BR112013026465B1 - reagente biogênico de alto teor de carbono e processo para preparar o mesmo - Google Patents

reagente biogênico de alto teor de carbono e processo para preparar o mesmo Download PDF

Info

Publication number
BR112013026465B1
BR112013026465B1 BR112013026465A BR112013026465A BR112013026465B1 BR 112013026465 B1 BR112013026465 B1 BR 112013026465B1 BR 112013026465 A BR112013026465 A BR 112013026465A BR 112013026465 A BR112013026465 A BR 112013026465A BR 112013026465 B1 BR112013026465 B1 BR 112013026465B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
carbon
weight
gas
biogenic reagent
raw material
Prior art date
Application number
BR112013026465A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112013026465A2 (pt
Inventor
J Despen Daniel
A Mennell James
Filips Steve
Original Assignee
Biogenic Reagents LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=47009720&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=BR112013026465(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Biogenic Reagents LLC filed Critical Biogenic Reagents LLC
Publication of BR112013026465A2 publication Critical patent/BR112013026465A2/pt
Publication of BR112013026465B1 publication Critical patent/BR112013026465B1/pt

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C10L5/447—Carbonized vegetable substances, e.g. charcoal, or produced by hydrothermal carbonization of biomass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C10B39/02—Dry cooling outside the oven
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B41/00—Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B43/00—Preventing or removing incrustations
    • C10B43/02—Removing incrustations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B45/00—Other details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/30—Other processes in rotary ovens or retorts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/02—Multi-step carbonising or coking processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/04—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition
    • C10B57/06—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition containing additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/04—Raw material of mineral origin to be used; Pretreatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C10L5/363—Pellets or granulates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C10L5/365—Logs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C10L5/366—Powders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C10L5/442—Wood or forestry waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/007—Conditions of the cokes or characterised by the cokes used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/02—Light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/02—Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/0204—Metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/02—Inorganic or organic compounds containing atoms other than C, H or O, e.g. organic compounds containing heteroatoms or metal organic complexes
    • C10L2200/025—Halogen containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/04—Organic compounds
    • C10L2200/0461—Fractions defined by their origin
    • C10L2200/0469—Renewables or materials of biological origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/02—Combustion or pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06—Heat exchange, direct or indirect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/08—Drying or removing water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/145—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/28—Cutting, disintegrating, shredding or grinding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/30—Pressing, compressing or compacting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/50—Screws or pistons for moving along solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/52—Hoppers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/58—Control or regulation of the fuel preparation of upgrading process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/60—Measuring or analysing fractions, components or impurities or process conditions during preparation or upgrading of a fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0066—Preliminary conditioning of the solid carbonaceous reductant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Coke Industry (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

reagentes biogênicos de alto carbono e uso destes a presente invenção fornece processos e sistemas para a conversão de biomassa em reagente biogênico de alto carbono que é adequado para diversas aplicações comerciais. algumas modalidades empregam a pirólise na presença de um gás inerte para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis, seguida da separação de vapores e gases, e do resfriamento dos sólidos pirolisados quentes na presença do gás inerte. aditivos podem ser introduzidos durante o processamento ou combinados com o reagente, ou ambos. o reagente biogênico pode incluir, pelo menos, 70% em peso, 80% em peso, 90% em peso, 95% em peso, ou mais, do carbono total em base seca. o reagente biogênico pode ter um teor de energia de, pelo menos, 12.000 btu/lb, 13.000btu/lb, 14.000 btu/lb, ou 14.500 btu/lb em base seca. o reagente biogênico pode ser formado em pó fino, ou objetos estruturais. os objetos estruturais podem ter uma estrutura e/ou força derivada da matéria-prima, taxa de calor e aditivos.

Description

“REAGENTE BIOGÊNICO DE ALTO TEOR DE CARBONO E PROCESSO PARA PREPARAR O MESMO”
Campo da invenção [001]A presente invenção refere-se geralmente a processos, sistemas e aparelhos para a produção de reagentes biogênicos de alto teor de carbono e composições, produtos e usos relacionados a eles.
Fundamentos da invenção [002]O carbono é um elemento de plataforma em uma grande variedade de indústrias e possui um vasto número de usos de produtos químicos, materiais e combustíveis. O carbono é um combustível bom para produzir a energia, inclusive eletricidade. O carbono também tem um grande valor químico para várias commodities e materiais avançados, incluindo metais, ligas metálicas, compósitos, fibras de carbono, eletrodos e suportes de catalisador. Para a fabricação de metal, o carbono é útil como um reagente para a redução de óxidos de metal a metais durante o processamento; como combustível, para fornecer calor para processamento; e como um componente da liga do metal final. O carbono é um elemento muito importante em aço, uma vez que permite que o aço seja endurecido por tratamento de calor.
[003]Reagentes de carbono podem ser produzidos, em princípio, a partir de praticamente qualquer material contendo carbono. Materiais carbonáceos comumente incluem recursos fósseis, como gás natural, petróleo, carvão e lignita, e recursos renováveis, como biomassa lignocelulósica e vários materiais de resíduos ricos em carbono.
[004]Biomassa é um termo usado para descrever qualquer substância produzida biologicamente, ou substância biogênica. A energia química contida na biomassa é derivada da energia solar, usando o processo natural da fotossíntese. Esse é o processo pelo qual as plantas obtêm dióxido de carbono e água de seu entorno e, usando a energia da luz solar, os convertem em açúcares, amidos,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 30/215
2/160 celulose, hemicelulose e lignina. De todas as fontes de energia renováveis, a biomassa é singular por ser, efetivamente, energia solar armazenada. Além disso, a biomassa é a única fonte de carbono renovável.
[005]Utilizando carbono biogênico para combustível, as emissões de CO2 associadas à combustão não contribuem para as emissões de carbono do ciclo de vida líquida porque o carbono é reciclado para crescer mais biomassa. Também, uso de carbono biogênico como um combustível normalmente causará menos emissões de dióxido de enxofre e mercúrio, em comparação ao uso de carvão ou outros combustíveis fósseis sólidos para a produção de energia.
[006]Para aplicações químicas e de materiais em que o carbono não será imediatamente queimado, utilizando carbono biogênico, o carbono pode ser efetivamente isolado por longos períodos de tempo (por exemplo, quando carbono é adicionado ao aço para estruturas permanentes). Dessa forma, as emissões de carbono líquido são realmente negativas — CO2 na atmosfera é usado para crescer matérias-primas biogênicas e em seguida o carbono é sequestrado em produtos biogênicos.
[007]A conversão de biomassa em reagentes de alto teor de carbono, no entanto, apresenta desafios tanto técnicos como econômicos, decorrentes de variações de matéria-prima, dificuldades operacionais e intensidade de capital. Existe uma variedade de tecnologias de conversão para transformar a biomassa em materiais de alto teor de carbono. A maioria das tecnologias de conversão conhecidas utiliza alguma forma de pirólise.
[008]A pirólise é um processo de conversão térmica de materiais sólidos na ausência completa do agente oxidação (ar ou oxigênio) ou com tal oferta limitada essa oxidação não ocorre de forma apreciável. Dependendo das condições de processo e aditivos, a pirólise de biomassa pode ser ajustada para produzir quantidades de gás, líquido e sólido amplamente diferentes. Baixas temperaturas de processo e tempos
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 31/215
3/160 de residência de vapor mais longos favorecem a produção de sólidos. Altas temperaturas e tempos de residência mais longos aumentam a conversão de biomassa em gás de síntese, enquanto temperaturas moderadas e tempos de residência de vapor mais curtos são geralmente ideais para a produção de líquidos. Recentemente, muita atenção tem sido dada à pirólise e aos processos relacionados à conversão de biomassa em gás de síntese de alta qualidade e/ou líquidos como precursores para combustíveis líquidos.
[009]Por outro lado, tem havido menos foco na melhoria dos processos de pirólise especificamente para otimizar o rendimento e a qualidade dos sólidos como reagentes de alto teor de carbono. Historicamente, a pirólise lenta de madeira era realizada em grandes montes, em um processo de lote simples, sem controle de emissões. As tecnologias tradicionais de fabricação de carvão vegetal são ineficientes em termos de energia, bem como altamente poluentes. Claramente, existem desafios econômicos e práticos para a ampliação de tal processo para a produção em escala comercial contínua de carbono de alta qualidade, ao mesmo tempo gerenciando o balanço energético e o controle de emissões.
Sumário [010]Em algumas modalidades, a presente invenção fornece um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo que compreende:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa;
(b) opcionalmente, secar a matéria-prima para remover pelo menos uma parte da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, desarear a matéria-prima ou a matéria-prima seca para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima;
(d) em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 32/215
4/160 substancialmente inerte durante pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) separar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte durante pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de zona de resfriamento menor que a temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
(g) em um refrigerador opcional que é separado da zona de resfriamento, resfriar ainda sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e (h) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados mornos ou frios.
[011]O termo reator neste documento refere-se a uma unidade aparte em que condições atmosféricas e de temperatura podem ser controladas e em que uma reação física e/ou química pode acontecer. O termo zona, no presente contexto, refere-se a uma área dentro de um reator em que as condições temperatura e as condições atmosféricas podem ser controladas em relação a outras zonas dentro do reator.
[012]O termo unidade de processamento de biomassa aqui se refere a um reator que inclui uma pluralidade de zonas como discutido em mais detalhes abaixo. Em várias modalidades, a unidade de processamento de biomassa (BPU) inclui uma pluralidade de passagens de saída configuradas para transferir a matéria bruta ou a matéria-prima em diferentes estágios de processamento, gases, subprodutos condensados e calor de vários reatores e zonas para uma ou mais dos outros reatores ou zonas, o sistema de alimentação de material, a unidade de recuperação de carbono e quaisquer outros componentes do sistema aqui descrito contemplados. Em uma
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 33/215
5/160 modalidade, depois que matéria bruta passou por cada uma das zonas de BPU, a matéria bruta é carbonizada.
[013]O termo carbonização aqui significa aumentar o teor de carbono em uma determinada quantidade de biomassa. Carbonização pode, para fins de concretização, ser realizada reduzindo material sem carbono da biomassa, adição de átomos de carbono à biomassa ou ambos para formar um reagente biogênico de alto teor de carbono.
[014]Como discutido abaixo, várias modalidades de BPU de multizona incluem um único reator e várias modalidades de BPU de multizona também podem incluir mais de um reator separado. Deve-se notar que outras modalidades discutidas abaixo incluem reatores múltiplos separados, cada reator com pelo menos uma zona. Para efeitos desta divulgação, as propriedades, princípios, processos, alternativas e modalidades discutidas em relação a modalidades de BPU de multizona de reatores únicos aplicam-se igualmente a todas as várias modalidades de reatores múltiplos separados e vice-versa.
[015]Em algumas modalidades, o processo é composto por secagem da matéria-prima para remover pelo menos uma parte da umidade contida dentro da matéria-prima. Em essas ou outras modalidades, o processo compreende desarear a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial contido na matéria-prima.
[016]O processo pode ainda incluir pré-aquecimento da matéria-prima, antes da etapa (d), em uma zona de pré-aquecimento na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80°C a cerca de 500°C, ou cerca de 300°C a cerca de 400°C.
[017]Em algumas modalidades, a temperatura de pirólise é selecionada de cerca de 400°C a cerca de 600°C. Em algumas modalidades, a pirólise na etapa (d) é realizada por pelo menos 20 minutos. A temperatura de resfriamento de zona pode
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 34/215
6/160 ser selecionada de cerca de 150° C a cerca de 350° C, por exemplo.
[018]Condições de pirólise podem ser selecionadas para manter a integridade estrutural ou a resistência mecânica do reagente biogênico de alto teor de carbono em relação à matéria-prima, quando se deseja fazê-la para uma determinada aplicação do produto.
[019]Em algumas modalidades, cada uma das zonas está localizada dentro de um único reator ou de uma BPU. Em outras modalidades, cada uma das zonas está localizada em BPUs ou reatores separados. Deve-se observar que algumas modalidades incluem uma ou mais BPUs, cada uma incluindo pelo menos uma zona.
[020]O gás substancialmente inerte pode ser selecionado a partir do grupo composto por CO, N2, Ar, CO2, H2, CH4 e suas combinações. Alguns dos gases substancialmente inertes podem incluir uma ou mais espécies de gases não condensáveis (por exemplo, o CO e o CO2) recicladas da etapa (e). Em algumas modalidades, a zona de pirólise e a zona de resfriamento compreendem uma fase de gás contendo menos de 5% em peso de oxigênio, como cerca de 1% em peso de oxigênio ou menos.
[021]O processo pode ser contínuo, semicontínuo ou em lote. Em algumas modalidades contínuas ou semicontínuas, o gás substancialmente inerte flui contracorrente em relação à direção do fluxo de sólidos. Em outras modalidades contínuas ou semicontínuas, o gás substancialmente inerte flui em correntes paralelas em relação à direção do fluxo de sólidos.
[022]Em algumas modalidades, o processo inclui o monitoramento e o controle do processo com pelo menos uma sonda de gás da reação, como duas ou mais sonda de gás da reação. Monitorar e controlar o processo pode melhorar a eficiência de energia do processo. Monitorar e controlar o processo também pode melhorar um atributo de produto associado ao reagente biogênico de alto teor de carbono, tais como (mas não limitado a) teor de carbono, teor energético, integridade
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 35/215
7/160 estrutural ou resistência mecânica.
[023]O processo pode ainda incluir a oxidação térmica (ou seja, a combustão) de pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e não condensáveis com um gás contendo oxigênio. A oxidação térmica pode ser assistida com a combustão de gás natural. O calor produzido da oxidação térmica pode ser utilizado, pelo menos em parte, para a secagem da matéria-prima. Além disso, o calor produzido da oxidação térmica pode ser utilizado, pelo menos em parte, para aquecer o gás substancialmente inerte antes de entrar em uma das zonas ou reatores, tal como a zona de pirólise.
[024]O processo pode incluir ainda a combinação de pelo menos uma parte dos vapores com os sólidos pirolisados refrigerados para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono. Como alternativa, ou além disso, o processo pode incluir ainda combinar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis com os sólidos pirolisados mornos para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor carbono.
[025]Vapores condensáveis, portanto, podem ser utilizados para qualquer energia no processo (tal como oxidação térmica) ou no enriquecimento de carbono, de aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor carbono. Certos gases não condensáveis, tais como CO ou CH4, podem ser utilizados para a energia no processo ou como parte do gás substancialmente inerte para a etapa de pirólise.
[026]Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a introdução de pelo menos um aditivo selecionado a partir de seus ácidos, bases ou sais. O aditivo pode ser selecionado a partir do (mas não se limitando ao) grupo consistindo de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio e suas combinações.
[027]Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a introdução de pelo menos um aditivo selecionado do grupo constituído por um metal, um óxido
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 36/215
8/160 de metal, um hidróxido de metal, um metal haleto e suas combinações. O aditivo pode ser selecionado a partir do (mas não se limitando ao) grupo consistindo de magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e suas combinações.
[028]Aditivos podem ser adicionados antes, durante ou após qualquer uma ou mais etapas do processo, inclusive na matéria-prima em si a qualquer momento, antes ou depois de ser colhido. Os aditivos podem ser introduzidos antes ou durante a etapa (b), antes ou durante a etapa (d), durante a etapa (f), durante a etapa (g), entre as etapas (f) e (g), ou após a etapa (g), por exemplo. Um aditivo pode ser introduzido para os sólidos pirolisados mornos. Por exemplo, um aditivo pode ser introduzido em uma solução aquosa, vapor ou aerossol para auxiliar com o resfriamento dos sólidos pirolisados mornos na etapa (g). Nessas ou outras modalidades, um aditivo é introduzido para os sólidos pirolisados frios para formar o reagente biogênico de alto teor de carbono contendo o aditivo.
[029]Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a introdução de pelo menos uma parte dos sólidos pirolisados frios para uma unidade separada para pirólise adicional, na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 30 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 200°C a cerca de 600°C para gerar um produto sólido, com maior teor de carbono do que os sólidos pirolisados frios.
[030]Em algumas modalidades, o processo compreende ainda operar um refrigerador para resfriar os sólidos pirolisados mornos com vapor, gerando assim os sólidos pirolisados frios e vapor superaquecido; onde a secagem é realizada, pelo menos em parte, com o vapor superaquecido derivado o refrigerador externo. Opcionalmente, o refrigerador pode ser operado arrefecer primeiro os sólidos
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 37/215
9/160 pirolisados mornos com vapor para atingir uma primeira temperatura do refrigerador e depois, com ar, atingir uma segunda temperatura de refrigerador, onde a segunda temperatura do refrigerador é mais baixa que a primeira temperatura do refrigerador e está associada a um risco reduzido de combustão para os sólidos pirolisados mornos na presença de ar.
[031]Em algumas variações, a invenção fornece um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo que compreende:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa (opcionalmente com alguma ou toda umidade removida);
(b) em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte durante pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(c) separar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(d) em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte durante pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento menor que a temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
(g) em um refrigerador opcional que é separado da zona de resfriamento, resfriar ainda sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e (h) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados mornos ou frios.
[032]Em algumas variações, a invenção fornece um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo que compreende:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa;
(b) opcionalmente, secar a matéria-prima para remover pelo menos uma parte
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 38/215
10/160 da umidade, se houver, contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, desarear a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima;
(d) em uma zona de pré-aquecimento, pré-aquecer a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80°C a cerca de 500°C;
(e) em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(f) separar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(g) em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento menor que a temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
(h) em um refrigerador opcional que é separado da zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e (i) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados mornos ou frios.
o processo ainda compreendendo introduzir pelo menos um aditivo em algum lugar no processo (isto é, em uma ou mais posições ou momentos).
[033]Em algumas variações, a invenção fornece um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo que compreende:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa;
(b) opcionalmente, secar a referida matéria-prima para remover pelo menos uma parte da umidade contida dentro da referida matéria-prima;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 39/215
11/160 (c) opcionalmente, desarear a referida matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na referida matériaprima ou matéria-prima seca;
(d) em uma zona de pirólise, pirolisar a referida matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte durante pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) separar pelo menos uma parte dos referidos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos referidos gases não condensáveis dos referidos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento opcional, resfriamento ainda os referidos sólidos pirolisados quentes, na presença do referido gás inerte substancialmente durante pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de zona de resfriamento menor que a referida temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
(g) em um refrigerador opcional que é separado da referida zona de resfriamento, resfriar os referidos sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e (h) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos referidos sólidos pirolisados frios; e (i) formar um pó fino do referido reagente biogênico de alto teor de carbono, onde o processo, opcionalmente, inclui a introdução de pelo menos um aditivo ao processo antes da etapa (i), durante a etapa de (i) ou após a etapa (i).
[034]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode conter pelo menos 35% do carbono contido na matéria-prima, como pelo menos 50% ou pelo menos 70% do carbono contido na matéria-prima. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono contém entre cerca de 40% e cerca de 70% do carbono contido na matéria-prima.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 40/215
12/160 [035]Em determinadas modalidades, um aditivo é introduzido nas matériasprimas secas antes ou durante a etapa (d), e onde a presença do aditivo no processo aumenta o teor de carbono de reagente biogênico de alto teor de carbono comparado a um processo contrário idêntico sem introdução do aditivo.
[036]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode conter pelo menos 55% em peso de carbono em base seca, como pelo menos 55% em peso, 60% em peso, 65% em peso, 70% em peso, 75% em peso, 80% em peso, 90% em peso, 95% em peso ou mais de carbono em base seca. O carbono total inclui carbono fixo e pode incluir também o carbono da substância volátil. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono contém pelo menos 90% em peso ou pelo menos 95% em peso de carbono fixo em base seca.
[037]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ter um teor energético de pelo menos 11.000 Btu/lb em base seca, como pelo menos 12.000 Btu/lb, pelo menos 13.000 Btu/lb, pelo menos 14.000 Btu/lb, pelo menos 14.500 Btu/lb ou pelo menos 14.700 Btu/lb em base seca.
[038]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser formado em um pó fino por redução de tamanho de partícula. Alternativamente, ou sequencialmente, reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser formado em um objeto estrutural por pressão, vinculação, peletização ou aglomeração. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono está sob a forma de objetos estruturais cuja estrutura e/ou força derivam substancialmente da matéria-prima. Em determinadas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é substancialmente da mesma forma estrutural que a matéria-prima.
[039]Outras variações da presente invenção fornecem um sistema de produção de reagente biogênico de alto teor de carbono, o sistema que compreende:
(a) um sistema de alimentação de material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 41/215
13/160 (b) um secador opcional, colocado em comunicação operável com o sistema de alimentação de material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) uma unidade de processamento de biomassa, colocada em comunicação operável com o sistema de alimentação de material ou com o secador (se presente), onde a unidade de processamento de biomassa contém pelo menos uma zona de pirólise colocada em comunicação operável com uma zona de resfriamento espacialmente separada, e onde a unidade de processamento de biomassa é configurada com uma saída para remover vapores condensáveis e gases não condensáveis de sólidos;
(d) um refrigerador, colocado em comunicação operável com a unidade de processamento de biomassa; e (e) uma unidade de recuperação de reagente biogênico de alto teor de carbono, colocada em comunicação operável com o refrigerador.
