sistema de torrefação 10 pode incluir um dispositivo de filtragem do tipo ciclone em lugar de uma tremonha 38 para separar e/ou filtrar da corrente de gás 34, as partículas de biomassa submetidas à torrefação. Em algumas modalidades, o sistema de torrefação 10 pode incluir um ou mais dispositivos pneu
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13/32 máticos de descarga (não mostrado) para descarregar do sistema de torrefação 10, as partículas de biomassa submetidas à torrefação 10.
[0039]Como anteriormente descrito, a corrente de gás 34 é extraída ou forçada através do reator tambor 12 e retornada para a fonte de calor 30 (depois da separação das partículas submetidas à torrefação, lascas, finos, poeiras e/ou de quaisquer detritos), sob a influência do dispositivo ventilador 32. Enquanto que a maioria substancial do gás é recirculada, algum gás pode ser desviado para a tubagem de exaustão 50. Os gases expelidos através da tubagem de exaustão 50 podem ser usados em qualquer parte no processo ou em outro processo, como representado pela seta marcada 52. Por exemplo, o gás de exaustão pode ser utilizado como combustível para gerar calor, para auxiliar a fonte de calor 30 no aumento da temperatura da corrente de gás 34. A tubagem de exaustão 50 pode incluir um amortecedor de posicionamento variável 54 que pode ser usado para equilibrar a pressão no interior do reator tambor 12 desde ligeiramente negativa até ligeiramente positiva. Dependendo do ajuste, isso pode ser usado para inibir a entrada de oxigênio no sistema 10.
[0040]A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de um sistema integrado de processamento de biomassa 11 de acordo com uma modalidade representativa. O sistema integrado de processamento de biomassa 11 inclui, entre outras coisas, o sistema de torrefação de biomassa 10 descrito acima e um sistema secador 70, o qual está configurado para secar as partículas de biomassa antes da introdução no sistema de torrefação 10. Em algumas modalidades, o sistema de torrefação de biomassa 10 é configurado para receber as partículas de biomassa com um teor de umidade reduzido para 20% abaixo do teor de umidade, em base peso úmido, pelo sistema secador 70. Em algumas modalidades, as partículas de biomassa podem ser aparas de madeira com um tamanho médio de partícula entre cerca de 1,02 cm3 (1/16 de polegada cúbica) até cerca de 16,39 cm3 (1 polegada cúbica) e possuindo um teor de umidade inicial acima de 40% em base peso úmido. Em algumas modalidades, as partículas de biomassa podem ter um tamanho substancialmente consistente (diferença menor que 10%), e em outras modalidades, o tamanho das partícuPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 23/62
14/32 las pode variar entre 10%, 20%, 30% ou mais.
[0041]De acordo com a modalidade ilustrada da Figura 2, o sistema secador 70 inclui um tambor rotativo 71 que é suportado de modo a poder girar em torno do seu eixo longitudinal 72. O sistema secador 70 também inclui uma entrada 74 para receber partículas de biomassa que devem ser processadas; tal como representado pela seta marcada 75. As partículas de biomassa podem ser alimentadas para a entrada 74 através de um transportador ou de outro mecanismo convencional de transporte de material.
[0042]O sistema secador 70 é acoplado a um queimador 76 que está configurado para alimentar um fluxo de gás aquecido por meio da tubagem 77 através do tambor rotativo 71 e carrear de forma intermitente as partículas de biomassa através do tambor 71, à medida que ele gira. A corrente de gás aquecido simultaneamente seca as partículas de biomassa à medida que a corrente impulsiona as partículas através do tambor rotativo 71. O queimador 76 pode ser configurado para queimar cascas e árvores, combustíveis sujos ou outros tipos de combustíveis para aquecer a corrente de gás alimentada ao sistema secador 70. A corrente de gás que entra ao sistema secador 70 também pode ser suplementada ou misturada com outras correntes de gás do sistema integrado de processamento de biomassa 11, como descrito mais detalhadamente adiante.
[0043]Na extremidade de jusante do tambor rotativo 71, está provida uma tremonha separadora 78, para coletar as partículas de biomassa secas (por exemplo, aparas de madeira, aparas secas de cana secas gigantes, outra biomassa celulósica seca) à medida que as partículas saem do tambor rotativo 71. Estas partículas são, então, alimentadas mecanicamente e/ou sob a força da gravidade a uma saída 79 para coleta, para posterior utilização ou compactação. Partículas menores e poeira (por exemplo, finos de madeira seca, finos de cana seca, outra biomassa celulósica seca), que possam passar através da tremonha separadora 78 são filtradas e removidas da corrente de gás através de um dispositivo de filtragem 80, como, por exemplo, um dispositivo de filtragem do tipo ciclone. Estas partículas são alimentadas a
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15/32 uma saída secundária 81 para utilização subsequente ou compactação. Em algumas modalidades, o sistema secador 70 pode incluir um dispositivo de filtragem do tipo ciclone em lugar de uma tremonha 78 para separar e/ou filtrar da corrente de gás as partículas de biomassa secas. Em algumas modalidades, o sistema secador 70 pode incluir um ou mais dispositivos pneumáticos de descarga (não mostrado) para descarregar do sistema de secador 70, as partículas de biomassa seca.
[0044]Um dispositivo ventilador 92 pode ser fornecido para puxar ou forçar a corrente de gás através do tambor rotativo 71 e encaminhar o gás de exaustão proveniente do tambor rotativo 71 para o equipamento de controle de emissões ambientais 82 para processar a exaustão do sistema secador 70 antes da liberação para o ambiente, ou para outros sistemas, como representado pela seta marcada 83. Como um exemplo, o equipamento de controle de emissões 82 pode incluir um precipitador eletrostático a úmido (WESP) para facilitar a remoção de partículas sólidas de tamanho submícron e gotículas de líquidos provenientes da corrente do gás de exaustão. O equipamento de controle de emissões 82 pode ainda incluir um oxidante termorregenerativo (RTO) para destruir compostos orgânicos voláteis (VOCs) e tóxicos ao ambiente que possam estar presentes no gás de exaustão. Em algumas modalidades, um RTO pode ser fornecido o qual utiliza gás natural para o aquecimento dos gases de exaustão até cerca de 815°C (1500°F), onde os VOCs são oxidados. Em outras modalidades, os gases extraídos da torrefação podem ser usados para aquecimento do RTO o que pode reduzir significativamente os custos operacionais do RTO uma vez que o gás natural constitui de outro modo um custo significativo na operação de tal equipamento.