[040]O secador, se presente, pode ser configurado como uma zona de secagem dentro da BPU. Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por um sistema de purga para a remoção de oxigênio do sistema. O sistema de purga pode comportar uma ou mais entradas para introduzir um gás substancialmente inerte e uma ou mais saídas para remover o gás substancialmente inerte e oxigênio deslocado do sistema. O sistema de purga pode ser um desareador colocado entre o sistema de alimentação de material (ou o secador, se presente) e a BPU.
[041]Opcionalmente, o sistema pode incluir uma zona de pré-aquecimento, colocada em comunicação operável com a zona de pirólise.
[042]Cada uma de pelo menos uma zona de pirólise, zona de resfriamento e zona de pré-aquecimento (se presente) pode estar localizada dentro de uma única unidade ou em unidades separadas. O sistema de alimentação de material pode ser fisicamente integrado com a BPU. Em algumas modalidades, o refrigerador é
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 42/215
14/160 colocado dentro da BPU.
[043]O sistema pode incluir ainda um ou mais alimentadores de aditivos para a introdução de aditivo(s) no sistema, como qualquer um dos aditivos acima descritos. Em algumas modalidades, um alimentador de aditivo é configurado para combinar o aditivo com a matéria-prima contendo carbono. Um alimentador de aditivo pode ser interposto entre o sistema de alimentação de material (para biomassa) e a BPU. Um alimentador de aditivo pode ser colocado em comunicação operável com a BPU. Um alimentador de aditivo pode ser colocado em comunicação operável com o refrigerador. Um alimentador de aditivo pode ser interposto entre o refrigerador e a unidade de recuperação de carbono. Um alimentador de aditivo pode ser colocado em comunicação operável com a unidade de recuperação de carbono, incluindo a jusante da unidade de recuperação em si.
[044]A BPU pode ser configurada com uma primeira entrada de gás e uma primeira saída de gás. A primeira entrada de gás e a primeira saída de gás podem ser colocadas em comunicação com diferentes zonas ou com a mesma zona. Em várias modalidades, a BPU está configurada com qualquer uma ou mais de uma segunda entrada de gás, uma segunda saída de gás, uma terceira entrada de gás, uma terceira saída de gás, uma quarta entrada de gás e uma quarta saída de gás. Opcionalmente, cada zona presente na BPU é configurada com uma entrada de gás e uma saída de gás. Saídas e entradas de gás permitem não só a introdução e a retirada de vapor ou de gás, mas também permitam processo de monitoramento e controle preciso ao longo de vários estágios do processo, resultando em melhorias de rendimento e eficiência.
[045]Em algumas modalidades, a zona de resfriamento é configurada com uma entrada de gás e a zona de pirólise é configurada com uma saída de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida (por exemplo, a matéria-prima). Em outras modalidades, a zona de resfriamento é
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 43/215
15/160 configurada com uma entrada de gás e a zona de pré-aquecimento é configurada com uma saída de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida. Nessas ou em outras modalidades, a zona de resfriamento é configurada com uma entrada de gás e a zona de secagem é configurada com uma saída de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida.
[046]O sistema pode incluir ainda uma primeira sonda de gás da reação colocada em comunicação operável com a zona de pirólise e com um dispositivo de monitoramento de gás, tais como (mas não limitado a) MS, GC, GC-MS ou FTIR. Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por uma segunda sonda de gás da reação colocada em comunicação operável com a zona de resfriamento e com o dispositivo de monitoramento de gás ou um segundo dispositivo de monitoramento de gás que pode ser um tipo diferente de instrumento. O sistema pode incluir sondas de gás da reação adicionais colocados em comunicação operável com a zona de secagem (se houver) e/ou com a zona de pré-aquecimento (se presente) e com um dispositivo de monitoramento de gás. Quando as sondas de gás da reação estão incluídas, o sistema pode incluir ainda pelo menos um controlador programado por computador executável para utilizar a saída do dispositivo de monitoramento de gás para ajustar um ponto definido de sistema (tais como temperatura de pirólise ou taxa de fluxo de gás inerte).
[047]Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por um aquecedor a gás processo colocado em comunicação operável com a saída para remover vapores condensáveis e gases não condensáveis, em que o aquecedor de gás de processo é configurado para introduzir um combustível separado e um oxidante em uma câmara de combustão, adaptada para a combustão do combustível e pelo menos uma parte dos vapores condensáveis.
[048]O sistema pode incluir um trocador de calor colocado entre o aquecedor
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 44/215
16/160 de gás de processo e o secador, configurado para utilizar pelo menos um pouco do calor de combustão para o secador. Como alternativa, ou além disso, o sistema pode incluir um trocador de calor colocado entre o aquecedor de gás de processo e uma entrada de gás para a BPU, configurado para utilizar pelo menos um pouco do calor de combustão para pré-aquecer um gás substancialmente inerte antes da introdução na BPU.
[049]Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por uma unidade de enriquecimento de carbono, colocada em comunicação operável com o refrigerador ou com a BPU, configurado para a combinação de vapores, incluindo vapores não condensáveis e/ou vapores condensáveis de forma totalmente ou pelo menos parcialmente condensada, com os sólidos para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono obtido a partir da unidade de recuperação do carbono.
[050]Em várias modalidades, o sistema está configurado para extrair e reutilizar gases da BPU e/ou extrair e reutilizar gases da unidade de recuperação de carbono.
[051]Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por uma unidade de pirólise separada adaptada para pirólise posterior do reagente biogênico de alto teor de carbono para aumentar mais seu teor de carbono.
[052]Outras variações fornecem um sistema de produção de reagente biogênico de alto teor de carbono, o sistema que compreende:
(a) um sistema de alimentação de material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
(b) um secador opcional, colocado em comunicação operável com o sistema de alimentação de material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) um pré-aquecedor, colocado em comunicação operável com o sistema de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 45/215
17/160 alimentação de material ou o secador (se presente), configurado para aquecer e/ou levemente pirolisar a matéria-prima;
(d) um reator de pirólise, colocado em comunicação operável com o préaquecedor, configurado para pirolisar a matéria-prima;
(e) um refrigerador, colocado em comunicação operável com o reator de pirólise, configurado para refrigerar sólidos pirolisados; e (f) uma unidade de recuperação de reagente biogênico de alto teor de carbono, colocada em comunicação operável com o refrigerador, em que o sistema está configurado com pelo menos uma entrada de gás para a introdução de um gás substancialmente inerte no reator e pelo menos uma saída de gás para remover vapores condensáveis e gases não condensáveis do reator.
[053]Esse sistema pode incluir um desareador colocado entre o sistema de alimentação de material ou o secador (se presente) e o pré-aquecedor. O sistema pode ser configurado com pelo menos duas entradas de gás e pelo menos duas saídas de gás, se desejado.
[054]Em algumas modalidades, o reator de pirólise e/ou o refrigerador é configurado com entrada(s) de gás e o secador (se presente) e/ou o pré-aquecedor é configurado com saída(s) de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida.
[055]O sistema também inclui um aquecedor de gás de processo, em algumas modalidades, colocados em comunicação operável com pelo menos uma saída de gás para remover vapores condensáveis e gases não condensáveis. O aquecedor de gás de processo pode ser configurado para introduzir um combustível separado e um oxidante em uma câmara de combustão, adaptada para a combustão do combustível e pelo menos uma parte dos vapores condensáveis.
[056]O sistema pode incluir um trocador de calor colocado entre o aquecedor de gás de processo e o secador, configurado para utilizar pelo menos um pouco do
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 46/215
18/160 calor de combustão para o secador. O sistema pode incluir um trocador de calor colocado entre o aquecedor de gás de processo e uma entrada de gás para a BPU, configurado para utilizar pelo menos um pouco do calor de combustão para préaquecer um gás substancialmente inerte antes da introdução no reator de pirólise.
[057]Certas variações fornecem um reator contínuo de pirólise de biomassa, composto por uma entrada de matéria-prima, uma pluralidade de reatores espacialmente separados configurados para controlar separadamente a temperatura e misturar dentro de cada um dos reatores, e uma saída de sólidos carbonáceos, onde um dos reatores é configurado com uma primeira entrada de gás para a introdução de um gás substancialmente inerte no reator, e onde um dos reatores é configurado com uma primeira saída de gás.
[058]Em algumas modalidades, a BPU inclui pelo menos duas, três ou quatro zonas. Cada uma das zonas pode ser colocada em comunicação com meios de aquecimento indireto ajustáveis separadamente, cada um independentemente selecionado do grupo constituído por transferência de calor elétrico, transferência de calor do vapor, transferência de calor do óleo quente, transferência de calor de resíduos e suas combinações.
[059]A BPU pode ser configurada para ajustar separadamente a composição da fase gasosa e o tempo de residência de fase gasosa de pelo menos duas zonas. Algumas modalidades, a BPU é configurada para ajustar separadamente a composição da fase gasosa e tempo de residência de fase gasosa de todas as zonas presentes na BPU.
[060]Algumas modalidades, a BPU é configurada com uma segunda entrada de gás e/ou uma segunda saída de gás. Em determinadas modalidade, a BPU é configurada com uma entrada de gás em cada zona e/ou uma saída de gás em cada zona. Em algumas modalidades, a BPU é um reator contracorrente.
[061]O sistema de alimentação de material pode compreender um mecanismo
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 47/215
19/160 de alimentação selecionado do grupo consistindo de um parafuso, uma verruma, uma câmara de gota e um sistema de alimentação de material de tambor. A saída de sólidos carbonáceos pode incluir um mecanismo de saída selecionado do grupo constituído por um parafuso, uma verruma, uma câmara de gota, e sistema de alimentação de um material do tambor. A BPU pode incluir um único eixo helicoidal disposto ao longo de cada uma das zonas.
[062]Em algumas modalidades, cada um dos reatores é configurado com degraus colocados nas paredes internas para fornecer a agitação de sólidos. Os degraus podem ser ajustados separadamente em cada uma das zonas. A BPU é uma BPU axialmente giratória, em algumas modalidades.
[063]Outras variações da invenção fornecem um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo que compreende:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa;
(b) opcionalmente, secar a matéria-prima para remover pelo menos uma parte da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, desarear a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima;
(d) em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás inerte substancialmente durante pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) separar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte durante pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento menor que a temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 48/215
20/160 (g) opcionalmente, resfriar os sólidos pirolisados mornos em um refrigerador separado para gerar sólidos pirolisados frios;
(h) em seguida, passar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e/ou pelo menos uma parte dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados mornos e/ou os sólidos pirolisados frios para formar sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado; e (i) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados enriquecidos.
[064]Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui passar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis da etapa (e) forma de vapor e/ou condensada pelos sólidos pirolisados mornos para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com carbono aumentado e/ou teor energético. Nessas ou em outras modalidades, a etapa (h) inclui passar pelo menos uma parte dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados mornos para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com carbono aumentado e/ou teor energético.
[065]Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui passar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis da etapa (e) forma de vapor e/ou condensada através dos sólidos pirolisados frios para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com carbono aumentado e/ou teor energético. Nessas ou em outras modalidades, a etapa (h) inclui passar pelo menos uma parte dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados mornos para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com carbono aumentado e/ou teor energético.
[066]Em determinadas modalidades, a etapa (h) inclui passar substancialmente por todos os vapores condensáveis da etapa (e) em forma de vapor e/ou condensada através dos sólidos pirolisados frios para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com carbono aumentado e/ou teor energético. Nessas ou em outras modalidades, a etapa (h) inclui passar substancialmente todos os gases não
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 49/215
21/160 condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados frios para produzir sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado.
[067]A energia pode ser recuperada dos vapores condensáveis, dos gases não condensáveis ou de ambos para o uso no processo. A energia pode ser recuperada através da troca de calor com essas correntes. Opcionalmente, um ou ambos os vapores condensáveis e gases não condensáveis podem ser queimados e o calor de combustão pode ser recuperado para o uso do processo.
[068]O processo pode incluir ainda apresentar uma corrente de alimentação intermediária consistindo de pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis, obtidos da etapa (e) para uma unidade de separação configurada para gerar pelo menos a primeira e segunda corrente de saída. A corrente de alimentação intermediária pode incluir todos os vapores condensáveis e/ou todos os gases não condensáveis, em determinadas modalidades. Uma parte da segunda corrente de saída pode ser reciclada para a etapa (d) para uso como gás substancialmente inerte na unidade de pirólise, sozinho ou em combinação com outra fonte de gás inerte (por exemplo, N2).
[069]A primeira e segunda correntes de saída podem ser separadas com base na volatilidade relativa, por exemplo. Em algumas modalidades, a primeira corrente de saída compreende os vapores condensáveis (por exemplo, terpenos, álcoois, ácidos, aldeídos ou cetonas), e a segunda corrente de saída compreende os gases não condensáveis (por exemplo, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano).
[070]A primeira e segunda correntes de saída podem ser separadas com base na polaridade relativa. Nessas modalidades, a primeira corrente de saída é composta por compostos polares (por exemplo, metanol, furfural e ácido acético) e a segunda corrente de saída é composta por compostos apolares (por exemplo, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, terpenos e derivados de terpenos).
[071]Em algumas modalidades, a etapa (h) aumenta o teor de carbono total,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 50/215
22/160 o teor de carbono fixo e/ou o teor energético do reagente biogênico de alto teor de carbono em relação a um processo contrário idêntico sem a etapa (h). Em algumas modalidades, a etapa (h) aumenta o teor de carbono fixo do reagente biogênico de alto teor de carbono em relação a um processo contrário idêntico sem a etapa (h).
[072]Esta invenção também fornece um processo contínuo ou em conjunto para aumentar o teor de carbono e/ou energia de qualquer material que contém carbono. Em algumas variações, um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende:
(a) fornecer uma corrente sólida compreendendo um material inicial contendo carbono;
(b) fornecer uma corrente de gás composta por vapores condensáveis que contêm carbono, gases não condensáveis que contêm carbono, ou uma mistura de vapores condensáveis que contêm carbono e gases não condensáveis que contêm carbono; e (c) passando a corrente de gás pela corrente sólida sob condições apropriadas para formar um produto contendo carbono com carbono aumentado e/ou teor energético em relação o material contendo carbono.
[073]Em algumas modalidades, o material de início contendo carbono é biomassa pirolisada ou biomassa torrada. A corrente de gás pode ser obtida durante um processo integrado que fornece o material contendo carbono. Ou a corrente de gás pode ser obtida do processamento separado do material contendo carbono. A corrente de gás, ou uma parte dela, pode ser obtida de uma fonte externa. Misturas de correntes de gás, bem como misturas de materiais contendo carbono, de uma variedade de fontes, são possíveis.
[074]Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização da corrente de gás para repetir o processo para aumentar mais o teor de carbono e/ou energia do produto contendo carbono. Em algumas modalidades, o
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 51/215
23/160 processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização da corrente de gás para realizar o processo para aumentar o teor de carbono e/ou energia de outra matériaprima diferente do material contendo carbono.
[075]Esse processo pode incluir a introdução da corrente de gás para uma unidade de separação configurada para gerar pelo menos a primeiro e a segunda corrente de saída, onde a corrente de gás é composta por uma mistura de vapores condensáveis contendo carbono e gases não condensáveis contendo carbono. A primeira e segunda correntes de saída podem ser separadas com base na volatilidade relativa ou na polaridade relativa, por exemplo.
[076]Em algumas modalidades, o produto contendo carbono tem maior teor de carbono total e/ou teor de carbono fixo e/ou teor de carbono volátil que o material contendo carbono. Em algumas modalidades, o produto contendo carbono tem maior teor energético do que o material contendo carbono.
[077]Um sistema de produção de reagente biogênico de alto teor de carbono também é fornecido, o sistema compreende:
(a) um sistema de alimentação de material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
(b) um secador opcional, colocado em comunicação operável com o sistema de alimentação de material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) uma BPU, colocada em comunicação operável com o sistema de alimentação de material ou com o secador (se presente), onde a BPU contém pelo menos uma zona de pirólise colocada em comunicação operável com uma zona de resfriamento espacialmente separada, e onde a BPU é configurada com uma saída para remover vapores condensáveis e gases não condensáveis de sólidos;
(d) um refrigerador opcional, colocado em comunicação operável com a BPU;
(e) uma unidade de enriquecimento de material, colocada em comunicação
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 52/215
24/160 operável com a BPU ou o refrigerador (se presente), configurada para passar os vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis entre os sólidos, para formar sólidos enriquecidos com teor de carbono aumentado; e (f) uma unidade de recuperação de carbono, colocada em comunicação operável com a unidade de enriquecimento de material.
[078]Em algumas modalidades, o sistema é composto ainda por uma zona de pré-aquecimento, colocada em comunicação operável com a zona de pirólise. Cada zona de pirólise, zona de resfriamento e zona de pré-aquecimento (se presente) pode estar localizada dentro de uma única unidade ou em unidades separadas. O secador, se presente, pode ser configurado como uma zona de secagem dentro da BPU.
[079]A zona de resfriamento pode ser configurada com uma entrada de gás e a zona de pirólise pode ser configurada com uma saída de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida. A zona de resfriamento pode ser configurada com uma entrada de gás e a zona de préaquecimento e/ou zona de secagem pode ser configurada com uma saída de gás para gerar fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase sólida.
[080]Em determinadas modalidades, a unidade de enriquecimento de material compreende:
(i) uma carcaça com uma parte superior e uma parte inferior;
(ii) uma entrada em um fundo da parte inferior da carcaça configurada para transportar os vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(iii) uma saída em um topo da parte superior da carcaça configurada para transportar uma corrente de gás concentrada derivada de vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(iv) um caminho definido entre a parte superior e a parte inferior da carcaça; e (v) um sistema de transporte seguindo o caminho, o sistema de transporte
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 53/215
25/160 configurado para transportar os sólidos, onde a carcaça é moldada de forma que os sólidos absorvam pelo menos alguns dos vapores condensáveis e/ou pelo menos alguns dos gases não condensáveis.
[081]Esta invenção também fornece diversos produtos e composições. Em algumas variações, um reagente biogênico de alto teor de carbono produzido por um processo compreendendo as etapas de:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono composto por biomassa;
(b) opcionalmente, secar a matéria-prima para remover pelo menos uma parte da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, desarear a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima;
(d) em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás inerte substancialmente durante pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) separar pelo menos uma parte dos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte durante pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de zona de resfriamento menor que a temperatura de pirólise para gerar sólidos pirolisados mornos;
(g) em um refrigerador opcional que é separado da zona de resfriamento, resfriar sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e (h) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados mornos ou frios.
[082]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode incluir ainda pelo
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 54/215
26/160 menos um aditivo de processo incorporado durante o processo. Como alternativa, ou além disso, o reagente biogênico de alto teor de carbono pode incluir ainda pelo menos um aditivo de produto introduzido ao reagente seguindo o processo.
[083]Algumas modalidades, o aditivo do processo e/ou aditivo do produto é selecionado para aumentar o teor de carbono e/ou o teor energético do reagente biogênico de alto teor de carbono. Em algumas modalidades, o aditivo do processo e/ou o aditivo do produto é selecionado para manter a integridade estrutural ou a resistência mecânica do reagente biogênico de alto teor de carbono com relação a tal matéria-prima. Os aditivos podem ser úteis para ajudar a manter a forma estrutural antes da utilização do reagente biogênico.
[084]Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por pelo menos 55% em peso, pelo menos 60% em peso, pelo menos 65% em peso, pelo menos 70% em peso, pelo menos 80% em peso, pelo menos 90% em peso ou pelo menos 95% em peso do carbono total em base seca. O carbono total inclui carbono fixo e carbono da substância volátil. Em algumas modalidades, o carbono da substância volátil é pelo menos 5%, pelo menos 20% ou pelo menos 40% do carbono total.
[085]Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 10% em peso ou menos de hidrogênio, como cerca de 5% em peso ou menos de hidrogênio em base seca. Em algumas modalidades, o reagente compreende cerca de 20% em peso ou menos de oxigênio, como entre cerca de 1% em peso e cerca de 10% em peso de oxigênio em base seca. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 1% em peso ou menos de nitrogênio, como cerca de 0,5% em peso ou menos de nitrogênio em base seca. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 0,5% em peso ou menos de fósforo, como cerca de 0,2% em peso ou menos de fósforo em base seca. Em algumas modalidades, o
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 55/215
27/160 reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 0,2% em peso ou menos de enxofre, como cerca de 0,1% em peso ou menos de enxofre em base seca.
[086]Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 10% em peso ou menos de substância incombustível (por exemplo, cinzas) em base seca. Em determinadas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é composto por cerca de 5% em peso ou menos ou cerca de 1% ou menos de substância incombustível em base seca. O reagente biogênico de alto teor de carbono pode conter ainda umidade em níveis variados.