[0045]Pelo menos uma parcela da exaustão proveniente do sistema secador 70 pode ser encaminhada ou reciclada de volta para a entrada 74 do tambor rotativo 71 e combinada com a corrente de gás quente proveniente do queimador 76 para secar as partículas de biomassa, que são continuamente alimentadas no tambor rotativo 71, tal como representado pelas setas marcadas 84. Gases adicionais provenientes da saída do trocador de calor 60 do sistema de torrefação 10 também podem ser
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16/32 combinados com os gases de exaustão provenientes do sistema secador 70 para limpeza antes da descarga para o meio ambiente e/ou para a introdução de volta ao sistema secador 70, tal como representado pelas setas marcadas 85.
[0046]De acordo com a modalidade ilustrada da Figura 2, as partículas de biomassa seca (por exemplo, aparas de madeira secas e finos) podem ser encaminhadas para outro local para posterior processamento, armazenamento ou compactação das partículas de biomassa seca como um produto individual, como representado pela seta marcada 86. Uma parcela ou a quantidade completa das partículas de biomassa seca pode ser encaminhada para o sistema de torrefação 10 para processamento posterior, tal como indicado pela seta marcada 87.
[0047]Como pode ser percebido a partir da Figura 2, as partículas de biomassa seca geradas através do sistema secador 70 podem servir como material de entrada para o sistema de torrefação 10. Em algumas modalidades, as partículas de biomassa seca podem ter um teor de umidade médio abaixo de 20%, em base peso úmido, quando entrar no sistema de torrefação 10. Noutras modalidades, o teor médio de umidade das partículas de biomassa seca pode estar entre cerca de 5%, em base peso úmido, e um teor de umidade de cerca de 15%, em base peso úmido. Em ainda ouras modalidades, o teor médio de umidade das partículas de biomassa seca pode ser maior que um teor de umidade de 20%, em base peso úmido.
[0048]Embora o sistema secador 70 seja ilustrado como um sistema secador do tipo tambor rotativo, tal como aquele projetado e comercializado por Teal Sales Incorporated, os signatários do presente pedido, é de notar que outros sistemas secadores podem ser usados em conjunto com modalidades da presente invenção, incluindo, por exemplo, fornos possuindo mecanismos de transporte do tipo parafuso ou do tipo leito transportador. Por conseguinte, modalidades dos sistemas de processamento de biomassa aqui descritos não ficam limitados aos específicos sistemas secadores ilustrados, mas podem incorporar uma ampla faixa de sistemas secadores convencionais.
[0049]Ainda com referência à Figura 2, a fonte de calor 30 é mostrada como um
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17/32 trocador de calor do tipo gás-gás 60 que está configurado para receber uma corrente de gás quente proveniente do queimador 76, tal como indicado pela seta marcada 88. A corrente de gás quente que entra no trocador de calor 60 pode ser misturada com gases provenientes de uma saída do trocador de calor 60, tal como representado pelas setas marcadas 90, para regular a temperatura de entrada da corrente de gás aquecido que entra no trocador de calor 60. Em algumas modalidades, a temperatura de entrada da corrente de gás que entra no trocador de calor pode situar-se entre cerca de 315°C (600°F) e cerca de 760°C (1400°F), e em algumas modalidades, a temperatura de entrada da corrente de gás que entra no trocador de calor 60 pode estar compreendida entre cerca de 427°C (800°F) e cerca de 538°C (1000°F). A recirculação de fluxo de gás do sistema de torrefação 10 passa através do trocador de calor 60 e é aquecida, de acordo com algumas modalidades, a uma temperatura de entrada do reator tambor de, pelo menos, 260°C (500°F). Depois de passar através do reator tambor 12, a corrente de gás aquecido tem uma temperatura de saída do reator tambor de, pelo menos, 205°C (400°F). Em consequência, as partículas de biomassa, que são passadas através do reator tambor de torrefação 12 durante a operação, são diretamente submetidas a uma corrente de gás aquecido a uma temperatura de pelo menos 205°C (400°F) ao longo de todo o comprimento do reator tambor 12. Em algumas modalidades, a temperatura de entrada do reator tambor é de cerca de 371°C ± 65°C (371°C ± 65°C (700°F ± 150°F)) e a temperatura de saída do reator tambor é de cerca de 260°C ± 37°C (500°F ± 100°F). As temperaturas de entrada do reator tambor e de saída do reator tambor da corrente de gás aquecido podem ser monitoradas com sensores de temperatura apropriados e controladas por meio de um circuito de controle genérico ou em cascata, para manter o gradiente de temperatura ao longo do reator a um nível desejado durante a operação.
[0050]Os gases de exaustão a partir do processo de torrefação, que incluem compostos hidrocarbonetos separados das partículas de biomassa por fervura, vapor d'água e qualquer ar ambiente que vaze para dentro do sistema podem ser enPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 27/62
18/32 caminhados, de acordo com algumas modalidades, para o queimador 76 para a combustão, como indicado pela seta marcada 91. Desta maneira, a energia contida nos gases de exaustão pode ser utilizada para aquecer um meio de transferência térmica para uso no trocador de calor 60 para manter a corrente de gás aquecido 34 a fluir através do reator tambor 12 a uma desejada temperatura de entrada elevada. Novamente, em algumas modalidades, a temperatura de entrada do reator tambor pode ser de cerca de a do reator tambor pode ser de cerca de 371 °C ± 65°C (700°F ± 150°F) e a temperatura de saída do reator tambor pode ser de cerca de 260°C ± 37°C (500°F ± 100°F). O gradiente de temperatura do reator tambor pode ser controlado através de um circuito de controle em cascata que define a temperatura de entrada do reator tambor. A temperatura de entrada do reator tambor pode ser controlada, por exemplo, variando a quantidade de gás aquecido alimentado ao trocador de calor 60 proveniente do queimador 76. Em algumas modalidades, o queimador 76 pode ser configurado para queimar cascas e árvores, combustíveis sujos ou outros tipos de combustíveis para aquecer a corrente de gás 35 alimentada através do trocador de calor 60. Novamente o aquecimento dessa corrente de gás 35 pode ser suplementado com a combustão dos gases de exaustão provenientes do sistema de torrefação 10, tal como representado pela seta marcada 91.
[0051]As figuras 3 a 8 ilustram um sistema de torrefação de biomassa 110 de acordo com outra modalidade representativa similar aos sistemas de torrefação de biomassa10 descrita anteriormente, mas com outros detalhes estruturais e um diferente exemplo de fonte de calor 130. O sistema 110 inclui um reator tambor 112 que é suportado sobre uma armação estrutural 114 para girar em torno de um eixo de rotação horizontal 116. O reator tambor 112 é acionado por um motor acionador 118, que pode ser eletricamente acoplado a um sistema de controle para seletivamente controlar a rotação do reator tambor 112 e, opcionalmente ajustar a sua velocidade. O sistema de controle inclui um painel de controle 120 com controles apropriados (disjuntores, mostradores, medidores, etc.) para seletivamente controlar e monitorar o sistema 110. Outros medidores e controles (por exemplo, sensores, válvulas, etc.)
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19/32 podem ser localizados remotamente e acoplados a componentes específicos do sistema para efeitos de monitoramento e controle.
[0052]O sistema 110 inclui ainda uma entrada 122, na forma de umaa tremonha para o recebimento das partículas de biomassa a serem processadas, como representado pela seta marcada 124. Uma câmara hermética ou vedação dupla de ar 126 com purga de gás inerte ou semi-inerte ou dispositivo similar está acoplado à entrada 122 para substancialmente impedir a entrada de oxigênio no sistema 110, quando as partículas de biomassa são introduzidas. As partículas de biomassa podem ser alimentadas à entrada 122 através de um transportador ou outro mecanismo convencional de transporte de material. A vazão de introdução das partículas de biomassa pode ser monitorada e controlada para otimizar ou modelar as características das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação. Escadas 128 ou outros dispositivos de acesso podem ser providos para que um usuário tenha acesso à entrada 122 e a outros componentes do sistema 110 para manutenção, monitoramento e outros fins.
[0053]O sistema 110 também inclui uma fonte de calor 130 disposta a montante do reator tambor 112 para o fornecimento de calor a uma corrente de gás que é gerada no sistema 110 por meio de um dispositivo ventilador 132, o qual pode ser, por exemplo, um dispositivo ventilador de tiragem induzida ou um dispositivo ventilador de tiragem forçada. O dispositivo ventilador 132 é acionado por um motor acionador 134 para puxar ou forçar o gás através do reator tambor 112 e circula-lo de volta para a fonte de calor 130 para ser reaquecido e fornecido ao reator tambor 112 de uma maneira recirculante. Os dutos de gás 136 são apropriadamente dimensionados e acoplados a pelo menos um de, o reator tambor 112, a fonte de calor 130 e o dispositivo ventilador 132, para esse propósito.
[0054]Na extremidade de jusante do reator tambor 112, é provida uma tremonha separadora 138 para separar da corrente de gás, as partículas de biomassa submetidas à torrefação, à medida que as partículas saem do reator tambor 112.
Estas partículas são, então, alimentadas mecanicamente e/ou sob a força da graviPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 29/62
20/32 dade, para uma saída 140 para coleta, para uso subsequente ou compactação. Um dispositivo do tipo câmara hermética 142 é acoplado à saída 140 para substancialmente impedir a infiltração de oxigênio no sistema 110, à medida que as partículas submetidas à torrefação são retiradas. As pequenas partículas e poeira e que possam passar através da tremonha separadora 138 são filtrados e removidos da corrente de gás através de um dispositivo de filtragem 144, tal como, por exemplo, um dispositivo de filtragem do tipo ciclone. Outro dispositivo do tipo câmara hermética 146 pode ser acoplado a uma saída secundária 148 para remover o material filtrado do sistema 110 sem introduzir quantidades significativas de oxigênio no sistema 110. Em algumas modalidades, o sistema 110 pode incluir um dispositivo de filtragem do tipo ciclone em lugar de uma tremonha 138 para separar e/ou filtrar da corrente de gás que passa através do reator tambor 112, as partículas de biomassa submetidas à torrefação. Em algumas modalidades, o sistema 110 pode incluir um ou mais dispositivos pneumáticos de descarga (não mostrado) para descarregar do sistema 110 as partículas de biomassa submetidas à torrefação.
[0055]Como descrito anteriormente, o fluxo de gás é puxado ou forçado através do reator tambor 112 e retornado para a fonte de calor 130 (depois da separação das partículas submetidas à torrefação, poeira e quaisquer detritos), sob a influência do dispositivo ventilador 132. Embora a maioria substancial do gás seja recirculada ao reator tambor 112, parte do gás é desviada para uma chaminé de exaustão 150. Os gases expelidos através da chaminé 150 podem ser recapturados para uso em qualquer outra parte do processo ou por outro processo, tal como, por exemplo, a utilização como combustível para gerar calor. A chaminé 150 pode incluir um amortecedor 152 de posição variável, que pode ser usado para equilibrar a pressão no interior do reator 112 desde ligeiramente negativa até ligeiramente positiva. Dependendo do ajuste, isto pode ser usado para inibir a entrada de oxigênio no sistema 110.
[0056]Detalhes adicionais do reator tambor 112 serão agora descritos com referência às Figuras 7 e 8. Como mostrado na modalidade ilustrada, o reator tambor
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112 é sustentado numa orientação horizontal sobre uma quantidade de roletes 160. Os roletes 160 fazem contato com o tambor 112 ao longo de trilhas de mancais 162 que são firmadas a uma circunferência do tambor 112. O diâmetro do tambor 112 pode ser de 0,9, 1,2, 1,5 m (3, 4, 5 pés) ou mais e pode ser configurado para receber e processar acima de 50 toneladas de partículas de biomassa submetida à torrefação por hora.
[0057]O motor de acionamento 118 está acoplado a uma correia ou corrente de acionamento 164 e controlado por meio do sistema de controle para seletivamente girar o tambor 112 a diferentes velocidades, tais como, por exemplo, cerca de 3 RPM ou mais ou menos. Vedações de alta precisão 166 são dispostas entre o tambor rotativo 112 e os componentes estáticos para prevenir a infiltração de oxigênio no sistema. Desta maneira, as vedações 166 e outras características do sistema são capazes de manter a corrente de gás a um nível consistente de baixo oxigênio através da criação de um recipiente substancialmente vedado.
[0058]Dentro do reator tambor 112 existe uma quantidade de palhetas levantadoras 170 circunferencialmente espaçadas em cada um de uma pluralidade de posições ao longo de um seu comprimento longitudinal. O adensamento das palhetas levantadoras 170 pode ser concebido para satisfazer às várias necessidades do sistema 110 e pode ser dependente de inúmeros fatores inter-relacionados, tais como, por exemplo, a velocidade de rotação do reator tambor 112, a vazão de material alimentado ao sistema 110, e a velocidade do dispositivo ventilador 132 ou a força da corrente de gás aquecido que passa através do reator tambor 112. As palhetas 170 são configuradas para levantar as partículas de biomassa, enquanto o reator tambor 112 gira na direção indicada pela seta 172 e, em seguida, direcionar e regar as partículas da biomassa na corrente de gás para serem intermitentemente carreadas ao longo do comprimento do reator tambor 112, predominantemente pela energia cinética da corrente de gás, e serem simultaneamente submetidas à torrefação. Isto é vantajoso na medida em que o mecanismo de transporte para as partículas de biomassa proporciona um meio altamente eficiente para a transferência de calor dire
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22/32 tamente para as partículas. Por conseguinte, grandes quantidades de partículas de biomassa podem ser processadas através de um sistema com reduzidas necessidades de energia. Além disso, o rendimento ou a vazão das partículas de biomassa submetidas à torrefação (toneladas/hora) pode ser relativamente maior, quando comparado com os sistemas convencionais de torrefação de tamanhos de modo geral comparáveis.