[087]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ter um teor energético de pelo menos 11.000 Btu/lb em base seca, pelo menos 13.000 Btu/lb, pelo menos 14.000 Btu/lb, pelo menos 14.500 Btu/lb em base seca. Em modalidades exemplares, o reagente biogênico de alto teor de carbono tem um teor energético de pelo menos 14.700 Btu/lb e um teor de carbono fixo de pelo menos 95% em peso em base seca.
[088]Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
1% em peso ou menos de nitrogênio;
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre; e um aditivo selecionado a partir de um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal, um haleto de metal ou uma combinação destes.
[089]O aditivo pode ser selecionado a partir do grupo consistindo de magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e suas
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 56/215
28/160 combinações.
[090]Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
1% em peso ou menos de nitrogênio;
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre; e um aditivo selecionado de um ácido, uma base ou um sal dos mesmos.
[091]O aditivo pode ser selecionado a partir do grupo consistindo de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio e suas combinações.
[092]Em determinadas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
1% em peso ou menos de nitrogênio;
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre;
um primeiro aditivo selecionado a partir de um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal, um haleto de metal ou uma combinação destes; e um segundo aditivo selecionado de um ácido, uma base ou um sal dos mesmos.
onde o primeiro aditivo é diferente do segundo aditivo.
[093]O primeiro aditivo pode ser selecionado do grupo composto de magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 57/215
29/160 magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e suas combinações, e o segundo aditivo pode ser independentemente selecionado do grupo constituído de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio e suas combinações.
[094]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode incluir cerca de 55% em peso, 60% em peso, 65% em peso, 70% em peso, 75% em peso, 80% em peso, 85% em peso, 90% em peso, 95% em peso ou mais de carbono total em base seca (carbono total inclui carbono fixo e carbono associado a substâncias voláteis).
[095]Em algumas modalidades, o reagente é composto por cerca de 8% em peso ou menos de substância incombustível em base seca, como cerca de 4% em peso ou menos de substância incombustível em base seca.
[096]Um reagente biogênico de alto teor de carbono pode consistir essencialmente de, em base seca, carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, substância incombustível, e um aditivo selecionado do grupo consistir de magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e suas combinações. A umidade pode estar presente ou ausente.
[097]Um reagente biogênico de alto teor de carbono pode consistir essencialmente de, em base seca, carbono, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, matéria incombustível, e aditivo selecionado do grupo consistir de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio e suas combinações. A umidade pode estar presente ou ausente.
[098]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ter um teor energético de pelo menos 11.000 Btu/lb, pelo menos 12.000 Btu/lb, pelo menos 13.000 Btu/lb,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 58/215
30/160 pelo menos 14.000 Btu/lb ou pelo menos 14.500 Btu/lb em base seca.
[099]O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser um pó fino ou pode estar na forma de objetos estruturais. Objetos estruturais podem ser derivados de pressão, vinculação, peletização ou aglomeração de partículas. Em algumas modalidades, os objetos estruturais têm uma estrutura e/ou força que derivam substancialmente da fonte de matéria-prima do carbono. Em determinadas modalidades, os objetos estruturais têm substancialmente a mesma forma estrutural que a fonte de matéria-prima do carbono.
[100] Em algumas modalidades do reagente biogênico de alto teor de carbono, a maioria dos carbonos é classificada como carbono renovável. Substancialmente todo o carbono contido em certos reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem ser classificados como carbonos renováveis.
[101] A presente invenção também fornece uma grande variedade de produtos carbonáceos, compreendendo reagentes biogênicos de alto teor de carbono. Tais produtos carbonáceos incluem, entre outros, produtos de adição de alto-forno, produtos de adição do processo de peletização de taconita, pelotas de taconita, produtos de substituição de carvão, produtos de coque de carbono, produtos de finos de carbono, produtos de leito fluidizado, produtos de adição de alto-forno, produtos injetáveis de carbono, produtos de carbono de adição de panela, produtos de coque metalúrgico, produtos de carbono pulverizado, produtos de fornalha automática de carbono, eletrodos de carbono e produtos de carvão ativado. Essas e outras modalidades são descritas em mais detalhes abaixo.
Breve descrição das figuras [102] A FIG. 1 retrata uma modalidade de multirreator de um sistema da invenção.
[103] A FIG. 2 retrata uma modalidade de um reator único multizona de um sistema da invenção.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 59/215
31/160 [104] A FIG. 3 retrata uma modalidade de um mecanismo de alimentação contínuo zero oxigênio adequado para uso em conexão com a presente invenção.
[105] A FIG. 4 retrata outra modalidade de uma unidade de processamento de biomassa de um reator único multizona adequado para uso em conexão com a presente invenção.
[106] A FIG. 5 retrata uma modalidade de uma unidade de recuperação de carbono apropriada para o uso em conexão com a presente invenção.
[107] A FIG. 6 retrata uma modalidade de uma modalidade de uma unidade de processamento de biomassa de um reator único da presente invenção com um secador opcional.
[108] A FIG. 7 retrata uma modalidade do sistema de reator de pirólise da invenção com um secador opcional e uma entrada de gás.
[109] A FIG. 8 retrata uma modalidade de uma unidade de processamento de biomassa de reator único da invenção com uma entrada de gás e um refrigerador opcional.
[110] A FIG. 9 retrata uma modalidade do sistema de unidade de processamento de biomassa de reator único da invenção com um secador e desaerador opcionais e uma entrada de gás inerte.
[111] A FIG. 10 retrata uma modalidade do sistema de reator múltiplo da invenção com um secador e desaerador opcionais e uma entrada de gás inerte.
[112] A FIG. 11 retrata uma modalidade do sistema de reator múltiplo da invenção com um secador e refrigerador opcionais e uma unidade de enriquecimento de material.
[113] A FIG. 12 retrata uma modalidade do sistema de reator múltiplo da invenção com um secador opcional e um desaerador, um refrigerador e uma entrada de gás inerte.
[114] A FIG. 13 retrata uma modalidade do sistema de reator múltiplo da
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 60/215
32/160 invenção com um secador e um desaerador opcionais, uma entrada de gás inerte e um refrigerador.
[115] A FIG. 14 retrata um gráfico ilustrando o efeito do tempo de retenção no teor de carbono fixo de um reagente biogênico produzido de acordo com uma modalidade da presente divulgação.
[116] A FIG. 15 retrata um gráfico ilustrando o efeito da temperatura de pirólise no teor de carbono fixo de um reagente biogênico produzido de acordo com uma modalidade da presente divulgação.
[117] A FIG. 16 retrata um gráfico ilustrando o efeito do tamanho da partícula de biomassa no teor de carbono fixo de um reagente biogênico produzido de acordo com uma modalidade da presente divulgação.
Descrição detalhada das modalidades da invenção [118] Esta descrição permitirá aquele versado na técnica a fazer e usar a invenção e descreve várias modalidades, adaptações, variações, alternativas e usos da invenção. Estas e outras modalidades, características e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes para aqueles versados na técnica quando consideradas com referência à descrição detalhada após a invenção em conjunto com os desenhos que acompanham.
[119] Como usado nesta especificação e nas reivindicações acrescentadas, as formas singulares um(a) e o(a) incluem as formas no plural a menos que o contexto indique claramente o contrário. A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado, como é comumente entendido por aqueles versados na técnica a que pertence esta invenção.
[120] A menos que indicado de outra forma, todos os números expressando condições de reação, estequiometrias, concentrações de componentes e assim por diante usados na especificação e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todas as instâncias pelo termo cerca de. Nesse sentido, a
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 61/215
33/160 menos que indicado em contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos na especificação de seguir e reivindicações anexadas são aproximações que podem variar dependendo de pelo menos uma técnica analítica específica.
[121] O termo compreender, que é sinônimo de incluir, conter, ou caracterizado por, é inclusivo ou ilimitado e não exclui elementos adicionais, etapas dos elementos ou método não relatadas. Compreender é um termo da técnica usado na linguagem da reivindicação que significa que os elementos nomeados na reivindicação são essenciais, mas outros elementos da reivindicação podem ser adicionados e ainda formam uma construção dentro do escopo da reivindicação.
[122] Como usado neste documento, a expressão consistindo de exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na reivindicação. Quando a expressão consiste de (ou suas variações) aparece em uma cláusula do corpo de uma reivindicação, em vez de imediatamente após o preâmbulo, limita apenas o elemento estabelecido naquela cláusula; outros elementos não estão excluídos da reivindicação como um todo. Como usado aqui, a expressão composta essencialmente de limita o escopo de uma reivindicação aos elementos especificados ou etapas do método e aqueles que não afetam materialmente a(s) caraterística(s) de base e original(ais) do assunto reivindicado em questão.
[123] No que diz respeito aos termos compreender, composto por e consistir essencialmente de onde um desses três termos é usado neste documento, o assunto em questão atualmente divulgado e reivindicado pode incluir o uso de qualquer um dos outros dois termos. Assim, em algumas modalidades não relatadas de outra forma explicitamente, qualquer instância de compreender pode ser substituída por constituir de, alternativamente, por consistir essencialmente de.
[124] Para as finalidades atuais, biogênico pretende significar um material (uma matéria-prima, produto ou intermediário) que contém um elemento, como o carbono, que é renovável em escalas de tempo de meses, anos ou décadas. Materiais
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 62/215
34/160 não biogênicos podem ser não renováveis ou podem ser renováveis em escalas de tempo de séculos, milhares de anos, milhões de anos ou até escalas de tempo geológico maiores. Observe que um material biogênico pode incluir uma mistura de fontes biogênicas e não biogênicas.
[125] Para as finalidades atuais, reagente pretende significar um material no seu sentido mais amplo; um reagente pode ser um combustível, um produto químico, um material, um composto, um aditivo, um componente de mistura, um solvente e assim por diante. Um reagente não é necessariamente um reagente químico que provoca ou participa de uma reação química. Um reagente pode ou não ser um reagente químico; pode ser ou não consumido em uma reação. Um reagente pode ser um catalisador químico para uma determinada reação. Um reagente pode provocar ou participar em ajustar uma propriedade mecânica, física ou hidrodinâmica de um material ao qual o reagente pode ser adicionado. Por exemplo, um reagente pode ser introduzido a um metal para dar determinadas propriedades de resistência ao metal. Um reagente pode ser uma substância de pureza suficiente (que, no contexto atual, é tipicamente pureza de carbono) para uso em análises químicas ou teste físico.
[126] Por alto teor de carbono, como usado neste pedido para descrever reagentes biogênicos, significa simplesmente que o reagente biogênico tem um teor de carbono relativamente elevado em comparação à matéria-prima inicial utilizada para produzir o reagente biogênico de alto teor de carbono. Tipicamente, um reagente biogênico de alto teor de carbono conterá pelo menos cerca de metade do seu peso em carbono. Mais tipicamente, um reagente biogênico de alto teor de carbono conterá pelo menos 55% em peso, 60% em peso, 65% em peso, 70% em peso, 80% em peso, 90% em peso ou mais de carbono.
[127] Não obstante o disposto acima, o termo reagente biogênico e alto teor de carbono é usado neste documento para fins práticos para consistentemente descrever materiais que podem ser produzidos por processos e sistemas da invenção,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 63/215
35/160 em várias modalidades. Limitações quanto o teor de carbono ou quaisquer outras concentrações não serão imputadas do termo em si, mas somente por referência a modalidades específicas e equivalentes destas. Por exemplo, será notado que um material de início com teor de carbono muito baixo, sujeito aos processos divulgados, pode produzir um reagente biogênico de alto teor de carbono que é altamente enriquecido em carbono em relação ao material de início (alto rendimento de carbono), mas, no entanto, é relativamente baixo em carbono (baixa pureza de carbono), incluindo menos de 50% em peso de carbono.
[128] Pirólise geralmente refere-se à decomposição térmica de um material carbonáceo. Na pirólise, menos oxigênio está presente do que é necessário para a combustão completa do material, como menos de 10%, 5%, 1%, 0,5%, 0,1% > ou 0,01% do oxigênio que é necessário para a combustão completa. Em algumas modalidades, a pirólise é realizada na ausência de oxigênio.
[129] Alterações exemplares que podem ocorrer durante a pirólise incluem quaisquer das seguintes: (i) transferência de calor de uma fonte de calor aumenta a temperatura no interior da matéria-prima; (ii) o início de reações de pirólise primária nesta temperatura superior libera compostos voláteis e forma um carvão; (iii) o fluxo de compostos voláteis quentes para resultados sólidos mais frios na transferência de calor entre compostos voláteis quentes e matéria-prima não pirolisada mais fria; (iv) condensação de alguns dos compostos voláteis nas partes mais frias da matériaprima, seguida de reações secundárias, pode produzir alcatrão; (v) reações de pirólise secundária autocatalíticas acontecem enquanto reações de pirólise primárias ocorrem simultaneamente em concorrência; e (vi) também pode ocorrer decomposição térmica, reforma, reações de deslocamento de água-gás, recombinação de radicais livres e/ou desidratações, que são uma função do perfil de pressão, temperatura e tempo de residência.
[130] A pirólise pode pelo menos desidratar parcialmente a matéria-prima. Em
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 64/215
36/160 várias modalidades, a pirólise remove mais que cerca de 50%, 75%, 90% >, 95%, 99% ou mais da água da matéria-prima.
[131] Como discutido acima, algumas variações da invenção estão baseadas, pelo menos em parte, na descoberta de que vários reatores ou zonas múltiplas dentro de um único reator podem ser projetadas e operadas de uma maneira que otimiza o rendimento do carbono e a qualidade do produto da pirólise, enquanto mantêm a flexibilidade e adaptabilidade para variações de matéria-prima e os requisitos do produto.
[132] Em geral, as temperaturas e tempos de residência são selecionados para alcançar química de pirólise relativamente lenta. O benefício é potencialmente a preservação substancial das paredes celulares contidas na estrutura de biomassa, o que significa que o produto final pode reter alguma, a maioria ou toda forma e força da biomassa inicial. A fim de maximizar o benefício potencial, pode ser utilizado um aparelho que não destrua mecanicamente as paredes celulares ou de outra forma converta as partículas de biomassa em pequenos pedaços. Diversas configurações do reator são discutidas após a descrição do processo abaixo.
[133] Além disso, se a matéria-prima é uma matéria-prima moída ou dimensionada, tais como lascas de madeira ou de pelotas, pode ser desejável para a matéria-prima a ser cuidadosamente moída ou dimensionada. Tratamento inicial cuidadoso tenderá a preservar a integridade da força da parede celular que está presente na fonte da matéria-prima nativa (por exemplo, árvores). Isso também pode ser importante quando o produto final deve manter alguma, a maioria ou toda forma e força da biomassa inicial.
[134] Em várias modalidades, são tomadas medidas para preservar a estrutura vascular da matéria-prima de madeira para criar maior resistência em reagentes biogênicos. Por exemplo, e sem limitação, em várias modalidades, a matéria-prima é preparada pela matéria-prima de secagem durante um período prolongado de tempo,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 65/215
37/160 por exemplo durante um período de tempo de não menos de 1 hora, não menos de 2 horas, menos de 3 horas, não menos de 4 horas, não menos de 5 horas, não menos de 6 horas, não menos de 7 horas, não menos de 8 horas, não menos de 9 horas, menos de 10 horas, menos de 11 horas, não menos de 12 horas, não menos de 13 horas, não menos de 14 horas, não menos de 15 horas, não menos de 16 horas, não menos de 17 horas, não menos de 18 horas, não menos de 19 horas, não menos de 20 horas, não menos de 21 horas, não menos de 22 horas, não menos de 23 horas ou não menos de 24 horas, para permitir que a água e os gases saiam da biomassa sem destruir a estrutura vascular da matéria-prima. Em várias modalidades, a utilização de uma taxa de calor progressivo lento durante a pirólise (por exemplo, em contraste com a pirólise rápida) ao longo de minutos ou horas é usada para permitir que a água e os gases saiam da biomassa sem destruir a estrutura vascular da matéria-prima. Por exemplo, e sem limitação, uma taxa de aumento de temperatura durante a etapa de pirólise pode variar de cerca de 1°C por minuto até cerca de 40°C por minuto, por exemplo, cerca de 1°C por minuto, cerca de 2°C. por minuto, cerca de 4°C. por minuto, cerca de 5°C por minuto, cerca de 10°C por minuto, cerca de 15°C por minuto, cerca de 20°C por minuto, cerca de 25°C por minuto, cerca de 30°C por minuto, cerca de 35°C por minuto ou cerca de 40°C por minuto. Em algumas modalidades, o aumento de temperatura ocorre em uma zona de pré-aquecimento para produzir a matéria-prima pré-aquecida. Em algumas modalidades, o aumento da temperatura ocorre predominantemente ou totalmente em uma zona de préaquecimento para produzir a matéria-prima pré-aquecida. Em algumas modalidades, a temperatura da matéria-prima pré-aquecida é aumentada em uma zona de prépirólise. Em algumas modalidades, o aumento da temperatura ocorre pelo menos em parte, em uma zona de carbonização ou uma zona de pirólise. Em algumas modalidades, o aumento da temperatura ocorre predominantemente ou totalmente em uma zona de carbonização ou em uma zona de pirólise. Em algumas modalidades,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 66/215
38/160 uma zona de pré-aquecimento, zona de pré-pirólise, uma zona de carbonização ou uma zona pirólise é configurada para aumentar a temperatura durante a pirólise de uma temperatura baixa inicial para uma temperatura maior final ao longo do tempo. Em algumas modalidades, o aumento de temperatura é linear ou substancialmente linear ao longo do tempo. Em algumas modalidades, a taxa do aumento da temperatura aumenta ou diminui ao longo do tempo, de forma que a temperatura durante o pré-aquecimento, pré-pirólise e/ou carbonização ou pirólise é pelo menos parcialmente não linear, por exemplo, logarítmica ou substancialmente logarítmica por pelo menos uma parte da etapa de pré-aquecimento, pré-pirólise e/ou carbonização ou pirólise. Em várias modalidades, um aditivo é usado antes da secagem ou pirólise para reduzir a formação de gás que pode danificar a estrutura vascular da matériaprima durante a pirólise. Em várias modalidades, antes da pirólise, a matéria-prima seca é dimensionada usando uma serra ou outro dispositivo de corte projetado para ser menos destrutivo para a estrutura vascular da madeira do que outros tipos de dimensionamento como esculpir ou cisalhar madeira molhada que fratura a madeira e diminui a sua força. Em tais modalidades, um reagente biogênico tem um índice de força maior (por exemplo, valor de CSR) do que um reagente biogênico comparável não preparado de tal forma.
[135]Em várias modalidades, a matéria-prima é preparada pela biomassa de moagem para formar uma pluralidade de partes de biomassa que são dimensionadas substancialmente uniformes e com forma substancialmente uniforme. Por exemplo e sem limitação, a biomassa pode ser processada para produzir serragem de tamanho aproximado de grão uniforme (por exemplo, o tamanho de malha). Alternativamente, a biomassa pode ser processada para produzir lascas com dimensões substancialmente uniformes (por exemplo, peças de aproximadamente 1 polegada por aproximadamente 1/2 polegada por aproximadamente 1/8 polegada). Em outras modalidades, a matéria-prima pode ser preparada pela moagem da biomassa para
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 67/215
39/160 formar comprimentos de material com dimensões ou diâmetros de largura e profundidade substancialmente uniformes (por exemplo, barras de madeira, placas ou pinos). Em modalidades relacionadas, os comprimentos do material com a largura e a profundidade ou diâmetro substancialmente uniformes podem ainda ser moídos para produzir partes de matéria-prima de comprimentos substancialmente uniformes, resultando em um material de matéria-prima com tamanho e forma substancialmente uniformes. Por exemplo, pinos de madeira com diâmetro uniforme (por exemplo, cerca de 1-1/8 polegada) pode ser cortados em peças de comprimento substancialmente uniforme (por exemplo, cerca de 1,5 polegada). Os pedaços de matéria-prima resultantes têm uma forma substancialmente uniforme (cilindros) e um tamanho substancialmente uniforme (cerca 1-1/8 polegada de diâmetro por cerca de 1,5 polegada de comprimento). Em algumas modalidades, um reagente biogênico preparado a partir de uma matéria-prima consiste de pedaços de tamanho e forma substancialmente uniforme produzido em maior rendimento em massa do que um reagente biogênico comparável preparado a partir de pedaços de matéria-prima de forma e/ou tamanho substancialmente não uniforme.
[136]Com referência geral às FIGURAS 1 a 13, os diagramas de fluxo de bloco de diversas modalidades de multirreatores exemplares da presente divulgação são ilustrados. Cada figura é discutida por sua vez abaixo. Deve-se notar que as FIGURAS 1 a 13 representam algumas modalidades do exemplo, mas não todas as modalidades contempladas da divulgação atual. Como discutido abaixo, várias modalidades adicionais não ilustradas e combinações de vários componentes e características discutidas neste documento também estão contempladas. Como será compreendido na discussão abaixo, qualquer um da pluralidade dos reatores discutidos neste documento podem ser reatores independentes ou como alternativa dentro de uma única BPU de reator pode incluir uma pluralidade de zonas ou uma combinação destas. Deve-se observar que, embora cada figura ilustre uma modalidade alternativa
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 68/215
40/160 diferente, todas as outras discussões nesta divulgação podem aplicar a cada uma das modalidades ilustradas e não ilustradas.
[137] Agora com referência geral à FIG. 1, um diagrama de fluxo de bloco de uma modalidade de multirreator da presente divulgação é ilustrado. Essa modalidade pode utilizar dois a uma pluralidade de reatores diferentes. Três reatores são mostrados na modalidade ilustrativa, entretanto, todo o número diferente de reatores poderia ser empregado. Em uma modalidade, cada reator é conectado a, pelo menos, um outro reator através de uma unidade de transporte de material 304 (mostrado na FIG. 3). Em uma modalidade, a unidade de transporte de material 304 controla as condições de temperatura e atmosféricas.
[138] Na modalidade ilustrada, a matéria bruta 109, como a biomassa, é opcionalmente seca e dimensionada fora do sistema e introduzida no primeiro reator 100 em um ambiente pobre em oxigênio através da utilização de um sistema de alimentação de material 108. Como discutido em mais detalhes abaixo e como ilustrado na FIG. 3, sistema de alimentação de material 108 reduz o nível de oxigênio no ar do ambiente no sistema a não mais de cerca de 3%. A matéria bruta 109 entra o primeiro reator 112 através da unidade de transporte de material incluída 304 depois que os níveis de oxigênio tiverem diminuído no primeiro reator. Em uma modalidade, a unidade de transporte de matéria bruta incluirá uma luva ou jaqueta envolvida através da qual o vapor e gases de escape do reator são enviados e usados para préaquecer a biomassa diretamente ou enviados a um aquecedor de gás de processo e/ou trocador de calor e, então, enviados e usados para pré-aquecer ou pirolisar a biomassa.
[139] Na modalidade ilustrada, a matéria bruta 109 vai primeiro do sistema de alimentação de material 108 para a unidade de transporte de material 304 no primeiro reator da BPU 112.
[140] Como discutido em mais detalhes abaixo, em uma modalidade, o
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 69/215
41/160 primeiro reator 112 é configurado para ser conectado a qualquer outro reator no sistema para recuperar o calor dissipado 132 e conserva energia através de um sistema de recuperação de calor dissipado adequado. Em uma modalidade, o calor dissipado desprendido no primeiro reator 112 é usado para operar um compartimento de vapor ou outro mecanismo de aquecimento adequado configurado para secar matéria bruta 109 dentro ou fora do sistema. Em várias modalidades, outros subprodutos do calor dissipado, como um gás inerte substancialmente aquecido ou similar, podem ser usados em outro lugar no sistema para enriquecer ainda mais o material em qualquer ponto ao longo do processo.
[141] Na modalidade ilustrada, a biomassa 109 entra no primeiro reator 112, onde a temperatura aumenta a partir do intervalo de temperatura ambiente de cerca de 150°C a uma temperatura de cerca de 100°C a cerca de 200°C. Em uma modalidade, a temperatura não excede 200°C no primeiro reator 112. Como discutido mais detalhadamente abaixo, o primeiro reator 112 pode incluir um mecanismo de saída para capturar e expulsar gases de escape 120 partir da biomassa 123 enquanto ela está sendo aquecida. Em uma modalidade, os gases de escape 120 são extraídos para uso posterior opcional. Em várias modalidades, a fonte de aquecimento usada para várias zonas na BPU 102 é elétrica ou gás. Em uma modalidade, a fonte de aquecimento usada para os vários reatores da BPU 102 é o gás dissipado de outros reatores da unidade 102 ou de fontes externas. Em várias modalidades, o calor é indireto.
[142] Após o pré-aquecimento no primeiro reator 112, a unidade de transporte de material 304 passa o material pré-aquecido 123 no segundo reator opcional 114. Na modalidade de um reator 1 14 é o mesmo que reator 112. Em uma modalidade onde reator 114 é diferente do reator 112, o transporte de material de unidade 304 penetra o segundo reator 114 através de um sistema de selo de vapor de alta temperatura (por exemplo, uma câmara de vácuo), que permite o transporte de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 70/215
42/160 material unidade 304 penetrar o segundo reator, evitando escape de gás. Em uma modalidade, o interior do segundo reator 114 é aquecido a uma temperatura de cerca de 100°C a cerca de 600°C ou cerca de 200°C a cerca de 600°C. Em outra modalidade, o segundo reator 114 inclui uma porta de saída semelhante ao primeiro reator 102 para capturar e expulsar os gases 122 desprendidos do material préaquecido 123 enquanto ele está sendo carbonizado. Em uma modalidade, os gases 122 são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade ilustrativa, os gases de escape 120 do primeiro reator 112 e os gases de escape 122 do segundo reator 114 são combinados em uma corrente de gás 124. Uma vez carbonizada, a biomassa carbonizada 125 sai do segundo reator 114 e entra no terceiro reator 116 para resfriamento. Novamente, o terceiro reator pode ser o mesmo reator 112 ou 114 ou um diferente.
[143]Em uma modalidade, quando o reagente biogênico 125 entra no terceiro reator 116, a biomassa carbonizada 125 pode esfriar (ativa ou passivamente) para uma faixa de temperatura especificada para formar a biomassa carbonizada 126, como discutido acima. Em uma modalidade, a temperatura da biomassa carbonizada 125 é reduzida no terceiro reator sob condições atmosféricas substancialmente inertes. Em outra modalidade, o terceiro reator esfria a biomassa carbonizada 125 com um mecanismo de resfriamento adicional de água. Deve-se observar que a biomassa carbonizada 126 pode refrigerar no terceiro reator 116 ao ponto onde não espontaneamente vai queimar se exposta ao ar oxigenado. Em uma tal modalidade, o terceiro reator 116 reduz a temperatura da biomassa carbonizada para abaixo de 200°C. Em uma modalidade, o terceiro reator inclui um misturador (não mostrado) para agitar e esfriar uniformemente a biomassa carbonizada. Deve-se observar que esse resfriamento pode ocorrer direta ou indiretamente com água ou outros líquidos; o resfriamento também pode ocorrer diretamente ou indiretamente com ar ou outros gases resfriados ou qualquer combinação acima.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 71/215
43/160 [144] Deve-se observar que em várias modalidades (não mostradas) um ou mais refrigeradores adicionais ou mecanismos de resfriamento são empregados para reduzir ainda mais a temperatura da biomassa carbonizada. Em várias dessas modalidades, o refrigerador é separado dos outros reatores 112, 114, 116 ao longo do sistema de transporte de material. Em algumas modalidades, o refrigerador segue os reatores. Em algumas modalidades, o refrigerador pode ser o mesmo que os reatores 112, 114, 116. Em outras modalidades, o refrigerador é, por exemplo, um parafuso, verruma, transportadora (especificamente, uma esteira transportadora em uma modalidade), tambor, tela, panela, leito contracorrente, torre vertical, pá revestida, parafuso de resfriamento ou combinação destes que esfria direta ou indiretamente com água ou outros líquidos ou diretamente ou indiretamente com outros gases ou a combinação das opções acima. Em várias modalidades, refrigeradores podem incluir spray de água, correntes de gás inerte de resfriamento, nitrogênio líquido ou ar ambiente se abaixo da temperatura de ignição. Deve-se observar que o calor pode ser recuperado a partir desta etapa capturando o vapor rápido gerado pelo spray de água ou o vapor superaquecido gerado quando o vapor saturado é introduzido e aquecido por biomassa carbonizada.
[145] Como ilustrado nas FIGURAS 1 e 5, a unidade do separador de fase gasosa 200 inclui pelo menos uma entrada e uma pluralidade de saídas. Pelo menos uma entrada está conectada às portas de escape no primeiro reator 112 e do segundo reator 114 da BPU 102. Uma das saídas é conectada à unidade de recuperação de carbono 104 e uma outra saída está conectada ao equipamento de coleta ou mais equipamentos de processamento, tais como uma coluna de destilação ou uma unidade de hidrogenação de ácidos 106. Em várias modalidades, o separador de fase de gás processa os gases de escape 120, 122 do primeiro reator 112 e do segundo reator 114 para produzir um condensado 128 e um gás enriquecido 204. Em várias modalidades, os condensáveis podem ser usados para recuperação de energia (134)
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 72/215
44/160 (por exemplo no secador, reator ou processo de aquecedor de gás) ou para outro enriquecimento de carbono. Em várias modalidades, não condensáveis (por exemplo CO) podem ser usados para recuperação de energia (134) (por exemplo, em secador, reator ou aquecedor de gás de processo), como um gás inerte no processo (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou refrigerador discutido em mais detalhes abaixo) ou para o enriquecimento de carbono.
[146] Em várias modalidades, o condensado 128 inclui compostos polares, como ácido acético, metanol e furfural. Em outra modalidade, o gás de enriquecimento 204 produzido pelo separador de fase de gás 200 inclui pelo menos gases apolares, por exemplo, monóxido de carbono, terpenos, metano, dióxido de carbono etc. Em uma modalidade, o separador de fase de gás compreende uma coluna de fraccionamento. Em uma modalidade, o ácido acético é enviado através de uma linha 128 para uma unidade de hidrogenação de ácidos opcional. Em outra modalidade, o metanol e/ou furfural são enviados por linhas adicionais opcionais 136 para uma unidade de processamento/destilação 138 [147] Em várias modalidades, como discutido em mais detalhes abaixo, a unidade de recuperação de carbono em si tem a facilidade para enriquecer o material. Em várias outras modalidades, o material é enriquecido em uma unidade de enriquecimento de material separada da unidade de recuperação de carbono. Devese notar que, em algumas dessas modalidades, a unidade de recuperação de carbono é um recipiente para armazenar o material carbonizado, e a unidade de enriquecimento material separado é a unidade na qual os gases são introduzidos para enriquecer o material.
[148] Na modalidade ilustrada, a unidade de recuperação de carbono 500 também enriquece a biomassa carbonizada 126. A biomassa carbonizada 126 sai do terceiro reator ao longo da unidade de transporte de material 304 e entra na unidade de recuperação de carbono 500. Em diversas modalidades, como ilustrado em mais
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 73/215
45/160 detalhes na figura 5 e como discutido acima, a unidade de recuperação de carbono 500 também inclui uma entrada 524 conectada ao separador de fase de gás 200. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento 204 é direcionado para a unidade de recuperação de carbono a ser combinada com o reagente biogênico 126 para criar um reagente biogênico de alto teor de carbono 136. Em outra modalidade, um gás enriquecido com carbono de uma fonte externa também pode ser direcionado para a unidade de recuperação de carbono a ser combinada com a biomassa carbonizada 126 para adicionar carbono adicional ao reagente biogênico de alto teor de carbono final produzido. Em diversas modalidades, a biomassa carbonizada 126 é biomassa carbonizada de temperatura reduzida. De forma ilustrativa, o sistema 100 pode ser colocalizado perto de uma unidade de processamento de madeira e o gás enriquecido com carbono da unidade de processamento de madeira pode ser usado como gás de uma fonte externa.
[149] Referindo-se agora de forma geral à figura 2, um fluxograma em bloco de um único reator, a modalidade da multizona da presente divulgação é ilustrada. Na modalidade ilustrada, a matéria bruta 209, tal como a biomassa, é introduzida no reator 200 em uma atmosfera de baixo oxigênio, opcionalmente, através do uso de um sistema de alimentação de material 108 já descrito. Como discutido em mais detalhes abaixo, o sistema de alimentação de material 108 reduz o nível de oxigênio no ar ambiente no sistema em não mais do que cerca de 3%. A matéria bruta 209 entra na BPU 202 em uma unidade de transporte de material fechada 304 após os níveis de oxigênio terem sido diminuídos. Em uma modalidade, a unidade de transporte de material incluirá uma jaqueta ou luva encapsulada através da qual vapor e gases de escape do reator 200 são enviados e usados para pré-aquecer a biomassa.
[150] Na modalidade ilustrada, a matéria bruta primeiramente percorre a partir do sistema de alimentação de material 108 na unidade de transporte de material 304 através de uma zona de secagem opcional 210 da BPU 202. Em uma modalidade, a
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 74/215
46/160 zona de secagem opcional 210 aquece a matéria bruta para remover a água e outra umidade antes de ser encaminhada para a zona de pré-aquecimento 212. Em uma modalidade, o interior da zona de secagem opcional 210 é aquecido a uma temperatura de cerca de temperatura ambiente a cerca de 150°C. A água 238 ou outra umidade removida da matéria bruta 209 pode ser dissipada, por exemplo, a partir da zona de secagem opcional 210. Em outra modalidade, a zona de secagem opcional é adaptada para permitir que vapores e vapor sejam extraídos. Em outra modalidade, vapores e vapor da zona de secagem opcional são extraídos para uso posterior opcional. Como discutido abaixo, vapores ou vapor extraídos da zona de secagem opcional podem ser usados em um sistema de recuperação de calor residual adequado com o sistema de alimentação de material. Em uma modalidade, vapores e vapor usados no sistema de alimentação de material pré-aquecem as matériasprimas enquanto os níveis de oxigênio estão sendo purgados no sistema de alimentação de material. Em outra modalidade, a biomassa é seca fora do reator e o reator não compreende uma zona de secagem.
[151] Como discutido em mais detalhes abaixo, em uma modalidade, a zona de secagem opcional 210 é configurada para ser conectada à zona de resfriamento 216 para recuperar o calor residual 232 e conservar a energia através de um sistema de recuperação de calor residual adequado. Em uma modalidade, o calor residual emitido na zona de resfriamento 216 é usado para operar um mecanismo de aquecimento configurado para secar matérias-primas 209 na zona de secagem opcional 210. Após ser seca por um período de tempo desejado, a biomassa seca 221 sai da zona de secagem opcional 210 e entra na zona de pré-aquecimento 212.
[152] Na modalidade ilustrada, a biomassa seca 221 entra na primeira zona (de pré-aquecimento) 212, em que a temperatura é elevada a partir da faixa de cerca de temperatura ambiente a cerca de 150°C para uma faixa de temperatura de cerca de 100°C a cerca de 200°C. Em uma modalidade, a temperatura não excede 200°C,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 75/215
47/160 na primeira zona/de pré-aquecimento 212. Deve ser apreciado que se a zona de préaquecimento 212 estiver muito quente ou não estiver suficientemente quente, a biomassa seca 221 poderá processar de forma incorreta antes de entrar na segunda zona 214. Como discutido em mais detalhes abaixo, a zona de pré-aquecimento 212 pode incluir um mecanismo de saída para capturar e dissipar gases de escape 220 a partir da biomassa seca 221 enquanto está sendo pré-aquecida. Em outra modalidade, os gases de escape 220 são extraídos para uso posterior opcional. Em diversas modalidades, a fonte de aquecimento usada para diversas zonas na BPU 202 é elétrica ou a gás. Em uma modalidade, a fonte de aquecimento usada para as diversas zonas da BPU 202 é gás residual de outras zonas da unidade 202 ou de fontes externas. Em diversas modalidades, o aquecimento é indireto.
[153]Após a zona de pré-aquecimento 212, a unidade de transporte de material 304 passa o material pré-aquecido 223 na segunda zona (pirólise) 214. Em uma modalidade, a unidade de transporte de material 304 penetra na segunda zona/de pirólise através de um sistema de vedação a vapor de alta temperatura (tal como uma eclusa de ar, não mostrada), que permite que a unidade de transporte de material 304 penetre na zona de pirólise de alta temperatura, impedindo (ou minimizando) que o gás escape. Em uma modalidade, o interior da zona de pirólise 214 é aquecido a uma temperatura de cerca de 100°C a cerca de 600°C ou 200°C a cerca de 500°C. Em outra modalidade, a zona de pirólise 214 inclui um orifício de saída similar à zona de pré-aquecimento 212 para capturar e dissipar os gases 222 emitidos da biomassa pré-aquecida 223 enquanto está sendo carbonizada. Em uma modalidade, os gases 222 são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade ilustrativa, os gases de escape 220 da zona de pré-aquecimento 212 e os gases de escape 222 da zona de pirólise 214 são combinados em uma corrente de gás 224. Uma vez carbonizada, a biomassa carbonizada 225 sai da segunda zona/de pirólise 214 e entra na terceira zona/ de redução de temperatura ou de resfriamento
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 76/215
48/160
216.
[154] Em uma modalidade, quando a biomassa carbonizada 225 entra na zona de resfriamento 216, a biomassa carbonizada 225 é permitida resfriar a uma faixa de temperatura especificada de cerca de 20°C a 25°C (de cerca de temperatura ambiente) para se tornar a biomassa carbonizada de temperatura reduzida 226, como discutido acima. Em diversas modalidades, a BPU 202 inclui uma pluralidade de zonas de resfriamento. Em uma modalidade, a zona de resfriamento 216 resfria a biomassa carbonizada para um valor abaixo de 200°C. Em uma modalidade, a zona de resfriamento inclui um misturador para agitar e resfriar uniformemente os materiais. Em diversas modalidades, uma ou mais da pluralidade de zonas de resfriamento estão fora da BPU 202.
[155] Conforme ilustrado nas figuras 2 e 5, a unidade separadora de fase de gás 200 inclui pelo menos uma entrada e uma pluralidade de saídas. Nesta modalidade ilustrativa, a pelo menos uma entrada é conectada aos orifícios de escape na primeira zona/ de pré-aquecimento 212 e na segunda zona/ de pirólise 214 da BPU 202. Uma das saídas é conectada à unidade de recuperação de carbono 500 (que é configurada para enriquecer o material), e outra das saídas é conectada ao equipamento de coleta ou equipamento de processamento adicional tal como uma unidade de hidrogenação de ácido 206 ou coluna de destilação. Em diversas modalidades, o separador de fase de gás processa os gases de escape 220, 222 da primeira zona/de pré-aquecimento 212 e da segunda zona/de pirólise 214 para produzir um condensado 228 e um gás de enriquecimento 204. Em uma modalidade, o condensado 228 inclui compostos polares, tais como ácido acético, metanol e furfural. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento 204 produzido pelo separador de fase de gás 200 inclui pelo menos gases não polares. Em uma modalidade, o separador de fase de gás compreende uma coluna de fracionamento. Em uma modalidade, ácido acético é enviado através de uma linha 228 para uma unidade de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 77/215
49/160 hidrogenação de ácido opcional 206. Em outra modalidade, metanol e/ou furfural são enviados através da(s) linha(s) adicional(ais) opcional(ais) 236 para uma unidade de destilação/processamento 238.
[156] Nas modalidades ilustradas, a biomassa carbonizada sai do reator/zona de resfriamento ao longo da unidade de transferência de material 304 e entra na unidade de recuperação de carbono 500. Em diversas modalidades, como ilustrado em mais detalhes na figura 5 e como discutido acima, a unidade de recuperação de carbono 500 também inclui uma entrada 524 conectada ao separador de fase de gás 200. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento 204 é direcionado para a unidade de recuperação de carbono 500 a ser combinada com o reagente biogênico 226 para criar um reagente biogênico de alto teor de carbono 136. Em outra modalidade, um gás enriquecido com carbono de uma fonte externa também pode ser direcionado para a unidade de recuperação de carbono 500 a ser combinada com o reagente biogênico 226 para adicionar carbono adicional ao reagente biogênico. Em diversas modalidades, os gases retirados da unidade de recuperação de carbono 500 na referência 234 opcionalmente são usados em sistemas de recuperação de energia e/ou sistemas para enriquecimento de carbono adicional. De forma ilustrativa, em diversas modalidades, os gases retirados de uma ou mais zonas da BPU 202 são usados opcionalmente em sistemas de recuperação de energia e/ou sistemas para enriquecimento de carbono adicional. De forma ilustrativa, o sistema 200 pode ser colocalizado perto de uma unidade de processamento de madeira e o gás enriquecido com carbono da unidade de processamento de madeira pode ser usado como gás de uma fonte externa.
[157] Agora se referindo de forma geral à figura 3, uma modalidade do sistema de alimentação de material da presente divulgação é ilustrada. Como discutido acima, altos níveis de oxigênio no ar ambiente em torno da matéria bruta quando esta processa podem resultar em combustão ou oxidação indesejável da matéria bruta,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 78/215
50/160 que reduz a quantidade e a qualidade do produto final. Em uma modalidade, o sistema de alimentação de material é um sistema fechado e inclui um ou mais coletores configurados para purgar o oxigênio do ar em torno da matéria bruta. Em uma modalidade, o nível de oxigênio de cerca de 0,5% a cerca de 1,0% é usado para préaquecer, pirolisar/carbonizar e resfriar. Deve ser apreciado que um objetivo principal do sistema de alimentação de material fechado é reduzir os níveis de oxigênio para não mais do que cerca de 3%, não mais do que cerca de 2%, não mais do que cerca de 1% ou não mais do que cerca de 0,5%. Após o nível de oxigênio ser reduzido, a biomassa é transferida ao longo do sistema de alimentação de material na BPU. Deve ser apreciado que em diversas modalidades, o pré-aquecimento de gases inertes, através da energia recuperada do processo e subsequente introdução de gases inertes pré-aquecidos na BPU, no reator ou no reator de corte torna o sistema mais eficiente.