[0059]As partículas de biomassa permanecem no tambor 112, por um período de tempo sendo em seguida descarregadas na tremonha separadora 138 ou outro dispositivo de separação e encaminhadas na direção indicada pela seta marcada 174 para posterior manipulação. Uma parcela predominante ou substancial da corrente de gás é encaminhada na direção indicada pela seta marcada 176 e recirculada, aquecida e reintroduzida no reator tambor 112, conforme indicado pela seta marcada 178.
[0060]O sistema 110 permite, assim, um processo de torrefação contínuo que envolve a introdução de partículas de biomassa a um reator tambor rotativo 112 através de uma câmara ou câmaras herméticas 126 para manter um baixo nível de oxigênio no interior do sistema de torrefação 110 que é proveitoso para a torrefação das partículas de biomassa. As partículas são transportadas através do tambor 112 por meio da energia cinética de uma corrente de gás aquecido que é gerada pela criação de uma tiragem induzida ou tiragem forçada por meio de um dispositivo ventilador 132 conectado por um duto 136 à saída do tambor 112. Existe também uma fonte de calor 130 a montante do tambor 112, tal como, por exemplo, um aquecedor elétrico de dutos, do tipo imersão (Figura 3) ou um trocador de calor do tipo gás-gás (Figura 1). O dispositivo ventilador 132 puxa ou força o gás ao longo da extensão ou através da fonte de calor 130 e através do tambor 112. É benéfico para a viabilidade do processo, fazer recircular o gás que sai do tambor 112, de volta para a fonte de calor 130, para reaquecimento. É também benéfica para a viabilidade do processo, a capacidade da corrente de gás aquecido aquecer diretamente as partículas de biomassa em um ambiente de baixo teor de oxigênio enquanto o gás simultaneamente
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23/32 transporta as partículas de biomassa intermitentemente através do reator tambor 112, como já aqui discutido.
[0061]Existe naturalmente um certo fluxo de gás que é descarregado proveniente do sistema 110 (seja para o ambiente externo, ou a outro componente do processo relacionado ou não) que é substancialmente igual à soma dos gases que estão sendo removidos das partículas de biomassa devido ao aquecimento (incluindo a evaporação da água) e qualquer vazamento que possa entrar no sistema 110.
[0062]O interior do tambor 112 contém palhetas especializadas para controlar a distância entre o levantamento e a queda 170 que levantam e regam as partículas à medida que o tambor 112 roda, expondo assim as partículas à corrente de gás aquecido, provocando a evaporação da umidade contida nas partículas. À medida que as partículas são despejadas dentro do tambor 112 a movimentação do gás dentro do tambor 112 faz com que as partículas sejam transportadas para adiante. Geralmente leva um certo número de rotações do tambor 112, para proporcionar suficiente progresso no avanço das partículas até chegar à passagem, ao longo de toda a extensão do comprimento do tambor 112. O processo de rega e de condução dentro do tambor 112 também classifica as partículas. Partículas menores e mais leves passam através do tambor 112 mais rapidamente do que partículas maiores, mais pesadas. Isso permite que as partículas maiores permaneçam no tambor 112 por um tempo de residência maior e cria um produto final mais uniforme (isto é, partículas grandes e pequenas podem ser processadas juntas para terem características finais similares independentemente das diferenças na massa e volume). Por exemplo, em algumas modalidades, o tamanho de partícula pode variar dentro de uma particular corrida de partículas de biomassa submetidas à torrefação em 10, 20 ou 30 por cento ou mais, enquanto que a densidade de energia e as características de umidade das partículas são mantidas relativamente consistentes, independentemente do tamanho da partícula. Em algumas modalidades, as palhetas 170 podem ser projetadas para variar no que diz respeito à localização e/ou o adensamento das palhetas em modalidades diferentes, para influenciar o tempo de residência das parPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 33/62
24/32 tículas de biomassa no interior do reator tambor de 112.
[0063]Quando do uso do sistema 110 para fazer a torrefação das partículas de biomassa, a fonte de calor 130 é responsável pela adição de calor a um sistema de recirculação de gás dentro do sistema 110. A corrente de gás aquecido dentro desse sistema de recirculação de gás por sua vez aquece diretamente as partículas de biomassa à medida que são conduzidas através do sistema 110. Deste modo, a corrente de gás aquecido simultaneamente aquece diretamente e transporta as partículas de biomassa. Isto é vantajoso na medida em que o mecanismo de transporte para as partículas de biomassa proporciona um meio altamente eficiente para a transferência de calor diretamente para as partículas. Por conseguinte, grandes quantidades de partículas de biomassa podem ser processadas por um sistema com reduzidas exigências de energia. Além disso, o rendimento ou a vazão das partículas de biomassa submetidas à torrefação (toneladas/hora) pode ser relativamente maior, quando comparado aos sistemas convencionais de torrefação de tamanhos geralmente comparáveis. Isso permite que de forma vantajosa os sistemas aqui descritos sejam implementados, particularmente, de forma comercialmente viável.
[0064]Elementos da fonte de calor 130 pode fornecer o calor por meio de qualquer fonte de energia facilmente disponível. Em algumas modalidades, por exemplo, o calor pode ser aplicado diretamente ao fluxo de gás através de um elemento elétrico (por exemplo, aquecedor elétrico de dutos, do tipo imersão 130). Noutras modalidades, o calor pode ser fornecido à corrente de gás através de um trocador de calor do tipo gás-gás 60 (Figuras 1 e 2), acoplado a um sistema de combustão e/ou de dissipação de calor (por exemplo, o queimador 76 da Figura 1 e 2). Noutra modalidade, queimadores de baixo teor de oxigênio podem ser direcionados diretamente ao sistema 110 para aquecer a corrente de gás sem aumentar significativamente o nível de oxigênio dentro do sistema 110. Em algumas modalidades, o gás de exaustão que é descarregado da chaminé 150 pode ser usado como parte do combustível de aquecimento do processo. Independentemente da fonte de calor 130, muito pouco oxigênio adicional é adicionado ao sistema 110 ao longo da porção de aqueciPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 34/62
25/32 mento do processo.