[158] Em algumas modalidades, um reator de corte é incluído no sistema. Em uma modalidade do reator de corte, o material pirolisado da BPU é alimentado em um reator adicional separado para pirólise adicional onde o gás inerte é introduzido para criar um produto com níveis de carbono fixo mais elevados. Em diversas modalidades, o processo secundário pode ser conduzido em contêiner tal como um tambor, tanque, barril, receptáculo, recipiente fechado, tubulação, saco, prensa, ou caixa de carga. Em diversas modalidades, o contêiner final também pode ser usado para transporte da biomassa carbonizada. Em algumas modalidades, o gás inerte é aquecido através do trocador de calor que deriva calor de gases extraídos da BPU e queimados em um aquecedor de gás de processo.
[159] Como pode ser visto na figura 3, o sistema de alimentação de material fechado 108 inclui um funil de alimentação de matéria bruta 300, uma unidade de transporte de material 304 e um coletor de purga de oxigênio 302.
[160] Em uma modalidade, o funil de alimentação de matéria bruta 300 é
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 79/215
51/160 qualquer recipiente ao ar livre ou ao ar fechado adequado configurado para receber biomassa bruta ou dimensionada/seca 109/209. O funil de alimentação de matéria bruta 300 é operacionalmente conectado à unidade de transporte de material 304, que, em uma modalidade, é um sistema de parafuso ou rosca helicoidal operacionalmente girada por uma fonte de acionamento. Em uma modalidade, a matéria bruta 109/209 é alimentada na unidade de transporte de material 304 por um sistema de alimentação por gravidade. Deve ser apreciado que a unidade de transporte de material 304 da figura 3 é moldada de modo que o parafuso ou a rosca helicoidal 305 seja contida em um invólucro adequado 307. Em uma modalidade, o invólucro 307 substancialmente cilindricamente é moldado. Em diversas modalidades, sistemas de alimentação de material incluem um parafuso, uma rosca helicoidal, transportador, tambor, tela, calha, câmara de gota, dispositivo de transporte pneumático, incluindo uma eclusa de ar giratória ou uma câmara de aba dupla ou tripla.
[161] Como a matéria bruta 109/209 é alimentada a partir do funil de alimentação de matéria bruta 300 para a unidade de transporte de material 304, a rosca helicoidal ou o parafuso 305 é girado, movendo a matéria bruta 109/209 em direção ao coletor de purga de oxigênio 302. Deve ser apreciado que, quando a matéria bruta 109/209 atinge o coletor de purga de oxigênio 302, o ar ambiente entre a matéria bruta 109/209 na unidade de transporte de material 304 inclui cerca de 20,9% de oxigênio. Em diversas modalidades, um coletor de purga de oxigênio 302 é disposto junto ou próximo à unidade de transporte de material 304. Dentro do coletor de dobra de oxigênio de uma modalidade, o invólucro 307 da unidade de transporte de material 304 inclui uma pluralidade de orifícios de entrada de gás 310a, 310b, 310c e uma pluralidade de orifícios de saída de gás 308a, 308b, 308c.
[162] O coletor de purga de oxigênio 302 tem pelo menos uma linha de entrada de gás 312 e pelo menos uma linha de saída de gás 314. Em diversas modalidades,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 80/215
52/160 a pelo menos uma linha de entrada de gás 312 do coletor de purga de oxigênio 302 está em comunicação operável com cada um da pluralidade de orifícios de entrada de gás 310a, 310b, 310c. De forma similar, em diversas modalidades, a pelo menos uma linha de saída de gás 314 do coletor de purga de oxigênio 302 está em comunicação operável com cada um da pluralidade de orifícios de saída de gás 308a, 308b, 308c. Deve ser apreciado que, em uma modalidade, a linha de entrada de gás 312 é configurada para bombear um gás inerte nos orifícios de entrada de gás 310a, 310b, 310c. Em tal modalidade, o gás inerte é nitrogênio não contendo substancialmente nenhum oxigênio. Em uma modalidade, o gás inerte fluirá em contracorrente à biomassa.
[163]Como será compreendido, a introdução de gás inerte 312 na unidade de transporte de material fechada 304 forçará o ar ambiente a sair do sistema fechado. Em operação, quando o gás inerte 312 é introduzido no primeiro orifício de entrada de gás 310a de uma modalidade, uma quantidade de ar ambiente rico em oxigênio é forçada a sair do orifício de saída 308a. Deve ser apreciado que, neste ponto, o nível desejado de não mais do que cerca de 2% de oxigênio, não mais do que cerca de 1% de oxigênio, não mais do que cerca de 0,5% de oxigênio ou não mais do que 0,2% de oxigênio pode não ser alcançado. Portanto, em diversas modalidades, infusões adicionais de gás inerte 312 devem ser feitas para eliminar a quantidade necessária de oxigênio do ar em torno da matéria bruta 109 no sistema fechado. Em uma modalidade, o segundo orifício de entrada de gás 310b bombeia o gás inerte 312 no sistema fechado logo após a infusão no primeiro orifício de entrada de gás 310a, assim purgando mais do oxigênio restante a partir do sistema fechado. Deve ser apreciado que, após uma ou duas infusões de gás inerte 312 para purgar o oxigênio 314, o nível desejado de menos oxigênio pode ser alcançado. Se, em uma modalidade, os níveis de oxigênio desejados ainda não forem alcançados após duas infusões de gás inerte, uma terceira infusão de gás inerte 312 na entrada de gás 310c purgará quantidades
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 81/215
53/160 indesejáveis restantes de oxigênio 314 a partir do sistema fechado na saída de gás 308c. Entradas/saídas adicionais também podem ser incorporadas, se desejado. Em diversas modalidades, níveis de oxigênio são monitorados em todo o sistema de alimentação de material para permitir a calibração da quantidade e localização de infusões de gás inerte.
[164] Em uma modalidade alternativa, calor, vapor e gases recuperados a partir do reator são direcionados para o sistema de alimentação, onde eles são colocados na jaqueta e separados a partir do contato direto com o material de alimentação, mas indiretamente aquecer o material de alimentação antes da introdução no reator.
[165] Em uma modalidade alternativa, calor, vapor e gases recuperados da zona de secagem do reator são direcionados para o sistema de alimentação, onde eles são colocados na jaqueta e separados do contato direto com o material de alimentação, mas indiretamente aquecer o material da alimentação antes da introdução no reator.
[166] Deve ser apreciado que os orifícios de entrada de gás 310a, 310b, 310c e os orifícios de saída de gás correspondentes 308a, 308b, 308c, respectivamente, de uma modalidade são ligeiramente deslocados um do outro em relação a um plano de bifurcação vertical através da unidade de transporte de material 304. Por exemplo, em uma modalidade, o orifício de entrada 310a e o orifício de saída correspondente 308 são deslocados na unidade de transporte de material 304 por uma quantidade que corresponde aproximadamente ao pico da rosca helicoidal 305 na unidade de transporte de material 304. Em diversas modalidades, após a atmosfera que circunda a matéria bruta 109/209 ser satisfatoriamente desoxigenada, é alimentada a partir do sistema de alimentação de material 108 na BPU 102. Em diversas modalidades, os níveis de oxigênio são monitorados em todo o sistema de alimentação de material para permitir a calibração da quantidade e localização de infusões de gás inerte.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 82/215
54/160 [167] Deve ser apreciado que, em uma modalidade, a matéria bruta 109/209 e posteriormente a biomassa seca 221, biomassa pré-aquecida 123/223, biomassa carbonizada 125/225 e biomassa carbonizada 126/226, percorre através do reator 102 (ou reatores) ao longo de uma unidade de transporte de material contínua 304. Em outra modalidade, a unidade de transporte de material que transporta o material difere em diferentes estágios do processo. Em uma modalidade, o processo de mover o material através do reator, zonas ou reatores é contínuo. Em tal modalidade, a velocidade da unidade de transporte de material 304 é adequadamente calibrada e calculada por um processador e controlador associado de modo que a operação da unidade de transporte de material 304 não necessite de interrupção quando o material se mover através do reator ou reatores.
[168] Em outra modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para ajustar a velocidade da unidade de transporte de material 304 com base em um ou mais sensores de feedback, gás detectado (por exemplo, a partir de FTIR opcional), parâmetros medidos, medidores de temperatura ou outras variáveis adequadas no processo de reator. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, quaisquer sensores de umidade adequados, sensores de temperatura ou sensores de gás em comunicação operável com o controlador e o processador poderiam ser integrados em ou entre cada uma das zonas/reatores ou em qualquer posição adequada ao longo da unidade de transporte de material 304. Em uma modalidade, o controlador e o processador usam as informações de sensores ou medidores para otimizar a velocidade e a eficiência da BPU 100/200. Em uma modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para operar a unidade de transporte de material 304. Em uma modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para monitorar a concentração, a temperatura e a umidade do gás dentro da unidade de transporte de material 304 ou qualquer um dos reatores. Em uma
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 83/215
55/160 modalidade, o controlador é configurado para ajustar a velocidade da unidade de transporte de material 304, a entrada de gases na unidade de transporte de material e o calor aplicado ao material na unidade de transporte de material com base em uma ou mais leituras tomadas pelos diversos sensores.
[169] Referindo-se agora às FIGURAS 2 e 4, uma modalidade da BPU 102 é ilustrada. Deve ser apreciado que a representação gráfica da BPU 202 na figura 4 corresponde substancialmente à BPU 202 na figura 2. Deve também ser apreciado que, em diversas modalidades, a BPU 202 é fechada na virola do forno para controlar e manipular as quantidades elevadas de calor necessárias para o processo do reator. Como pode ser visto na figura 4, em uma modalidade, a virola do forno 202 da BPU inclui diversas câmaras de isolamento (416, 418) em torno de quatro zonas, 210, 212, 214 e 216. Em uma modalidade, o forno inclui quatro zonas separadas. Em diversas modalidades, cada uma das quatro zonas 210, 212, 214 e 216 da BPU 202 inclui pelo menos um degrau de entrada e pelo menos um degrau de saída. Como discutido em mais detalhes abaixo, dentro de cada zona de tal modalidade, os degraus de entrada e de saída são configurados para serem ajustáveis para controlar o fluxo de material de alimentação, gás, e calor dentro e fora da zona. Um suprimento de ar inerte pode ser introduzido no degrau de entrada e o ar purgado pode ser extraído do degrau de saída correspondente. Em diversas modalidades, um ou mais dos degraus de saída de uma zona na BPU 202 são conectados a um ou mais dos outros degraus de entrada ou de saída na BPU.
[170] Em uma modalidade, após a matéria bruta 209 ser desoxigenada no sistema de alimentação de material 108, é introduzida na BPU 202, e especificamente na primeira de quatro zonas, a zona de secagem opcional 210. Como pode ser visto na figura 4, a zona de secagem inclui degrau de entrada 422b e degrau de saída 420a. Em uma modalidade, a zona de secagem é aquecida a uma temperatura de cerca de 80°C a cerca de 150°C para remover água ou outra umidade de matérias-primas 209.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 84/215
56/160
A biomassa é então movida para a segunda zona ou de pré-aquecimento 212 onde a biomassa é pré-aquecida conforme descrito acima.
[171] Em outra modalidade, o material que foi opcionalmente seco e pré- aquecido é movido para a terceira zona ou de carbonização. Em uma modalidade, a carbonização ocorre a uma temperatura de cerca de 200°C a cerca de 700°C, por exemplo cerca de 200°C, cerca de 210°C, cerca de 220°C, cerca de 230°C, cerca de 240°C, cerca de 250°C, cerca de 260°C, cerca de 270°C, cerca de 280°C, cerca de
290°C, cerca de 300°C, cerca de 310°C, cerca de 320°C, cerca de 330°C, cerca de
340°C, cerca de 350°C, cerca de 360°C, cerca de 370°C, cerca de 380°C, cerca de
390°C, cerca de 400°C, cerca de 410°C, cerca de 420°C, cerca de 430°C, cerca de
440°C, cerca de 450°C, cerca de 460°C, cerca de 470°C, cerca de 480°C, cerca de
490°C, cerca de 500°C, cerca de 510°C, cerca de 520°C, cerca de 530°C, cerca de
540°C, cerca de 550°C, cerca de 560°C, cerca de 570°C, cerca de 580°C, cerca de
590°C, cerca de 600°C, cerca de 610°C, cerca de 620°C, cerca de 630°C, cerca de
640°C, cerca de 650°C, cerca de 660°C, cerca de 670°C, cerca de 680°C, cerca de
690°C, ou cerca de 700°C. Em outra modalidade, uma zona de carbonização de um reator 421 é adaptada para permitir que os gases produzidos durante a carbonização sejam extraídos. Em outra modalidade, os gases produzidos durante a carbonização são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade, uma temperatura de carbonização é selecionada para minimizar ou eliminar a produção de metano (CH4) e maximizar o teor de carbono da biomassa carbonizada.
[172] Em outra modalidade, a biomassa carbonizada é movida para uma zona de resfriamento ou de redução de temperatura (terceira zona) e é permitida resfriar passivamente ou é ativamente resfriada. Em uma modalidade, os sólidos da biomassa carbonizada são resfriados a uma temperatura de ± 10, 20, 30 ou 40°C da temperatura ambiente.
[173] Em diversas modalidades, a BPU inclui uma pluralidade de sondas de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 85/215
57/160 introdução de gás e sondas de extração de gás. Na modalidade da BPU ilustrada na figura 4, a BPU adicionalmente inclui uma pluralidade de sondas de introdução de gás: 408, 410, 412 e 414, e uma pluralidade de sondas de extração de gás: 400, 402, 404 e 406. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, uma de cada uma das sondas de introdução e uma de cada uma das sondas de extração gás corresponde a uma diferente da pluralidade de zonas 210, 212, 214 e 216. Além disso, deve ser apreciado que, em diversas modalidades alternativas, a BPU 202 inclui qualquer número adequado de sondas de introdução de gás e sondas de extração de gás, incluindo mais do que uma sonda de introdução de gás e mais do que uma sonda de extração de gás para cada uma da pluralidade de zonas.
[174] Na modalidade ilustrada, a zona de secagem 210 está associada à sonda de introdução de gás 412 e sonda de extração de gás 402. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 412 introduz nitrogênio à zona de secagem 210 e a sonda de extração de gás 402 extrai gás da zona de secagem 210. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de introdução de gás 412 é configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de secagem 210. Em uma modalidade, o gás extraído é oxigênio. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de extração de gás 402 extrai gases da zona de secagem 210 a serem reutilizados em um sistema de recuperação de calor ou energia, conforme descrito em mais detalhes acima.
[175] Na modalidade ilustrada, a zona de pré-aquecimento 212 está associada à sonda de introdução de gás 414 e à sonda de extração de gás 400. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 414 introduz nitrogênio à zona de préaquecimento 212 e a sonda de extração de gás 400 extrai gás da zona de préaquecimento 212. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de introdução de gás 414 é configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de pré-aquecimento 212. Em diversas modalidades, o gás extraído na sonda de extração
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 86/215
58/160 de gás 400 inclui gases de escape enriquecidos com carbono. Deve ser apreciado que em uma modalidade, como discutido acima, os gases extraídos da zona de préaquecimento 212 e da zona de pirólise 214 são reintroduzidos no material em um estágio posterior no processo, por exemplo, na unidade de recuperação de carbono. Em diversas modalidades, os gases extraídos de qualquer uma das zonas do reator são usados para recuperação de energia no secador ou aquecedor de gás de processo, para pirólise adicional em um reator de corte, ou na unidade de enriquecimento de carbono.
[176] Na modalidade ilustrada, a zona de pirólise 214 está associada à sonda de introdução de gás 410 e à sonda de extração de gás 404. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 410 introduz nitrogênio à zona de pirólise 214 e a sonda de extração de gás 404 extrai gás da zona de pirólise 214. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de introdução de gás 410 é configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de pirólise, 214. Em diversas modalidades, o gás extraído na sonda de extração de gás 404 inclui gases de escape enriquecidos com carbono. Deve ser apreciado que em uma modalidade, como discutido acima, os gases enriquecidos com carbono extraídos a partir da zona de pirólise 214 são usados e reintroduzidos no material em um estágio posterior no processo. Em diversas modalidades, conforme descrito em mais detalhes abaixo, o gás extraído 400 a partir da zona de pré-aquecimento 212 e o gás extraído 404 a partir da zona de pirólise 214 são combinados antes de serem reintroduzidos no material.
[177] Na modalidade ilustrada, a zona de resfriamento 116 está associada à sonda de introdução de gás 408 e à sonda de extração de gás 406. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 408 introduz nitrogênio na zona de resfriamento 116 e a sonda de extração de gás 406 extrai gás da zona de resfriamento 16. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de introdução de gás 408 é configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de resfriamento 116.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 87/215
59/160
Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a sonda de extração de gás 406 extrai gases da zona de resfriamento 116 a serem reutilizados em um sistema de recuperação de calor ou energia, conforme descrito em mais detalhes acima.
[178] Deve ser apreciado que as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás de diversas modalidades descritas acima são configuradas para operar com o controlador e a pluralidade de sensores discutida acima para ajustar os níveis e as concentrações de gás que está sendo introduzido e gás que está extraído de cada zona.
[179] Em diversas modalidades, as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás são feitas de uma tubulação adequada configurada para suportar as flutuações de alta temperatura. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás e a sonda de extração de gás incluem uma pluralidade de aberturas através das quais o gás é introduzido ou extraído. Em diversas modalidades, a pluralidade de aberturas está disposta no lado inferior da entrada e sondas de extração de gás. Em diversas modalidades, cada uma da pluralidade de aberturas se estende por um comprimento substancial dentro da respectiva zona.
[180] Em uma modalidade, as sondas de introdução de gás se estendem a partir de um lado da BPU 202 através de cada zona. Em tal modalidade, cada uma das quatro sondas de introdução de gás se estende de um único lado da BPU para cada uma das respectivas zonas. Em diversas modalidades, catalisadores gasosos são adicionados que enriquecem os níveis de carbono fixo. Deve ser apreciado que, em tal modalidade, a pluralidade de aberturas para cada uma das quatro sondas de introdução de gás está disposta apenas na respectiva zona associada a essa sonda de introdução de gás específica.
[181] Por exemplo, vide a figura 4, se cada uma das sondas de introdução de gás se estender a partir do lado esquerdo da zona de secagem, em cada uma das zonas, todas as quatro sondas de introdução de gás percorreríam através da zona de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 88/215
60/160 secagem, com as sondas de introdução de gás da zona secagem delimitando na zona de secagem. As três sondas de introdução de gás restantes percorreríam através da zona de pré-aquecimento, com a sonda de introdução de gás da zona de préaquecimento delimitando na zona de pré-aquecimento. As duas sondas de introdução de gás restantes percorreriam através da zona de pirólise, com a sonda de introdução de gás da zona de pirólise delimitando na zona de pirólise. A sonda de introdução de gás da zona resfriamento seria a única sonda de introdução de gás a percorrer e delimitar na zona de resfriamento. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, as sondas de extração de gás são configuradas similares às sondas de introdução de gás descritas neste exemplo. Além disso, deve ser apreciado que as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás podem cada uma iniciar em ambos os lados da BPU.
[182] Em diversas modalidades, as sondas de introdução de gás são dispostas de forma concêntrica uma com a outra para salvar o espaço usado pela configuração de múltiplos orifícios descrita no exemplo acima. Em tal modalidade, cada uma das quatro sondas/orifícios de entrada teria um diâmetro menor do que a sonda/orifício de entrada anterior. Por exemplo, em uma modalidade, a sonda de introdução de gás da zona de secagem tem o diâmetro interior maior, e a sonda de introdução de gás da zona de pré-aquecimento está situada dentro do diâmetro interior da sonda/orifício da zona de secagem, a sonda de introdução de gás da zona de pirólise está então situada dentro do diâmetro interior da sonda de introdução de gás da zona de préaquecimento e a sonda de introdução de gás da zona de resfriamento está situada dentro da sonda de introdução de gás da zona de pirólise. Em um exemplo da modalidade, um conector adequado é fixado a cada uma das sondas de introdução de gás fora da BPU 102 para controlar o ar infundido em cada uma das quatro sondas de introdução de gás individualmente.
[183] Em tal modalidade, similar ao exemplo acima, a sonda de introdução de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 89/215
61/160 gás da zona secagem delimitaria na zona de secagem, e as três outras sondas de introdução de gás continuariam na zona de pré-aquecimento. No entanto, com um arranjo concêntrico ou substancialmente concêntrico, apenas a sonda de introdução de gás mais externa é exposta em cada zona antes de ser delimitada. Portanto, em tal modalidade, as introduções de gás da zona individual são efetivamente controladas independente uma da outra, exigindo apenas uma linha de sonda de introdução de gás contínua. Deve ser apreciado que uma configuração concêntrica ou substancialmente concêntrica similar é adequadamente usada para as sondas de extração de gás em uma modalidade.
[184]Em uma modalidade, cada zona ou reator é adaptado para extrair e coletar gases de escape de uma ou mais das zonas ou reatores individuais. Em outra modalidade, gases de escape de cada zona/reator permanecem separados para a eliminação, análise e/ou uso posterior. Em diversas modalidades, cada reator/zona contém um sistema de detecção de gás tal como um FTIR que pode monitorar a formação de gás dentro da zona/reator. Em outra modalidade, gases de escape de uma pluralidade de zonas/reatores são combinados para a eliminação, análise e/ou uso posterior em diversas modalidades, gases de escape de uma ou mais zonas/reatores são alimentados para um aquecedor de gás de processo. Em outra modalidade, gases de escape de uma ou mais zonas/reatores são alimentados em uma unidade de recuperação de carbono. Em outra modalidade, gases de escape de uma ou mais zonas/reatores são alimentados para um separador de fase de gás antes da introdução da unidade de recuperação de carbono. Em uma modalidade, um separador de fase de gás compreende uma coluna de fracionamento. Pode ser usada qualquer coluna de fracionamento, conhecida por aqueles versados na técnica. Em uma modalidade, gases de escape são separados em compostos não polares e compostos polares, usando uma coluna de fracionamento padrão aquecida a uma temperatura adequada, ou uma coluna empacotada. Em outra modalidade,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 90/215
62/160 compostos não polares ou gases enriquecidos de um separador de fase de gás são extraídos para uso posterior opcional e em diversas modalidades, gases de escape de uma ou mais zonas/reatores são alimentados para um aquecedor de gás de processo. Em uma modalidade, gases extraídos da zona/reator de pré-aquecimento, a zona/reator de pirólise e, opcionalmente, a zona/reator de resfriamento são extraídos em uma corrente combinada e alimentados no separador de fase de gás. Em diversas modalidades, uma ou mais zonas/reatores estão configurados para controlar se e como muito gás é introduzido na corrente combinada.
[185] Como discutido acima e geralmente ilustrado na figura 5, os gases de escape 124/224 da BPU 102/202 são direcionados para o separador de fase de gás 200. Em diversas modalidades, os gases de escape 124/224 incluem os gases extraídos 120 da primeira zona/reator/de pré-aquecimento 112/212 combinados com os gases extraídos 122/222 da segunda zona/reator/de pirólise 114/214 ou de qualquer corrente de gás sozinha. Quando os gases de escape 124/224 entram no separador de fase de gás 200, os gases de escape 124/224 são separados em compostos polares 128/228/136/236 e compostos não polares 204, tais como gases não polares. Em diversas modalidades, o separador de fase de gás 200 é uma coluna de fracionamento conhecida.
[186] Em diversas modalidades, os gases enriquecidos 204 extraídos dos gases de escape combinados 124/224 são direcionados a partir do separador de fase de gás 200 na unidade de recuperação de carbono 500 através da entrada 524, que enriquece o material. Como discutido acima e como ilustrado nas figuras 8 e 11, deve ser apreciado que em diversas modalidades, os gases extraídos são primeiramente introduzidos em uma unidade de enriquecimento de material, e em seguida em uma unidade de recuperação de carbono separada. Na modalidade ilustrada na figura 5, o enriquecimento do material ocorre na unidade de recuperação de carbono 500. Em uma modalidade (figura 5), o separador de fase de gás 200 inclui uma pluralidade de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 91/215
63/160 saídas. Em diversas modalidades, uma saída do separador de fase de gás 200 é conectada à unidade de recuperação de carbono 500 para introduzir uma corrente de gás enriquecido à unidade de recuperação de carbono 500. Em uma modalidade, uma porção da corrente de gás enriquecido é direcionada para a unidade de recuperação de carbono 500 e outra porção é direcionada para um purificador, ou outro aparelho de purificação adequado para purificação e eliminação de gás indesejado. Em diversas modalidades, os gases de escape que não são enviados à unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU, ou refrigerador). De forma similar, em diversas modalidades, gases de escape da unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU, ou refrigerador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[187] Em uma modalidade, outra saída do separador de fase de gás extrai compostos polares, opcionalmente, condensando-os em um componente líquido, incluindo uma pluralidade de partes líquidas diferentes. Em diversas modalidades, o líquido inclui água, ácido acético, metanol e furfural. Em diversas modalidades, o líquido emitido é armazenado, eliminado, adicionalmente processado, ou reutilizado. Por exemplo, deve ser apreciado que a água emitida em uma modalidade pode ser reutilizada para aquecer ou resfriar outra porção de um sistema. Em outra modalidade, a água é escoada. Além disso, deve ser apreciado que ácido acético, metanol e furfural emitidos em uma modalidade podem ser encaminhados aos tanques de armazenamento para reutilização, revenda, destilação ou refinamento.
[188] Como pode ser visto na figura 5, a unidade de recuperação de carbono 500 de uma modalidade compreende uma carcaça com uma porção superior e uma
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 92/215
64/160 porção inferior. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades em que uma unidade de enriquecimento de material é separada da unidade de recuperação de carbono, a unidade de enriquecimento de material inclui características similares àquelas discutidas com relação à unidade de recuperação de carbono 500 da figura 5. Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono, compreende: uma carcaça 502 com uma porção superior 502a e uma porção inferior 502b; uma entrada 524 em um fundo da porção inferior da carcaça configurada para transportar gás de escape do reator; uma saída 534 em uma parte superior da porção superior da carcaça configurada para transportar uma corrente de gás concentrada; um caminho 504 definido entre a porção superior e a porção inferior da carcaça; e um sistema de transporte 528 seguindo o caminho, o sistema de transporte configurado para transportar reagente, em que a carcaça é moldada de modo que o reagente adsorva pelo menos parte do gás de escape do reator. Em diversas modalidades, a porção superior inclui uma pluralidade de saídas e a porção inferior inclui uma pluralidade de entradas.
[189] Em uma modalidade, a carcaça 502 é substancialmente livre de cantos tendo um ângulo de 110 graus ou menos, 90 graus ou menos, 80 graus ou menos ou 70 graus ou menos. Em uma modalidade, a carcaça 502 é substancialmente livre de cantos convexos. Em outra modalidade, a carcaça 502 é substancialmente livre de cantos convexos capazes de produzir redemoinhos ou aprisionamento do ar. Em outra modalidade, a carcaça 502 é substancialmente moldada como um cubo, prisma retangular, elipsoide, um elipsoide estereográfico, um esferoide, dois cones afixados base a base, dois tetraedros regulares afixados base a base, duas pirâmides retangulares afixadas base a base ou dois prismas triangulares isósceles afixados base a base.
[190] Em uma modalidade, a porção superior 502a e a porção inferior 502b da carcaça 502 são, cada uma, substancialmente moldadas como uma metade elipsoide,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 93/215
65/160 um prisma de metade retangular, metade elipsoide estereográfica, uma metade esferoide, um cone, um tetraedro regular, uma pirâmide retangular, um prisma triangular isóscele ou uma transição de duto redondo-para-retangular.
[191] Em outra modalidade, a entrada 524 na parte inferior da porção inferior da carcaça 502b e a saída 534 na parte superior da porção superior da carcaça 502a são configuradas para se conectar com uma tubulação. Em outra modalidade, a parte superior da porção inferior da carcaça 502b e a porção inferior da porção superior da carcaça 502a são substancialmente retangular, circular ou elíptica. Em outra modalidade, a largura entre a parte superior da porção inferior da carcaça 502b e a parte inferior da porção superior da carcaça 502a é maior do que a largura do sistema de transporte 528. Em uma modalidade, a largura do sistema de transporte 528 é sua altura.
[192] Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono 500 compreende um caminho 504 definido entre a porção superior e a porção inferior, uma abertura de entrada 506 e uma abertura de saída 508. Em uma modalidade, a abertura de entrada e a abertura de saída são configuradas para receber o sistema de transporte. Em uma modalidade, o sistema de transporte 528 é pelo menos semipermeável ou permeável para o gás de enriquecimento.
[193] Em uma modalidade, a abertura de entrada 506 inclui um mecanismo de vedação da abertura de entrada para reduzir o escape de gás e a abertura de saída 508 inclui um mecanismo de vedação da abertura de saída para reduzir o escape de gás. Em uma modalidade, os mecanismos de vedação das aberturas de entrada e saída compreendem uma eclusa de ar.
[194] Em diversas modalidades, a porção inferior 502b da carcaça da unidade de recuperação de carbono tem uma abertura de conexão estreita de fundo redondo, que é conectada ao separador de fase de gás 200 para o transporte de corrente de gás 204. Em diversas modalidades, a parte superior da porção inferior 502b da
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 94/215
66/160 carcaça da unidade de recuperação de carbono 500 é substancialmente em formato retangular e substancialmente maior do que a abertura de conexão estreita de fundo redondo. Deve ser apreciado que em uma modalidade, a porção inferior faz a transição de abertura de fundo redondo para uma abertura da parte superior retangular. Em uma modalidade, a abertura da parte superior retangular da porção inferior é de cerca de seis pés de largura (ao longo da direção do sistema transportador). Em diversas modalidades, a porção superior da unidade de recuperação de carbono 500 é moldada substancialmente de forma similar até a porção inferior. Em uma modalidade, a abertura inferior da porção superior é mais larga do que a abertura superior da porção inferior. Em uma modalidade, a abertura inferior retangular da porção superior é de cerca de seis pés de largura (ao longo da direção do sistema transportador). Em uma modalidade, a porção superior é configurada para capturar todos os gases passados através da unidade de recuperação de carbono 500 que não são adsorvidos pelos materiais ativados.
[195] Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, o formato da porção inferior da unidade de recuperação de carbono ajuda a reduzir e dispersar os gases 204 através de uma área de superfície maior do transportador que transporta o reagente biogênico 126/226. Em diversas modalidades, o formato exato das porções inferior 502b e superior 502a da unidade de recuperação de carbono 500 dependem do ângulo de dispersão de gás proveniente da tubulação do separador de fase de gás. Deve ser apreciado que em diversas modalidades, o gás natural tenderá a expandir quando for bombeado em uma faixa ampliada entre 5 e 30 graus em relação a partir da vertical. Em uma modalidade, o ângulo ampliado é aproximadamente de 15 graus. Deve ser apreciado que a porção inferior da unidade de recuperação de carbono é construída com poucas dobras e cantos quanto possível para evitar a captura de ar ou formação de redemoinhos.
[196] Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono 500 é
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 95/215
67/160 configurada para se conectar ao separador de fase de gás 200 como discutido acima, bem como a BPU 102/202. Em diversas modalidades, a unidade de recuperação de carbono 500 é conectada à saída do reator/zona de resfriamento 216/116, ou à última zona de resfriamento da BPU 102/202 ou fora da BPU. Em uma modalidade, a saída do reator/zona de resfriamento 116/216 inclui reagente biogênico que foi processado na BPU 102/202. Em uma modalidade, o reagente biogênico 126/226 entra na unidade de recuperação de carbono 500 ao longo de um sistema de transporte adequado. Em diversas modalidades, a porção superior e a porção inferior da unidade de recuperação de carbono estão conectadas uma à outra, e definem um caminho através do qual passa um sistema de transporte. Em uma modalidade, o sistema de transporte é construído com um material de malha ou poroso configurado para permitir que o gás passe através do mesmo. Deve ser apreciado que o sistema de transporte é configurado para passar através de uma abertura da unidade de recuperação de carbono 500 e, em seguida, através de uma abertura de saída na recuperação de carbono. Em algumas modalidades, a entrada e a saída dentro e fora da unidade de recuperação de carbono são devidamente vedadas com a eclusa de ar ou outro mecanismo de vedação adequado para evitar que os gases escapem através da abertura do transportador. Em diversas modalidades, os gases de escape que não são enviados à unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou refrigerador). De forma similar, em diversas modalidades, os gases de escape da unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou refrigerador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[197]Em diversas modalidades, o processo opera pela primeira saída o
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 96/215
68/160 reagente biogênico 126/226 da zona de resfriamento 116/216 no sistema de transporte usando um mecanismo de descarga adequado do reator/zona de resfriamento 116/216. Em uma modalidade, os reagentes biogênicos 126/216 estão espalhados em toda a largura do sistema de transporte, para minimizar o empilhamento de material ou agrupar e maximizar a área de superfície para a adsorção gasosa. No ponto em que os reagentes biogênicos 126/216 são depositados e adequadamente espalhados no sistema de transporte, em diversas modalidades, o sistema de transporte transporta o reagente biogênico 126/216 através da abertura na unidade de recuperação de carbono 104 definida entre a porção inferior e a porção superior discutidas acima. Na unidade de recuperação de carbono 104, o reagente biogênico 126/216 adsorve gases canalizados na porção inferior da unidade de recuperação de carbono 104 do separador de fase de gás 200. Após o reagente biogênico ser enriquecido com gases não polares, deve ser apreciado que o reagente biogênico torna-se um reagente biogênico de alto teor de carbono. Em diversas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é um produto final do processo divulgado neste documento e é transportado para longe da unidade de recuperação de carbono 104 em um armazenamento adequado ou aparelhos de pósprocessamento.
[198]Em uma modalidade, após os gases enriquecidos 204 passarem através do transportador e do reagente biogênico 126/216, o gás resultante é extraído na porção superior da unidade de recuperação de carbono 104. Em diversas modalidades, os gases 134 são levados para um sistema de purificação, empilhamento ou recuperação adequado. Em algumas modalidades, os gases de escape são explorados por quaisquer qualidades reutilizáveis no sistema, incluindo o uso em uma unidade de recuperação de carbono secundária ou para a energia. Em diversas modalidades, os gases de escape que não são enviados à unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 97/215
69/160 (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou refrigerador). De forma similar, em diversas modalidades, os gases de escape da unidade de recuperação de carbono podem ser usados para qualquer recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou refrigerador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[199] Deve ser apreciado que os reagentes biogênicos 126/216 incluem uma quantidade elevada de carbono, e o carbono tem uma alta preferência pela adsorção de gases não polares. Além disso, deve ser apreciado que a corrente de gás enriquecido 204 inclui principalmente gases não polares como terpenos, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano. Em diversas modalidades, quando os gases enriquecidos são direcionados a partir do separador de fase de gás na unidade de recuperação de carbono, a taxa de fluxo do gás e a velocidade do transportador são monitoradas e controladas para garantir a máxima absorção dos gases não polares no reagente biogênico 126/216. Em outra modalidade, os compostos orgânicos de alta energia compreendem pelo menos uma porção dos gases enriquecidos 204 eluídos durante a carbonização da biomassa, e emitidos a partir do separador de fase de gás 200 para a unidade de recuperação de carbono 104. Em diversas modalidades, os gases enriquecidos 204 são adicionalmente enriquecidos com aditivos adicionais antes de serem introduzidos na unidade de recuperação de carbono ou unidade de enriquecimento de material.
[200] Como discutido em mais detalhes abaixo, em diversas modalidades, o tempo de residência do reagente biogênico 126/216 na unidade de recuperação de carbono é controlado e varia com base na composição do reagente biogênico 126/216 e fluxo de gás e composição. Em uma modalidade, os reagentes biogênicos são passados através de uma ou mais unidades de recuperação de carbono mais de uma
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 98/215
70/160 vez. Em diversas modalidades, a saída do ar dissipado a partir do separador de fase de gás e a saída do ar dissipado a partir da unidade de recuperação de carbono 104 podem ser desviadas ou bifurcadas em uma unidade de recuperação de carbono adicional ou ainda mais refinadas ou usadas para energia ou gás inerte para uso no processo.
[201] Referindo-se de forma geral às figuras 6 a 13, diversas modalidades da presente divulgação são ilustradas e discutidas. Deve ser apreciado que as diversas modalidades e alternativas discutidas abaixo com relação às figuras 6 a 13 aplicamse às modalidades das figuras 1 a 5 discutidas acima, e vice versa.
[202] Referindo-se especificamente agora à figura 6, essa modalidade pode utilizar uma BPU incluindo um único reator tendo duas para uma pluralidade maior de diferentes zonas. As duas zonas são mostradas na modalidade ilustrativa, no entanto, qualquer número diferente de zonas poderia ser empregado. Em uma modalidade, cada zona está conectada a pelo menos outra zona, através de uma unidade de transporte de material (não ilustrada). Em uma modalidade, a unidade de transporte de material controla as condições de temperatura e atmosfera.
[203] Especificamente em uma modalidade ilustrada na figura 6, o sistema 600 inclui um sistema de alimentação de material 602, uma BPU 606, incluindo uma zona de pirólise 608 e uma zona de resfriamento 610, um refrigerador 614 e uma unidade de recuperação de carbono 616. Deve ser apreciado que o refrigerador 614 da figura 6 está fora da BPU 606, e está, além disso, na zona de resfriamento 610 que reside dentro da BPU 606.
[204] Em diversas modalidades, o sistema 600 inclui um secador opcional entre o sistema de alimentação de material 602 e a BPU 606. Em diversas modalidades, a BPU 606 inclui uma pluralidade de zonas. Na figura 6, a BPU 606 inclui uma zona de pirólise 608 e uma zona de resfriamento 610. A BPU 606 também inclui pelo menos uma pluralidade de entradas e saídas para adicionar substâncias e
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 99/215
71/160 remover diversas substâncias da pluralidade de zonas 608, 610, incluindo pelo menos vapores condensáveis e gases não condensáveis 612. Deve ser apreciado que em diversas modalidades discutidas abaixo, uma ou mais da pluralidade de zonas 608 ou 610 são delimitadas pela BPU 606.
[205] Referindo-se agora à figura 7, um sistema 700 de uma modalidade é ilustrado e discutido. O sistema 700 inclui um sistema de único reator, incluindo um sistema de alimentação de material 702, um pré-aquecedor 706, um reator de pirólise 708, um refrigerador 714 e uma unidade de recuperação de carbono 716. Em diversas modalidades, o sistema 700 inclui um secador opcional 704 entre o sistema de alimentação de material 702 e o pré-aquecedor 706. Como pode ser visto na figura 7, o reator de pirólise 708 de uma modalidade inclui pelo menos uma entrada de gás 710 e pelo menos uma saída 712 para emitir substâncias a partir do reator de pirólise 708. Em diversas modalidades, as substâncias emitidas pela saída 712 incluem vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Deve ser apreciado que o reator de pirólise 708 pode incluir uma ou mais zonas, não discutidas em detalhes neste documento. Em diversas modalidades, o sistema 700 inclui um ou mais reatores, além do reator de pirólise 708.
[206] Referindo-se agora à figura 8, um único reator, um sistema de BPU de múltiplas zonas 800 de uma modalidade é ilustrado e discutido. O sistema 800 inclui um sistema de alimentação de material 802, uma BPU 808 tendo uma zona de pirólise 810 e uma zona de resfriamento 812, uma unidade de enriquecimento de material 818, e uma unidade de recuperação de carbono 820. Similar às modalidades discutidas acima, a figura 8 também inclui um secador opcional 804 localizado entre o sistema de alimentação de material 802 e a BPU 808. Deve ser apreciado que a umidade 806 do secador 804 é removida durante o processo de secagem. A figura 8 também inclui um refrigerador opcional 816 fora da BPU 808 e antes da unidade de enriquecimento de material 818. Como discutido em mais detalhes abaixo, a unidade
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 100/215
72/160 de enriquecimento de material 818 está em comunicação com uma saída de gás 814 da BPU 808, que transporta vapores condensáveis e gases não condensáveis da BPU. Deve ser apreciado que diversas modalidades ilustradas na figura 8 incluem uma unidade de recuperação de carbono separada 820 da unidade de enriquecimento de material 818. Como discutido acima, em diversas modalidades, a unidade de recuperação de carbono 820 da figura 8 é um vaso apropriado no qual o material enriquecido é armazenado após a unidade de enriquecimento de material 818, e a unidade de recuperação de carbono 820 não enriquece ainda mais o material.
[207] Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, um aquecedor de gás de processo opcional 824 é disposto no sistema e fixado na BPU 808. Em diversas modalidades, vapores ou outros gases de escape da BPU 808 são introduzidos no aquecedor de gás de processo opcional 824, juntamente com uma fonte externa de qualquer um ou mais de ar, gás natural, e nitrogênio. Como discutido abaixo, em diversas modalidades, as emissões de ar do aquecedor de gás de processo 824 são introduzidas no secador 804 como um sistema de recuperação de calor ou energia.