[0065]Os sistemas e processos de torrefação são baseados no equilíbrio térmico e energético que equilibra a energia necessária com a vazão do processo, fonte de aquecimento e tempo de residência necessário. Modalidades dos sistemas e métodos de torrefação aqui descritos são particularmente bem adequados para manipular e controlar estes fatores e proporcionar sistemas e métodos que são facilmente escalonáveis para satisfazer às diversas necessidades da indústria.
[0066]Por exemplo, o tempo de residência das partículas no interior do tambor 112 pode ser controlado por variados fatores de projeto e de processo. Por exemplo, a velocidade e tamanho do dispositivo ventilador 132 podem ser selecionados para ajustar a velocidade da circulação do gás aquecido, dentro do tambor 112. Além disso, a velocidade e o volume da corrente de gás aquecido podem ser também ajustados por um amortecedor na entrada do ventilador do dispositivo ventilador 132. Como outro exemplo, a velocidade de rotação do tambor 112 pode ser ajustada para mais ou para menos, de modo a ajustar a participação do efeito de levantamento e de rega dentro do tambor 112, criando assim um tempo maior ou menor no qual as partículas permanecem em suspensão. Além disso, uma vez que as palhetas 170 podem ser projetadas para funcionar numa ampla faixa de velocidades de rotação, a velocidade de rotação do tambor 112 pode ser seletivamente ajustada por meio de controles apropriados (tais como motor de acionamento com velocidade variável) para ajustar o tempo de residência. Além disso, o adensamento das palhetas 170 dentro do tambor 112 pode ser usado para alterar as condições de escoamento dentro do tambor 112 produzindo um escopo individual e inerente tempo de residência mais curto ou mais longo. Ainda adicionalmente, o tamanho e a forma das palhetas 170 podem ser alterados de modo a atender às necessidades do material processado e a criar um efeito de rega menos pronunciado, impactando assim o tempo de residência no tambor 112.
[0067]Em algumas modalidades, as 170 palhetas pode ser fixas ao tambor 112 em adensamento e arranjo particulares para otimizar ou modelar as características
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26/32 das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação. O comprimento do tambor 112 pode ser também variado quanto ao projeto inicia para criar um tempo de residência maior ou menor. Além disso, as condições de carregamento das partículas podem ser variadas para criar maior ou menor resistência à corrente de gás dentro do tambor 112, afetando assim o tempo de residência. Por exemplo, em algumas modalidades, uma vazão volumétrica relativamente maior das partículas de biomassa pode ser definida para lotar o interior do tambor 112 e retardar a progressão das partículas através do tambor 112. Por outro lado, uma vazão volumétrica relativamente menor das partículas de biomassa pode ser configurada para reduzir a lotação no interior do tambor 112 e acelerar a progressão das partículas de biomassa através do tambor 112.
[0068]O nível de oxigênio no interior do tambor 112 pode ser igualmente controlado por variados fatores de projeto e de processo. Por exemplo, a concepção mecânica da entrada da partícula pode ser selecionada para incluir, por exemplo, uma câmara hermética, uma câmara hermética dupla com purga de gás, mecanismos de parafusos ou semelhantes, com cada mecanismo possuindo um diferente nível de capacidade para impedir a infiltração de oxigênio. Preferentemente, a quantidade de oxigênio que entra no sistema 110 juntamente com as partículas é minimizada, mas é passível de variar com o projeto de acordo com o tamanho de partícula e/ou a vazão de produção desejada da biomassa processada. Além disso, o teor de umidade que entra com as partículas pode ser variado de modo a controlar o nível de oxigênio. Durante o processamento, a água evaporada resultante desloca parcialmente o oxigênio dentro do sistema 110, e assim, o nível de umidade pode ser variado para se adequar aos requisitos de produção (por exemplo, menos umidade inicial significa menos energia necessária para a torrefação das partículas, e mais umidade inicial resulta em menos oxigênio no sistema). Ainda adicionalmente, é identificado que existe uma adição do gás ao sistema, à medida que os voláteis e a umidade são evaporados das partículas. Como anteriormente descrito, este excesso de gás pode ser expelido do sistema 110 através de uma chaminé 150 e pode, de acordo com
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27/32 algumas modalidades, ser recuperado para uso em qualquer outra parte do processo ou por outro processo; tal como, por exemplo, a utilização como combustível para gerar calor. A chaminé 150 pode incluir um amortecedor de posição variável 152 que pode ser usado para equilibrar a pressão no interior do tambor 112 desde ligeiramente negativa para ligeiramente positiva. Dependendo do ajuste do amortecedor 152, este pode ser utilizado para inibir a entrada de oxigênio no sistema 110.
[0069]Em algumas modalidades, muitos dos vários parâmetros operacionais discutidos acima, bem como outros parâmetros operacionais, podem ser ajustados (manualmente ou automaticamente) durante a operação. Noutras modalidades, os parâmetros operacionais podem ser estabelecidos antes da operação. Independentemente do particular sistema de controle, a capacidade para independentemente controlar os diversos parâmetros operacionais dos sistemas aqui descritos contribuem para sistemas e métodos de torrefação de biomassa particularmente versáteis que são adaptáveis às alterações das condições; por exemplo, o teor de umidade das partículas de biomassa selecionadas para processamento e uma desejada densidade de energia das resultantes partículas de biomassa submetidas à torrefação, que podem variar.
[0070]O sistema 110 também pode estar equipado com vedações de precisão 166, nas conexões de giratórias a estáticas, e outras conexões e componentes de baixo nível de infiltração para proporcionar um recipiente particularmente bem vedado para manter níveis consistentemente baixos de oxigênio dentro do sistema 110.
[0071]As Figuras 9 a 11 ilustram uma modalidade representativa de uma montagem de vedação de precisão 266 que pode ser usada para eliminar substancialmente a infiltração de oxigênio do ambiente circundante para dentro do reator tambor 212 numa interface rotacional. Como melhor mostrado na Figura 10, a montagem de vedação 266 pode incluir estruturas de flanges rígidas 270, que estão acopladas a um flange 268 do reator tambor 212 para girar em uníssono com o mesmo. As estruturas de flanges 270 podem se estender para as estruturas de flanges estacionárias 272 posicionadas a montante do tambor 212 relativamente à direção de
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28/32 fluxo F. Uma lacuna ou espaço entre as estruturas de flanges estacionárias 272 e as estruturas de flanges giratórias 270 pode ser abrangido pelos elementos de vedação 274 para definir uma câmara interna 276. Esta câmara interna 276 pode ser purgada intermitentemente com gás inerte ou semi-inerte para manter uma barreira de gás inerte ou semi-inerte entre um ambiente externo à montagem de vedação 266 e um ambiente interno do reator tambor 212.