[208] Referindo-se agora à figura 9, uma BPU 908 de um sistema 900 de uma modalidade é ilustrada e discutida. A BPU 908 inclui uma pluralidade de zonas: a zona de pré-aquecimento 904, a zona de pirólise 910 e a zona de resfriamento 914. A BPU 908 de uma modalidade também inclui um sistema de alimentação de material 902 em comunicação com uma das zonas de pelo menos uma entrada de gás 906 em comunicação com uma ou mais das zonas 904, 910, 914. Em diversas modalidades, como discutido abaixo, uma das zonas inclui também pelo menos uma saída 912 para emitir substâncias, em uma modalidade, vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Em diversas modalidades, uma das zonas também inclui uma saída para a emissão de carbono avançado a partir do sistema 900.
[209] Deve ser apreciado que, embora a figura 9 mostre a entrada de gás 906 sendo conectada à zona de pré-aquecimento 904, diversas modalidades incluem
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 101/215
73/160 entradas em qualquer combinação das três zonas. De forma similar, deve ser apreciado que, embora a saída de gases 912 proceda da zona de pirólise 910, diversas modalidades incluem saídas fora de uma ou mais de qualquer combinação das três zonas. Como discutido abaixo, diversas modalidades contempladas incluem entradas e saídas dentro da BPU: por exemplo, uma saída da zona de pirólise 910 em seguida é a entrada na zona de pré-aquecimento 904. Deve ser apreciado que, na modalidade ilustrada, cada um dos reatores na BPU está conectado a outro através do sistema de alimentação de material, como discutido acima.
[210] Em diversas modalidades, a zona de pré-aquecimento 904 da BPU 908 está configurada para a alimentação de biomassa 902 (ou outra matéria-prima contendo carbono) de forma que não impacte a biomassa, que poderia romper as paredes celulares e iniciar a decomposição rápida da fase de sólido em vapores e gases. Em uma modalidade, a zona de pré-aquecimento 904 pode ser considerada como pirólise leve.
[211] Em diversas modalidades, a zona de pirólise 910 da BPU 908 é configurada como a zona de reação primária, em que o material pré-aquecido sofre química de pirólise para liberar gases e vapores condensáveis, resultando em um material sólido, que é um intermediário de reação de alto teor de carbono. Os componentes da biomassa (principalmente celulose, hemicelulose e lignina) se decompõem e criam vapores, que escapam penetrando através de poros ou criando novos nanoporos. O último efeito contribui para a criação de porosidade e área de superfície.
[212] Em diversas modalidades, a zona de resfriamento 914 da BPU 908 é configurada para receber intermediário de reação de alto teor de carbono e resfriar os sólidos, ou seja, a zona de resfriamento 914 terá uma temperatura mais baixa do que a zona de pirólise 910. Na zona de resfriamento 914, a química e o transporte em massa podem ser complexos. Em diversas modalidades, reações secundárias
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 102/215
74/160 ocorrem na zona de resfriamento 914. Deve ser apreciado que componentes contendo carbono que estão na fase de gás podem se decompor para formar carbono fixo adicional e/ou se tornar adsorvidos no carbono. Desse modo, o carbono avançado 916 não é simplesmente o resíduo desvolatilizado, sólido das etapas de processamento, mas em vez disso inclui carbono adicional que tenha sido depositado a partir da fase de gás, tal como pela decomposição de vapores orgânicos (por exemplo, alcatrões) que podem se formar carbono.
[213] Referindo-se agora às figuras 10 a 13, diversas modalidades do reator do sistema são ilustradas e discutidas. Similar a cada uma das modalidades, os sistemas incluem um desaerador opcional e um secador opcional, como discutido em mais detalhes abaixo. Referindo-se à figura 10, o sistema 1000 inclui um sistema de alimentação de material 1002, um reator de pirólise 1012, um reator de resfriamento 1018, um refrigerador 1020 e uma unidade de recuperação de carbono 1022. Como discutido adicionalmente abaixo, uma fonte de gás 1016 é configurada para entrada de gás em um ou ambos o reator de pirólise 1012 e o reator de resfriamento 1018. Em diversas modalidades, o reator de pirólise inclui uma saída para emitir pelo menos vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Em diversas modalidades, a unidade de recuperação de carbono 1022 inclui uma saída 1024 para emitir carbono ativado a partir do sistema 1000 [214] Deve ser apreciado que, em diversas modalidades ilustradas pelo menos nas figuras 10 a 13, os sistemas ilustrados incluem um desaerador opcional e um secador opcional. Como pode ser visto na figura 10, por exemplo, representado por linhas tracejadas, o desaerador opcional 1004 é conectado ao sistema 1000 entre o sistema de alimentação de material 1002 e o reator de pirólise 1002. De forma similar, o secador 1006 é conectado ao sistema 1000 entre o sistema de alimentação de material 1002 e o reator de pirólise 1012. Em diversas modalidades, o secador 1006 e o desaerador 1004 também estão conectados um ao outro de modo que o material
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 103/215
75/160 do sistema de alimentação de material pode seguir qualquer número de diferentes caminhos através do sistema de alimentação de material, desaerador, secador, e para o reator de pirólise. Deve ser apreciado que, em algumas modalidades, o material passa apenas por um desaerador opcional 1004 e secador 1006.
[215] Em algumas modalidades, com referência à figura 10, um processo para produzir um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende as seguintes etapas:
(a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono compreendendo biomassa;
(b) opcionalmente secar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente desaerar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima;
(d) pirolisar a matéria-prima na presença de uma fase de gás inerte substancialmente pelo menos 10 minutos e pelo menos uma temperatura selecionada de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados, vapores condensáveis, e gases não condensáveis;
(e) separar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(f) resfriar os sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados resfriados; e (g) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados resfriados.
[216] Referindo-se agora à figura 11 um sistema de múltiplos reatores 1100 de uma modalidade é ilustrado. Similar à modalidade discutida acima e ilustrada na figura 10, esta modalidade inclui um sistema de alimentação de material 1102, reator de pirólise 1112, reator de refrigerador 1118, e unidade de recuperação de carbono 1124. Na modalidade ilustrada da figura 11, o refrigerador 1120 é opcional, e uma unidade
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 104/215
76/160 de enriquecimento de material 1122 é disposta entre o refrigerador opcional 1120 e a unidade de recuperação de carbono 1124. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, a unidade de enriquecimento de material 1122 enriquece o material antes de prosseguir para a unidade de recuperação de carbono 1124, que pode ou não pode enriquecer ainda mais o material. Em diversas modalidades, um desaerador opcional 1104 e um secador opcional 1106 estão dispostos entre o sistema de alimentação de material 1102 e o reator de pirólise 1112. Na modalidade ilustrada, o reator de pirólise 1112 também inclui uma saída 1114 configurada para remover substâncias tais como vapores condensáveis e gases não condensáveis, e encaminhar as substâncias removidas para a unidade de enriquecimento de material 1122.
[217] Diversas modalidades estendem o conceito de formação de carbono adicional, incluindo uma unidade de enriquecimento de material separada 818, 1122 em que o carbono resfriado é submetido a um ambiente incluindo espécies contendo carbono, para enriquecer o teor de carbono do produto final. Quando a temperatura desta unidade está abaixo de temperaturas de pirólise, o carbono adicional deverá estar na forma de espécie carbonácea adsorvida, ao invés de carbono fixo adicional.
[218] Como será descrito em detalhes abaixo, há um grande número de opções como para intermediar correntes de entrada e saída (purga ou sonda) de uma ou mais fases presentes em qualquer reator específico, diversos esquemas de reciclagem de massa e energia, diversos aditivos que podem ser introduzidos em qualquer lugar no processo, ajustar as condições de processo, incluindo as condições de reação e de separação com a finalidade de adaptar as distribuições do produto, e assim por diante. Correntes de entrada e saída de reator ou zona específica permitem bom monitoramento e controle do processo, tais como através da amostragem por FTIR e ajustes de processo dinâmico.
[219] A presente divulgação é diferente de pirólise rápida, e é diferente de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 105/215
77/160 pirólise lenta convencional. Materiais de carbono de alta qualidade na presente divulgação, incluindo composições com altas frações de carbono fixo, podem ser obtidos a partir dos processos e sistemas divulgados.
[220] A biomassa, para fins de divulgação, deve ser interpretada como qualquer matéria-prima biogênica ou mistura de matéria-prima biogênica e não biogênica. De forma elementar, a biomassa inclui pelo menos carbono, hidrogênio e oxigênio. Os métodos e aparelhos da invenção podem acomodar uma ampla gama de matérias-primas de diversos tipos, tamanhos e teores de umidade.
[221] A biomassa inclui, por exemplo, vegetal e material de origem vegetal, vegetação, resíduos agrícolas, resíduos florestais, resíduos de madeira, resíduos de papel, resíduos de origem animal, resíduos derivados de aves e resíduos sólidos urbanos. Em diversas modalidades da invenção ao utilizar a biomassa, a matériaprima da biomassa pode incluir um ou mais materiais selecionados a partir de: resíduos de colheita de madeira, aparas de madeira macia, aparas de madeira dura, galhos de árvores, tocos de árvore, nós, folhas, casca, serragem, celulose de papel fora das especificações, celulose, milho, palha de milho, palha de trigo, palha de arroz, bagaço de cana, painço amarelo, miscanto, estrume animal, lixo municipal, esgoto municipal, resíduos comerciais, uva, pedra-pomes, cascas de amêndoa, casca de noz-pecã, cascas de coco, borra de café, pelotas de grama, pelotas de feno, pelotas de madeira, papelão, papel, carboidratos, plástico, e tecido. Uma pessoa versada na técnica compreenderá que as opções de matérias-primas são virtualmente ilimitadas [222] Diversas modalidades da presente divulgação devem ser também usadas para matérias-primas contendo carbono diferentes da biomassa, como um combustível fóssil (por exemplo, coque de carvão ou de petróleo), ou quaisquer misturas de biomassa e combustíveis fósseis (tais como misturas de biomassa/carvão). Em algumas modalidades, uma matéria-prima biogênica é, ou inclui, carvão, betume, petróleo bruto, asfalto, ou sólidos de processamento de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 106/215
78/160 petróleo bruto (tal como coque). As matérias-primas podem incluir resíduos de pneus, plásticos reciclados, papel reciclado e outros resíduos ou materiais reciclados. Qualquer método, aparelho ou sistema descrito neste documento pode ser usado com qualquer matéria-prima carbonácea. As matérias-primas contendo carbono podem ser transportáveis por todos os meios conhecidos, tais como por caminhão, trem, navio, barca, reboque de trator, ou qualquer outro veículo ou meios de transporte.
[223] A seleção de uma matéria-prima específica ou matérias-primas não é considerada tecnicamente crítica, mas é realizada de uma forma que tende a favorecer um processo econômico. Normalmente, independentemente das matériasprimas escolhidas, pode haver (em algumas modalidades) peneiramento para remoção de materiais indesejáveis. A matéria-prima, opcionalmente, pode ser seca antes do processamento.
[224] A matéria-prima empregada pode ser fornecida ou processada em uma grande variedade de tamanhos ou formatos de partícula. Por exemplo, o material de alimentação pode ser um pó fino, ou uma mistura de partículas finas e grossas. O material de alimentação pode estar na forma de grandes pedaços de material, tais como aparas de madeira ou outras formas de madeira (por exemplo, redonda, cilíndrica, quadrada, etc.). Em algumas modalidades, o material de alimentação compreende pelotas ou outras formas aglomeradas de partículas que foram comprimidas juntas ou de outra forma ligadas, tal como com um ligante.
[225] Observe que a redução de tamanho é um processo de consumo intensivo de energia e oneroso. O material pirolisado pode ser dimensionado com significativamente menos entrada de energia, isto é, pode ser mais energia eficiente para reduzir o tamanho de partícula do produto, não a matéria-prima. Esta é uma opção na presente divulgação, porque o processo não requer um material de partida fino, e não há necessariamente qualquer redução de tamanho de partícula durante o processamento. A presente divulgação fornece a capacidade de processar grandes
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 107/215
79/160 pedaços de matéria-prima. Notavelmente, muitas aplicações do mercado do produto de alto teor de carbono realmente requerem tamanhos grandes (por exemplo, na ordem de centímetros), de modo que em algumas modalidades, pedaços grandes sejam alimentados, produzidos e vendidos. Deve ser apreciado que, embora não necessário em todas as modalidades da divulgação, o menor dimensionamento resultou em números mais altos de carbono fixo em condições de processo similares e pode ser preferido em algumas modalidades.
[226] Quando se deseja produzir um reagente biogênico carbonáceo final que tenha integridade estrutural, tal como na forma de cilindros, há pelo menos duas opções no contexto da presente invenção. Primeiramente, o material produzido a partir do processo é coletado, e em seguida processado mecanicamente na forma desejada. Por exemplo, o produto é comprimido ou pelotizado, com um ligante. A segunda opção é utilizar materiais de alimentação que geralmente possuem o tamanho e/ou o formato desejado para o produto final e empregam etapas de processamento que não destroem a estrutura básica do material de alimentação. Em algumas modalidades, o material de alimentação e o produto têm formatos geométricos similares, tais como esferas, cilindros ou cubo.
[227] A capacidade de manter o formato aproximado de material de alimentação em todo o processo é benéfica quando a força do produto é importante. Além disso, este controle evita a dificuldade e o custo de pelotizar materiais de alto teor de carbono fixo.
[228] O material de alimentação de partida em diversas modalidades é fornecido com uma variedade de níveis de umidade, que será apreciada. Em algumas modalidades, o material de alimentação já está suficientemente seco que não precisa ser adicionalmente seco antes da pirólise. Normalmente, seria desejável utilizar fontes comerciais de biomassa, que geralmente contêm umidade, e alimentar a biomassa através de uma etapa de secagem antes da introdução no reator de pirólise. No
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 108/215
80/160 entanto, em algumas modalidades a matéria-prima seca é usada. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, embora qualquer biomassa funcione, os seguintes fatores podem afetar o processo e seus produtos: como o material é cultivado, colhido, irrigado, seleção de espécies de material e teor de carbono. Particularmente, em diversas modalidades, baixo fertilizante e baixo fósforo usados no cultivo resultam em melhores propriedades para produzir metal. Em diversas modalidades, cisalhamento de baixo impacto durante a colheita resulta em maior resistência. Em diversas modalidades, menos irrigação e anéis de crescimento menor podem resultar em maior força.
[229] Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, catalisadores e/ou aditivos são incluídos na BPU, e perfis de temperatura dentro da BPU são selecionados para promover a produção de dióxido de carbono em monóxido de carbono, levando a maior carbono fixo no produto final.
[230] É desejável fornecer um ambiente de oxigênio relativamente baixo no reator de pirólise, tal como cerca de 10% em peso, 5% em peso, 3% em peso, ou 1 % em peso de O2 na fase de gás. Primeiramente, a combustão descontrolada deveria ser evitada no reator de pirólise, por razões de segurança. Alguma quantidade de oxidação de carbono total para CO2 pode ocorrer, e o calor liberado da oxidação exotérmica pode ajudar na química de pirólise endotérmica. Grandes quantidades de oxidação do carbono, incluindo oxidação parcial de gás de síntese, reduzirão o rendimento de carbono para sólidos.
[231] Praticamente falando, pode ser difícil alcançar um ambiente estritamente livre de oxigênio em cada um do(s) reator(es) ou na BPU. Este limite pode ser abordado, e em algumas modalidades, o(s) reator(es) ou a BPU é substancialmente livre de oxigênio molecular na fase de gás. Para garantir que pouco ou nenhum oxigênio esteja presente no(s) reator(es) ou na BPU, pode ser desejável retirar o ar do material de alimentação antes de sua introdução no(s) reator(es) ou na BPU.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 109/215
81/160
Existem diversas formas de eliminar ou reduzir o ar na matéria-prima.
[232] Em algumas modalidades, como visto nas figuras 10, 11, 12 e 13, uma unidade de desaeração é utilizada em tais matérias-primas, antes ou após a secagem, é transportada na presença de outro gás que pode remover oxigênio adsorvido e penetrar nos poros da matéria-prima para remover o oxigênio dos poros. A maioria dos gases que têm menos do que 21% em volume de O2 pode ser empregada, variando de eficácia. Em algumas modalidades, o nitrogênio é empregado. Em algumas modalidades, CO e/ou CO2 é empregado. Misturas podem ser usadas, como uma mistura de nitrogênio e uma pequena quantidade de oxigênio. Vapor pode estar presente no gás de desaeração, embora a adição de umidade significativa para a alimentação deva ser evitada. O efluente da unidade de desaeração pode ser purgado (para a atmosfera ou para uma unidade de tratamento de emissões) ou reciclado.
[233] Em princípio, o efluente (ou uma porção do mesmo) da unidade de desaeração poderia ser introduzido no próprio reator de pirólise uma vez que o oxigênio removido dos sólidos agora será altamente diluído. Na presente modalidade, pode ser vantajoso introduzir o gás efluente de desaeração na última zona do reator, quando for operado em uma configuração em contracorrente.
[234] Diversos tipos de unidades de desaeração podem ser empregados. Em uma modalidade, se a secagem fosse executada, a desaeração após a secagem impediria a etapa de purificar o oxigênio solúvel fora da umidade presente. Em determinadas modalidades, as etapas de secagem e desaeração são combinadas em uma única unidade, ou uma determinada quantidade de desaeração é alcançada durante a secagem.
[235] O material de alimentação, opcionalmente desaerado e opcionalmente seco é introduzido em um reator de pirólise ou múltiplos reatores em série ou paralelo. O sistema de alimentação de material em diversas modalidades introduz a matériaprima usando quaisquer meios conhecidos, incluindo sistemas de alimentação de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 110/215
82/160 material de parafuso ou funis de travamento, por exemplo. Em algumas modalidades, um sistema de alimentação de material incorpora uma eclusa de ar.
[236] Quando um único reator é empregado (tal como na figura 6, 3 ou 4), diversas zonas podem estar presentes. Diversas zonas tais como duas, três, quatro ou mais zonas, podem permitir o controle separado de temperatura, tempo de residência de sólidos, tempo de residência de gás, composição de gás, padrão de fluxo, e/ou pressão para ajustar o total desempenho do processo.
[237] Como discutido acima, as referências às zonas devem ser interpretadas amplamente para incluir as regiões do espaço dentro de uma única unidade física (tal como na figura 6, 8 ou 9), unidades fisicamente separadas (tal como nas figuras 7 e 10 a 13) ou qualquer combinação destes. Para uma BPU, a demarcação de zonas em que a BPU pode estar relacionada com a estrutura, tal como a presença de degraus dentro da BPU ou elementos de aquecimento diferentes para fornecer calor para separar as zonas. Alternativamente, ou, além disso, em diversas modalidades, a demarcação de zonas em uma BPU se refere à função, tais como, pelo menos: temperaturas diferentes, padrões de fluxo de fluido, padrões de fluxo de sólido e a extensão da reação. Em um único reator de batelada, as zonas estão operando regimes no tempo, em vez de no espaço. Diversas modalidades incluem o uso de múltiplas BPUs de batelada.
[238] Será apreciado que não são necessariamente transições abruptas de uma zona para outra zona. Por exemplo, o limite entre a zona de pré-aquecimento e a zona de pirólise pode ser um tanto arbitrário; alguma quantidade de pirólise pode ocorrer em uma porção da zona de pré-aquecimento, e alguma quantidade de préaquecimento pode continuar a ocorrer na zona de pirólise. O perfil de temperatura na BPU é geralmente contínuo, incluindo nos limites da zona dentro da zona.
[239] Algumas modalidades, como visto, por exemplo, na figura 9, empregam uma zona de pré-aquecimento 304 que é operada em condições de pré-aquecimento
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 111/215
83/160 e/ou pirólise leve. Em diversas modalidades, a temperatura da zona de préaquecimento 304 é de cerca de 80°C a cerca de 500°C, tal como cerca de 300°C a cerca de 400°C. Em diversas modalidades, a temperatura da zona de préaquecimento 304 não é tão elevada para impactar o material da biomassa que rompe as paredes celulares e inicia a decomposição rápida da fase sólida para gases e vapores. A pirólise comumente conhecida como pirólise rápida ou instantânea é evitada na presente divulgação.
[240] Todas as referências a temperaturas da zona neste relatório descritivo devem ser construídas de uma forma não limitante para incluir temperaturas que podem ser aplicadas aos sólidos em massa presentes, ou fase de gás, ou o reator ou paredes de BPU (no lado do processo). Será entendido que haverá um gradiente de temperatura em cada zona, tanto axialmente e quanto radialmente, bem como temporalmente (isto é, na sequência de partida ou devido a transientes). Desse modo, as referências a temperaturas de zona podem ser referências à média de temperaturas ou a outras temperaturas eficazes que podem influenciar a cinética real. As temperaturas podem ser diretamente medidas por termopares ou outras sondas de temperatura, ou indiretamente medidas ou estimadas por outros meios.