[0072]Os elementos de vedação 274 podem incluir reforços internos para proporcionar uma rigidez suficiente para manter os elementos de vedação 274 em contato vedante com as estruturas de flanges giratórias 270 à medida que o tambor 212 gira durante operação em torno do eixo de rotação 216. Elementos indutores adicionais 280 podem ser também providos de modo a forçar um ou mais dos elementos de vedação 274 a um contato firme com as estruturas de flanges giratórias 270. Na modalidade ilustrada, os elementos indutores 280 são mostrados como elementos de mola em sobreposição que se estendem desde as estruturas de flanges estacionárias 272 posicionadas a montante do reator tambor 212 até um elemento de vedação 274 que se sobrepõe a uma das estruturas de flanges giratórias 270. Como mostrado na Figura 11, os elementos de vedação 274 podem ser unidos, do modo mostrado, para prevenir o desgaste dos elementos de vedação 274 à medida que o reator tambor 212 e as estruturas de flanges 270 giram na direção R durante a operação.
[0073]Embora cada uma das estruturas de flanges 270, 272 seja ilustrada como elementos estruturais de forma-L, é notado que o tamanho e a forma das estruturas de flanges 270, 272 podem variar de forma significativa. Independentemente da sua dimensão e forma, no entanto, é vantajoso, de acordo com algumas modalidades, proporcionar uma câmara interna isolada 276 que possa ser seletivamente purgada quando necessário (por exemplo, durante a partida, paralisação ou condições de falha do sistema) com gás inerte ou semi-inerte para ajudar na manutenção de um ambiente interno no interior do reator tambor 212 com um nível de oxigênio consistentemente baixo. Além disso, independentemente do tamanho, forma e configura
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29/32 ção dos elementos da montagem de vedação 266, uma interface de vedação redundante é proveitosa para ajudar a minimizar infiltrações ao ambiente interno.
[0074]É ainda entendido que outras vedações e dispositivos vedantes (por exemplo, câmaras herméticas ou câmaras herméticas duplas) podem ser providos em outros pontos que apresentem potencial de infiltração no sistema, incluindo, por exemplo, nas entradas e saídas das partículas de biomassa. Além disso, as câmaras substancialmente vedadas podem também ser formadas nestes locais entre o sistema de torrefação e o ambiente externo. Estas câmaras podem ser acopladas às fontes de gás inerte ou semi-inerte para purga intermitente das câmaras com gás inerte ou semi-inerte, tal como, por exemplo, durante a partida, paralisação ou durante condições de falha do sistema. Com a purga dessas câmaras, se pode vantajosamente assegurar que nenhum ou muito pouco oxigênio proveniente do ambiente circundante, se infiltra no gás de recirculação do sistema de torrefação. Em algumas modalidades, o sistema pode ser equipado com dupla alimentação e câmaras herméticas de descarga, que são dispostas em serie, com a realização da purga com gás inerte ou semi-inerte possibilitada entre as câmaras herméticas.
[0075]Vários dispositivos de segurança podem ser também incorporados nos sistemas de torrefação de modo a melhorar a segurança operacional. Por exemplo, os sistemas podem ser equipados com aberturas que irão se romper ou abrir no caso de ocorrer uma explosão ou deflagração menor, de magnitude suficiente para provocar danos ao equipamento. Como um outro exemplo, sistemas de detecção e de extinção de centelhas podem ser também integrados nos sistema de torrefação, tais como, por exemplo, sistemas e componentes de detecção e extinção de centelhas comercializados pela GreCon, Inc. com sede em Tigard, Oregon. Além disso, as características operacionais do sistema podem ser monitoradas, por exemplo, por meio de diversos sensores (por exemplo, de temperatura, pressão, oxigênio, etc.), e os dados operacionais obtidos podem ser usados para ajustar e controlar o sistema conforme necessário para aumentar a segurança ou a otimizar o processo de torrefação. Em algumas modalidades, a espectroscopia de massa de tempo real pode ser
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30/32 também utilizada para identificar compostos nas correntes de gás e para ajustar ou controlar o sistema, conforme necessário, para aumentar a segurança e para otimizar o processo de torrefação.
[0076]Em algumas modalidades, vapor proveniente de uma caldeira separada de uma planta de vapor 93 (figura 2), que é disparado pelo gás de saída do reator tambor 12 (tal como representado pela seta marcada 94) ou outro combustível ou fonte de calor pode ser injetado no sistema 10 (tal como representado pela seta marcada 95) para o controle adicional do oxigênio no processo ou como uma segura corrente para sufocar e resfriar, e também pode ser usado como um gás de purga inerte ou semi-inerte no processo. Além disso, o uso do vapor como parte do gás de processo que passa através do reator tambor 12 pode também melhorar a transferência térmica para as partículas de biomassa. Em algumas modalidades, a caldeira pode ser aquecida pelo gás de saída encaminhado a ela pela tubagem 96 acoplada ao reator tambor 12. Em outras modalidades, a caldeira pode ser aquecida pelo queimador 76 ou por outra fonte de calor. Em algumas modalidades, quando numa condição de falha, vapor pode ser introduzido ao reator tambor 12 em quantidades suficiente para propósitos de sufocar e resfriar. Desta maneira, a segurança operacional do sistema de torrefação 10 pode ser aumentada.
[0077]No geral, pelo conhecimento dos processos por meio dos quais, o calor, tempo de residência e níveis de oxigênio podem ser controlados, e pelo conhecimento da flexibilidade através do projeto inicial e das numerosas variáveis de processo aqui descritas, modalidades dos sistemas e métodos de torrefação de biomassa podem ser ajustadas para se adaptar a uma variedade de suprimentos de biomassa numa variedade de condições locais e fornecer as necessárias flexibilidades e controle, para conseguir resultados consistentes de torrefação. Em algumas modalidades, por exemplo, os sistemas e métodos de torrefação podem ser configurados para realizar a torrefação de partículas de biomassa na forma de aparas de madeira a uma vazão mínima de uma tonelada de partículas de biomassa submetidas à torrefação por hora, com as resultantes partículas de biomassa submetidas à
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31/32 torrefação possuindo uma densidade de energia de pelo menos pelo menos 20 GJ/tonelada.
[0078]Os sistemas e métodos de torrefação aqui descritos são particularmente bem adequados para proporcionar um processo contínuo de torrefação que tem muitas vantagens sobre os sistemas de torrefação convencionais, e em particular, em sistemas e métodos em bateladas que requerem o processamento em bateladas das partículas de biomassa em uma fornalha, forno ou outro dispositivo semelhante. A natureza contínua dos sistemas e métodos de torrefação aqui descritos permitem, entre outras coisas, vazões de produção relativamente altas. Além disso, a eficiência com a qual as partículas de biomassa podem ser processadas com os sistemas e métodos permitem alta produção de material com necessidades relativamente de energia menores.
[0079]Embora modalidades dos sistemas e métodos de torrefação aqui descritos sejam ilustrados como incluindo tambores reatores que giram em torno e um eixo de rotação alinhado horizontalmente, é apreciado que em algumas modalidades o eixo de rotação pode ser inclinado. Em tais modalidades, a gravidade pode desempenhar um papel significativo no transporte das partículas de biomassa através do reator tambor. Além disso, embora modalidades dos sistemas e métodos de torrefação sejam aqui descritos como envolvendo uma corrente de gás aquecido que passa através do reator tambor para carrear ou transportar as partículas de biomassa, ao mesmo tempo em que simultaneamente transmite calor para as partículas de biomassa para a sua torrefação, é apreciado que em algumas modalidades as partículas de biomassa podem ser transportadas por mecanismos alternativos (por exemplo, gravidade, dispositivos de parafuso, dispositivos de transporte, etc.) e submetidas a uma corrente de gás aquecido que flui em contracorrente dentro do reator tambor, para realizar a torrefação das partículas de biomassa.
[0080]Além disso, as várias modalidades descritas acima podem ser combinadas para proporcionar modalidades adicionais. Estas e outras alterações podem ser feitas às modalidades, à luz da descrição acima detalhada. No geral, nas reivindicaPetição 870190066340, de 15/07/2019, pág. 41/62
32/32 ções que se seguem, os termos usados não devem ser interpretados de forma a limitar as reivindicações às modalidades específicas reveladas na especificação e nas reivindicações, mas devem ser interpretadas de modo a incluir todas as modalidades possíveis, juntamente com o escopo completo de equivalentes aos quais tais reivindicações se qualificam.

Claims (43)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de torrefação de biomassa, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    uma entrada para receber as partículas de biomassa;
    um reator tambor configurado para girar em torno de um eixo de rotação, o reator tambor possuindo uma pluralidade de palhetas posicionadas nele em uma pluralidade de localizações ao longo de um comprimento longitudinal do reator tambor, as palhetas dispostas dentro do tambor em posições e densidade selecionadas para melhorar as características das partículas resultantes de biomassa submetidas à torrefação;
    uma fonte de calor a montante do reator tambor para aquecer o gás contido no sistema a uma temperatura suficiente para fazer a torrefação das partículas de biomassa durante a operação;
    um dispositivo ventilador acoplado ao sistema para criar, quando o sistema está em operação, uma corrente de gás aquecido através do reator tambor suficiente para transportar intermitentemente as partículas de biomassa ao longo do comprimento longitudinal do reator tambor à medida que as partículas de biomassa são levantadas pelas palhetas e despejadas através da corrente de gás aquecido, enquanto o reator tambor gira; e dutos de gás acoplados a pelo menos o reator tambor, fonte de calor e dispositivo ventilador para recircular pelo menos uma parcela do gás que sai do reator tambor de volta para a fonte de calor para reaquecer o gás para a reintrodução ao reator tambor.
  2. 2. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de gás aquecido aquece diretamente as partículas de biomassa à medida que a corrente de gás transporta intermitentemente as partículas de biomassa através do reator tambor.
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    2/10
  3. 3. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de palhetas são configuradas para regular o movimento das partículas de biomassa através do reator tambor, de forma a influenciar o tempo de retenção das partículas de biomassa no interior do reator tambor.
  4. 4. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de palhetas incluem palhetas espaçadas em torno de uma circunferência interna do reator tambor em intervalos regulares ou irregulares e, em pelo menos três locais ao longo do comprimento longitudinal do reator tambor.
  5. 5. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de palhetas interoperam com a corrente de gás aquecido para classificar as partículas de biomassa de acordo com as densidades das partículas, mediante movimento das partículas relativamente mais densas em comparação com partículas de dimensões similares, de forma relativamente mais lenta através do reator tambor.
  6. 6. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    uma tremonha localizada a jusante do reator tambor para coletar as partículas de biomassa submetidas à torrefação que saem do reator tambor e para descarregar do sistema as partículas de biomassa submetidas à torrefação.
  7. 7. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    dutos para dispersar os gases de exaustão provenientes do sistema;
    válvulas de controle; e amortecedores, as válvulas de controle e amortecedores posicionados para regular um nível de pressão dentro do sistema para inibir a infiltração de oxigênio no
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    3/10 sistema ao mesmo tempo em que permite que o gás de exaustão saia do sistema.
  8. 8. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    dutos para encaminhar o gás de exaustão proveniente do sistema para um dispositivo remoto para o uso do gás de exaustão em um processo auxiliar ou suplementar.
  9. 9. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo remoto é um queimador configurado para utilizar os gases de exaustão para gerar um meio aquecido para o fornecimento de calor através de um trocador de calor para o gás que passa através do reator tambor durante a operação.
  10. 10. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    pelo menos, uma câmara hermética acoplada entre a entrada e o reator tambor para limitar a quantidade de oxigênio que entra no sistema, quando do recebimento das partículas de biomassa; e pelo menos, um mecanismo de vedação entre o reator tambor e estruturas adjacentes, o mecanismo de vedação, incluindo uma câmara entre o reator tambor e um ambiente externo e o mecanismo de vedação acoplado a uma fonte de gás inerte ou semi-inerte para purga seletiva da câmara durante a operação.
  11. 11. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de calor é um aquecedor elétrico de duto do tipo imersão posicionado a montante do reator tambor.
  12. 12. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de calor é um trocador de calor posicionado a montante do reator tambor, o trocador de calor configurado para transferir calor de um gás aquecido isolado do reator tambor para o gás que passa através do
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    4/10 reator tambor durante a operação.
  13. 13. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de calor é um queimador de baixo teor de oxigênio posicionado para aquecer diretamente o gás que passa através do tambor durante a operação.
  14. 14. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    uma planta de produção de vapor acoplada ao reator tambor para introdução de vapor para dentro do reator tambor e ajudar na torrefação das partículas de biomassa.
  15. 15. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um sistema de controle configurado para ajustar seletivamente a velocidade do dispositivo ventilador para regular uma velocidade do fluxo de gás através do sistema.
  16. 16. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um sistema de controle configurado para ajustar seletivamente a velocidade da rotação do reator tambor para regular um tempo de residência das partículas de biomassa no reator tambor.
  17. 17. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um sistema de controle configurado para ajustar seletivamente a temperatura do fluxo de gás através do sistema.
  18. 18 Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um sistema de controle configurado para ajustar seletivamente os parâme
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    5/10 tros do fluxo de gás através do sistema, incluindo o volume, velocidade e/ou pressão.
  19. 19. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    um sistema de controle configurado para controlar de forma independente uma pluralidade de parâmetros operacionais para regular um processo de torrefação das partículas de biomassa, os parâmetros operacionais, incluindo pelo menos um de uma temperatura de entrada do reator, uma temperatura de saída do reator, um tempo de residência médio, o teor de oxigênio da corrente de gás aquecido e as características do fluxo de gás.
  20. 20. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de controle inclui sensores para monitorar pelo menos alguns dos parâmetros operacionais e o sistema de controle é configurado para, de forma contínua ou intermitente, ajustar pelo menos algum dos parâmetros operacionais durante a operação para otimizar o processo de torrefação ou modelar as características das partículas resultantes de biomassa submetidas à torrefação.
  21. 21. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator tambor tem pelo menos 1,5 m de diâmetro e o sistema é configurado para fazer a torrefação das partículas de biomassa em uma taxa mínima de uma tonelada de partículas de biomassa submetidas à torrefação por hora, as partículas de biomassa submetidas à torrefação possuindo uma densidade de energia de pelo menos 20 GJ/ton.
  22. 22. Sistema de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    pelo menos uma abertura configurada para submeter o sistema a um ambiente externo quando da deflagração dentro do reator tambor.
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    6/10
  23. 23. Método de torrefação de biomassa, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    fazer girar um reator tambor em torno de um eixo de rotação, o reator tambor possuindo uma pluralidade de palhetas posicionadas nele em cada uma de uma pluralidade de localizações ao longo de um comprimento longitudinal do reator tambor;
    gerar uma corrente de gás aquecido através do reator tambor suficiente para transportar de forma intermitente as partículas de biomassa ao longo do comprimento longitudinal do reator tambor e simultaneamente fazer a torrefação das partículas de biomassa enquanto as partículas de biomassa são levantadas pelas palhetas e despejadas através da corrente de gás aquecido à medida que o reator tambor gira; e recircular uma parcela substancial do gás que sai do reator tambor de volta para uma entrada do reator tambor por meio de um ou mais dutos de gás para fazer a torrefação das partículas de biomassa dentro do reator tambor.
  24. 24. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    variar seletivamente pelo menos algum de uma pluralidade de parâmetros operacionais para modelar as características das partículas resultantes de biomassa submetidas à torrefação, os parâmetros operacionais incluindo pelo menos um de uma velocidade da corrente de gás aquecido através do reator tambor, uma vazão volumétrica da corrente de gás aquecido através do reator tambor, uma temperatura da corrente de gás aquecido através do reator, um nível de pressão dentro do reator tambor, uma velocidade de rotação do reator tambor, o teor de oxigênio da corrente de gás aquecido, um teor de umidade das partículas de biomassa e uma taxa de introdução das partículas de biomassa para dentro do reator tambor.
  25. 25. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
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    7/10 variar seletivamente um tempo de residência das partículas de biomassa no reator tambor.
  26. 26. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    ajustar a pluralidade de palhetas dentro do reator tambor em relação ao posicionamento ou densidade para alterar o tempo de retenção das partículas de biomassa no interior do reator tambor.
  27. 27. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    passar as partículas de biomassa através do reator tambor a velocidades diferentes de acordo com a densidade ou tamanho das partículas.
  28. 28. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    descarregar as partículas de biomassa submetidas à torrefação impedindo ao mesmo tempo substancialmente a infiltração de oxigênio para dentro do reator tambor.
  29. 29. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    estabelecer um nível de pressão dentro do reator tambor para inibir a infiltração de oxigênio no reator tambor.
  30. 30. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    encaminhar o gás de exaustão para um dispositivo remoto do reator tambor para uso do gás de exaustão em um processo auxiliar ou suplementar.
  31. 31. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que o encaminhamento do gás de exaustão até o dispositivo remoto do reator tambor para uso do gás de exaustão no processo auxili
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    8/10 ar ou suplementar inclui encaminhar o gás de exaustão para um queimador configurado para utilizar os gases de exaustão para gerar um meio aquecido para o fornecimento de calor para uma corrente de gás para estabelecer a corrente de gás aquecido.
  32. 32. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    vedar o reator tambor de um ambiente externo, e purgar seletivamente uma ou mais câmaras adjacentes vedando as interfaces do reator tambor com um gás inerte ou semi-inerte.
  33. 33. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    transferir calor a partir de um gás aquecido isolado proveniente do reator tambor para uma corrente de gás para estabelecer a corrente de gás aquecido que passa através do reator tambor durante a operação.
  34. 34. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    passar as partículas de biomassa através do reator tambor a uma taxa mínima de uma tonelada por hora, as partículas de biomassa possuindo uma densidade de energia de pelo menos 20 GJ/ton após serem submetidas à torrefação dentro do reator tambor.
  35. 35. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    secar as partículas de biomassa em um sistema secador do tipo rotativo antes de introduzi-las no reator tambor.
  36. 36. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADO pelo fato de que a secagem das partículas de biomassa no sistema secador do tipo rotativo antes da introdução no reator tambor inclui a secagem
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    9/10 das partículas de biomassa para ter um teor de umidade médio abaixo de 20 por cento de teor de umidade, em base peso úmido.
  37. 37. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    estabelecer a corrente de gás aquecido de tal modo que uma temperatura de entrada da corrente de gás aquecido que entra no reator tambor é pelo menos 260 °C.
  38. 38. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    estabelecer a corrente de gás aquecido tal que uma temperatura de saída da corrente de gás aquecido que sai do reator tambor é pelo menos 205 °C.
  39. 39. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    descarregar as partículas de biomassa submetidas à torrefação após uma única passagem das partículas de biomassa através do reator tambor, os tamanhos das partículas da biomassa submetidas à torrefação descarregadas variando em pelo menos dez por cento enquanto que a densidade de energia e características de umidade das partículas de biomassa submetidas à torrefação ficam relativamente constantes, independentemente do tamanho da partícula.
  40. 40. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    introduzir as partículas de biomassa para dentro do reator tambor, as partículas de biomassa possuindo um tamanho médio de 1,02 cm3 até 16,39 cm3 quando da entrada.
  41. 41. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    abertura do reator tambor quando em uma condição de falha.
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    10/10
  42. 42. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda:
    introduzir vapor para dentro do reator tambor para auxiliar na torrefação das partículas de biomassa.
  43. 43. Método de torrefação de biomassa, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADO pelo fato de que a introdução de vapor para dentro do reator tambor inclui produzir vapor com uma caldeira que recebe calor proveniente de uma parcela de um gás que sai do reator tambor.
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