[241] A segunda zona, ou a zona de pirólise primária, é operada em condições de pirólise ou carbonização. A temperatura da zona de pirólise pode ser selecionada de cerca de 250°C a cerca de 700°C, tal como cerca de 300°C, 350°C, cerca de 400°C, 450°C, 500°C, 550°C, cerca de 600°C ou 650°C. Dentro desta zona, a biomassa préaquecida sofre química de pirólise para liberar gases e vapores condensáveis, deixando uma quantidade significativa de material sólido como um intermediário da reação de alto teor de carbono. Os componentes da biomassa (principalmente celulose, hemicelulose e lignina) se decompõem e criam vapores, que escapam penetrando através de poros ou criando novos poros. A temperatura dependerá, pelo menos do tempo de residência da zona de pirólise, bem como a natureza da matéria
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 112/215
84/160 prima e propriedades do produto.
[242] A zona de resfriamento é operada para resfriar o intermediário da reação de alto teor de carbono em graus variados. Em diversas modalidades, a temperatura da zona de resfriamento é uma temperatura mais baixa do que a zona de pirólise. Em diversas modalidades, a temperatura da zona de resfriamento é selecionada de cerca de 100°C a cerca de 550°C, tal como cerca de 150°C a cerca de 350°C.
[243] Em diversas modalidades, as reações químicas continuam a ocorrer na zona de resfriamento. Deve ser apreciado que, em diversas modalidades, as reações de pirólise secundárias são iniciadas na zona de resfriamento. Componentes contendo carbono que estão na fase de gás podem condensar (devido à temperatura reduzida da zona de resfriamento). A temperatura permanece suficientemente alta, no entanto, para promover reações que podem formar carbono fixo adicional dos líquidos condensados (pirólise secundária) ou pelo menos formar ligações entre a espécie adsorvida e o carbono fixo. Uma reação exemplar que pode ocorrer é a conversão do monóxido de carbono em dióxido de carbono mais carbono fixo (reação de Boudouard).
[244] Os tempos de residência das zonas podem variar. Para uma quantidade desejada de pirólise, temperaturas mais altas podem permitir tempos de reação menores, e vice-versa. O tempo de residência em uma BPU contínua (reator) é o volume dividido pela taxa de fluxo volumétrico. O tempo de residência em um reator de batelada é o tempo de reação de batelada, após aquecimento à temperatura de reação.
[245] Deveria ser reconhecido que, em BPUs multifásicas, há diversos tempos de residência. No presente contexto, em cada zona, haverá um tempo de residência (e distribuição do tempo de residência) de fase de sólidos e a fase de vapor. Para um determinado aparelho que emprega múltiplas zonas, e com um determinado rendimento, os tempos de residência através das zonas geralmente serão acoplados
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 113/215
85/160 no lado de sólidos, mas os tempos de residência podem ser desacoplados do lado de vapor quando diversos orifícios de entrada e saída são utilizados em zonas individuais, em diversas modalidades, os tempos de residência de sólidos e vapor são desacoplados.
[246] O tempo de residência dos sólidos da zona de pré-aquecimento pode ser selecionado de cerca de 5 min para a de 60 min, como cerca de 10 min, dependendo da temperatura e do tempo necessário para atingir uma temperatura de préaquecimento. A taxa de transferência de calor, que dependerá do tipo e tamanho da partícula, do aparelho físico e dos parâmetros de aquecimento, irá ditar o tempo de residência mínimo necessário para permitir que os sólidos atinjam uma temperatura de pré-aquecimento pré-determinada.
[247] O tempo de residência dos sólidos da zona de pirólise pode ser selecionado de cerca de 10 min a cerca de 120 min, como cerca de 20 min, 30 min ou 45 min. Dependendo da temperatura de pirólise nesta zona, deve haver tempo suficiente para permitir que a química de carbonização ocorra, após a transferência de calor necessária. Para tempos abaixo de cerca de 10 min, a fim de remover grandes quantidades de elementos de não carbono, a temperatura precisaria ser bastante alta, como acima de 700°C. Esta temperatura promoveria a pirólise rápida e sua geração de vapores e gases derivados do carbono em si, que deve ser evitada quando o produto pretendido é um carbono sólido.
[248] Em um sistema estático de várias modalidades, uma conversão de equilíbrio é atingida em um determinado momento. Quando, como em determinadas modalidades, o vapor está fluindo continuamente sobre os sólidos com a remoção de compostos voláteis contínua, a restrição de equilíbrio pode ser removida para permitir que a pirólise e a devolatilização continuem até que as taxas de reação se aproximem de zero. Tempos mais longos não tendem a alterar substancialmente os sólidos recalcitrantes restantes.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 114/215
86/160 [249] O tempo de residência dos sólidos da zona de resfriamento em várias modalidades pode ser selecionado de cerca de 5 min a cerca de 60 min, como cerca de 30 min. dependendo da temperatura de resfriamento nesta zona, deve haver tempo suficiente para permitir que os sólidos de carbono resfriem até a temperatura desejada. A taxa de resfriamento e a temperatura irão ditar o tempo de residência mínimo necessário para permitir que o carbono seja resfriado. Um tempo adicional pode não ser desejável, a menos que alguma quantidade de uma pirólise secundária seja desejada.
[250] Como discutido acima, o tempo de residência da fase de vapor pode ser selecionado e controlado separadamente. O tempo de residência do vapor da zona de pré-aquecimento pode ser selecionado de cerca de 0,1 min a cerca de 10 min, como cerca de 1 min. O tempo de residência do vapor da zona de pirólise pode ser selecionado de cerca de 0,1 min a cerca de 20 min, como cerca de 2 min. O tempo de residência do vapor da zona de resfriamento pode ser selecionado de cerca de 0,1 min a cerca de 15 min, como cerca de 1,5 min. Tempos de residência de vapor curtos promovem uma varredura rápida dos compostos voláteis para fora do sistema, enquanto tempos de residência de vapor mais longos promovem reações dos componentes na fase de vapor com a fase de sólido contínua.
[251] O modo de operação do reator e o sistema global podem ser contínuos, semicontínuos, em batelada, ou qualquer combinação ou variação destes. Em algumas modalidades, o BPU é um reator contínuo, em contracorrente, no qual os sólidos e o vapor fluem substancialmente em direções opostas. O BPU pode também ser operado em batelada, mas com um fluxo de vapores contracorrente simulado, como através da periódica e remoção das fases gasosas do vaso de batelada.
[252] Vários padrões de fluxo podem ser desejados ou observados. Com reações químicas e separações simultâneas envolvendo múltiplas fases em múltiplas zonas, a dinâmica dos fluidos pode ser bastante complexa. Normalmente, o fluxo dos
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 115/215
87/160 sólidos pode aproximar-se do fluxo em pistão (bem misturado na dimensão radial) enquanto o fluxo de vapor pode aproximar-se do fluxo totalmente misturado (transporte rápido nas dimensões radiais e axiais). Múltiplos orifícios de entrada e de saída de vapor podem contribuir para a mistura total.
[253] A pressão em cada zona pode ser separadamente selecionada e controlada. A pressão de cada zona pode ser independentemente selecionada de cerca de 1 kPa a cerca de 3000 kPa, como cerca de 101,3 kPa (pressão atmosférica normal). Um controle independente da zona de pressão é possível quando múltiplas entradas e saídas de gás são usadas, incluindo orifícios de vácuo para retirar o gás quando uma pressão de zona inferior à atmosférica é desejada. De forma semelhante, em um sistema de múltiplos reatores, a pressão em cada reator pode ser independentemente selecionada e controlada.
[254] O processo pode convenientemente ser operado à pressão atmosférica, em algumas modalidades. Há muitas vantagens associadas com a operação na pressão atmosférica, variando de simplicidade mecânica à segurança reforçada. Em determinadas modalidades, a zona de pirólise é operada em uma pressão de cerca de 90 kPa, 95 kPa, 100 kPa, 101 kPa, 102 kPa, 105 kPa ou 110 kPa (pressões absolutas).
[255] A operação de vácuo (por exemplo, 10-100 kPa) promovería a varredura rápida de compostos voláteis para fora do sistema. Pressões mais altas (por exemplo, 100-1000 kPa) podem ser úteis quando os gases de escape forem alimentados em uma operação de alta pressão. Pressões elevadas também podem ser úteis para promover transferência de calor, química ou separações.
[256] A etapa de separação de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma poção dos gases não condensáveis a partir dos sólidos pirolisados quentes pode ser realizada no reator em si, ou usando uma unidade de separação distinta. Um gás de varredura substancialmente inerte pode ser
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 116/215
88/160 introduzido uma ou mais zonas. Vapores condensáveis e gases não condensáveis são, então, transportados para longe da(s) zona(s) nos gases de varredura e para fora do BPU.
[257] O gás de varredura pode ser N2, Ar, CO, CO2, H2, H2O, CH4, outros hidrocarbonetos leves ou combinações destes, por exemplo. O gás de varredura pode primeiramente ser pré-aquecido antes da introdução, ou possivelmente resfriado, se for proveniente de uma fonte aquecida.
[258] O gás de varredura remove mais completamente os compostos voláteis, tirando-os do sistema antes de poderem condensar ou mais reagir posteriormente. O gás de varredura permite os compostos voláteis sejam removidos em taxas mais altas do que poderia ser obtidas apenas da volatilização a uma temperatura de um dado processo. Ou, o uso do gás de varredura permite temperaturas mais moderadas sejam usadas para remover uma determinada quantidade de compostos voláteis. A razão pela qual o gás de varredura melhora a remoção de compostos voláteis é que o mecanismo de separação não é apenas relativo à volatilidade, mas também à retirada da fase de líquido/de vapor auxiliada pelo gás de varredura. O gás de varredura pode reduzir as limitações de transferência de massa de volatilização, bem como reduzir as limitações termodinâmicas, esgotando continuamente esgotando uma dada espécie volátil, para fazer com que mais disso evapore para atingir o equilíbrio termodinâmico.
[259] É importante remover os gases carregados com carbono orgânico volátil de estágios de processamento subsequentes, a fim de produzir um produto com alto teor de carbono fixado. Sem a remoção, o carbono volátil pode ser adsorvido ou absorvido nos sólidos pirolisados, necessitando, assim, de energia adicional (custo) para atingir uma forma mais pura de carbono, que pode ser desejada. Removendo os vapores rapidamente, também é especulado que a porosidade pode ser melhorada nos sólidos em pirólise. Em várias modalidades, uma porosidade mais alta é desejável, assim como produtos de carbono ativado.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 117/215
89/160 [260] Em determinadas modalidades, o gás de varredura, em conjunto com uma pressão relativamente baixa do processo, como a pressão atmosférica, proporciona uma rápida remoção de vapor, sem grandes quantidades de gás inerte necessárias.
[261] Em algumas modalidades, o gás de varredura flui contracorrente para a direção do fluxo da matéria-prima. Em outras modalidades, o gás de varredura flui contracorrente para a direção do fluxo da matéria-prima. Em algumas modalidades, o padrão de fluxo dos sólidos se aproxima do fluxo em pistão, enquanto o padrão de fluxo do gás de varredura, e a fase de gás geralmente, se aproximam do fluxo totalmente misturado em uma ou mais zonas.
[262] A varredura pode ser realizada em qualquer uma ou mais zonas. Em algumas modalidades, o gás de varredura é introduzido na zona de resfriamento e extraído (juntamente com os compostos voláteis produzidos) das zonas de resfriamento e/ou de pirólise. Em algumas modalidades, o gás de varredura é introduzido na zona de pirólise e extraído das zonas de pirólise e/ou de préaquecimento. Em algumas modalidades, o gás de varredura é introduzido na zona de pré-aquecimento e extraído da zona de pirólise. Nesta ou em outras modalidades, o gás de varredura pode ser introduzido em cada uma das zonas de pré-aquecimento, de pirólise e de resfriamento e também extraído de cada uma das zonas.
[263] Em algumas modalidades, a zona ou zonas em que a separação é realizada é uma unidade fisicamente separada do BPU. A unidade ou zona de separação pode estar disposta entre zonas, se desejado. Por exemplo, pode haver uma unidade de separação colocada entre as zonas de pirólise e de resfriamento.
[264] O gás de varredura pode ser introduzido continuamente, especialmente quando o fluxo dos sólidos é contínuo. Quando a reação de pirólise é operada como um processo de batelada, o gás de varredura pode ser introduzido após um determinado período de tempo, ou periodicamente, para remover os compostos
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 118/215
90/160 voláteis. Mesmo quando a reação de pirólise é operada continuamente, o gás de varredura pode ser introduzido semicontinuamente ou periodicamente, se desejado, com controles e válvulas adequadas.
[265] O gás de varredura que contem compostos voláteis pode sair de uma ou mais zonas e pode ser combinado se obtido de múltiplas zonas. O fluxo de gás resultante, contendo vários vapores, pode, então, ser alimentado a um aquecedor de gás do processo para o controle das emissões de ar, conforme discutido acima e ilustrado na FIG. 8. Qualquer unidade oxidação térmica conhecida pode ser empregada. Em algumas modalidades, o aquecedor de gás do processo é alimentado com gás natural e ar, para atingir temperaturas suficientes para a destruição substancial dos compostos voláteis contidos nele.
[266] O efluente do aquecedor de gás do processo será um fluxo de gás quente compreendendo água, dióxido de carbono e nitrogênio. Este fluxo do efluente pode ser purgado diretamente para as emissões de ar, se desejado. Em algumas modalidades, o teor energético dos efluentes do aquecedor de gás do processo é recuperado, como uma unidade de recuperação do calor dissipado. O teor energético também pode ser recuperado por troca de calor com outro fluxo (como o gás de varredura). O teor energético pode ser utilizado pelo aquecimento direto ou indireto, ou auxílio com aquecimento, uma unidade em outro lugar no processo, como o secador ou o reator. Em algumas modalidades, essencialmente todos os efluentes do aquecedor de gás do processo é empregado para aquecimento indireto (lado de utilidade) do secador. O aquecedor de gás do processo pode empregar outros combustíveis além do gás natural.
[267] O rendimento do material carbonáceo pode variar, dependendo dos fatores descritos acima, incluindo o tipo de matéria-prima e condições do processo. Em algumas modalidades, o rendimento líquido dos sólidos como uma percentagem da matéria-prima inicial, em uma base seca, é de pelo menos 25%, 30%, 35%, 40%,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 119/215
91/160
45%), 50% ou mais alta. O restante será dividido entre vapores condensáveis, como terpenos, alcatrões, álcoois, ácidos, aldeídos ou cetonas; e gases não condensáveis, como monóxido de carbono, hidrogênio, dióxido de carbono e metano. As quantidades relativas de vapores condensáveis em comparação com gases não condensáveis também dependerão das condições do processo, incluindo a água presente.
[268] Em termos do saldo de carbono, em algumas modalidades, o rendimento líquido de carbono, como uma porcentagem do carbono inicial na matéria-prima, é de pelo menos 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% ou mais alto. Por exemplo, em algumas modalidades, o material carbonáceo contém entre cerca de 40% e cerca de 70% do carbono contido na matéria-prima inicial. O resto do carbono resulta na formação de metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrocarbonetos leves, aromáticos, alcatrões, terpenos, álcoois, ácidos, aldeídos ou cetonas, em extensões variáveis.
[269] Em modalidades alternativas, uma porção destes compostos é combinada com os sólidos ricos em carbono para enriquecer o teor de carbono e de energia do produto. Nestas modalidades, algum ou todo o fluxo de gás resultante do reator, contendo vários vapores, pode ser condensado, pelo menos em parte e então passados sólidos pirolisados resfriados derivados da zona de resfriamento e/ou do refrigerador separado. Estas modalidades são descritas em mais detalhes abaixo.
[270] Após a reação e o resfriamento dentro da zona de resfriamento (se presente), os sólidos carbonáceos podem ser introduzidos um refrigerador. Em algumas modalidades, os sólidos são coletados e simplesmente permitidos refrigerar em taxas lentas. Se os sólidos carbonáceos forem reativos ou instáveis no ar, pode ser desejável manter uma atmosfera inerte e/ou rapidamente resfriar os sólidos, por exemplo, para uma temperatura menor que 40°C, como a temperatura ambiente. Em algumas modalidades, um arrefecedor de água é empregado para o resfriamento rápido. Em algumas modalidades, um refrigerador de leito fluidizado é empregado.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 120/215
92/160
Um “refrigerador” deveria ser largamente construído para incluir também contêineres, tanques, tubulações ou porções destes. Deve ser apreciado que, em várias modalidades, o refrigerador é diferente da unidade de resfriamento ou do reator de resfriamento.
[271] Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a operação do refrigerador para resfriar os sólidos pirolisados mornos com vapor, gerando, assim, os sólidos pirolisados frios e o vapor superaquecido; em que a secagem é realizada, pelo menos em parte, com o vapor superaquecido derivado do refrigerador. Opcionalmente, o refrigerador pode ser operado para primeiro resfriar os sólidos pirolisados mornos com o vapor para atingir uma primeira temperatura do refrigerador e, em seguida, com ar para atingir uma segunda temperatura do refrigerador, em que a segunda temperatura do refrigerador é menor que a primeira temperatura do refrigerador e está associada a um risco de combustão reduzido para os sólidos pirolisados mornos na presença do ar.
[272] Após o resfriamento para as condições ambientes, os sólidos carbonáceos podem ser recuperados e armazenados, transportados para outro local de operação, transportados para outro local, ou, por outro lado, descartados, negociados ou vendidos. Os sólidos podem ser alimentados a uma unidade para reduzir o tamanho de partícula. Uma variedade de unidades de redução de tamanho é conhecida na técnica, incluindo trituradores, retalhadores, moedores, pulverizadores, moinhos de jato, moinhos de pinos e moinhos de bolas.
[273] O peneiramento ou outros meios de separação baseados no tamanho de partícula podem ser incluídos. O peneiramento pode estar a montante ou a jusante da moagem, se presente. Uma porção do material peneirado (por exemplo, grandes pedaços) pode ser retornada à unidade de moagem. As partículas pequenas e grandes podem ser recuperadas para usos separados a jusante. Em algumas modalidades, os sólidos pirolisados resfriados são moídos em um pó fino, como um
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 121/215
93/160 produto de carbono pulverizado ou carbono ativado ou resistência aumentada.
[274] Vários aditivos podem ser introduzidos em todo o processo, antes, durante ou após qualquer etapa divulgada neste documento. Os aditivos podem ser amplamente classificados como aditivos do processo, selecionados para melhorar o desempenho do processo, como o rendimento do carbono ou tempo/temperatura da pirólise para atingir uma pureza do carbono desejada; e aditivos de produto, selecionados para melhorar uma ou mais propriedades do reagente biogênico de alto teor de carbono, ou um produto a jusante incorporando o reagente. Determinados aditivos podem fornecer um processo e características do produto reforçadas, como o rendimento global do reagente biogênico, em comparação com a quantidade da matéria-prima da biomassa.
[275] Os aditivos podem ser adicionados antes, durante ou após qualquer uma ou mais das etapas do processo, incluindo na matéria-prima em si, em qualquer momento, antes ou depois desta ser colhida. O tratamento com aditivo pode ser incorporado antes, durante ou após o dimensionamento, secagem ou outra preparação da matéria-prima. Os aditivos podem ser incorporados na ou sobre as instalações de suprimento da matéria-prima, equipamento de descarga, receptáculos de armazenamento, transportadores (incluindo transportadores abertos ou fechados), secadores, aquecedores de processo ou quaisquer outras unidades. Os aditivos podem ser adicionados em qualquer lugar no processo de pirólise em si, usando meios adequados para a introdução dos aditivos. Os aditivos podem ser adicionados após a carbonização, ou mesmo após a pulverização, se desejado.
[276] Em algumas modalidades, um aditivo é selecionado de um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal ou uma combinação destes. Por exemplo, um aditivo pode ser selecionado de, mas não está limitado a, magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 122/215
94/160 calcário dolomítico, fluorite, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações destes.
[277] Em algumas modalidades, um aditivo é selecionado de um ácido, de uma base ou de um sal deste. Por exemplo, um aditivo pode ser selecionado de, mas não limitado a, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio ou combinações destes.
[278] Em algumas modalidades, um aditivo é selecionado de um haleto de metal. Os haletos de metal são compostos entre os metais e os halogênios (flúor, cloro, bromo, iodo e astato). Os halogênios podem formar muitos compostos com metais. Os haletos de metal são geralmente obtidos por combinação direta, ou mais comumente, neutralização de sal de metal básico com um ácido hidroalogênico. Em algumas modalidades, um aditivo é selecionado de haleto de ferro (FeX2 e/ou FeX3), cloreto de ferro (FeCl2 e/ou FeCh), brometo de ferro (FeBr2 e/ou FeBr3) ou seus hidratos e quaisquer combinações destes.
[279] Os aditivos podem resultar em um produto final com maior teor energético (densidade de energia). Um aumento no teor energético pode resultar de um aumento do carbono total, carbono fixado, carbono volátil ou até mesmo hidrogênio. Alternativamente ou adicionalmente, o aumento no teor energético pode resultar da remoção de matéria não combustível ou de material com densidade de energia mais baixa que o carbono. Em algumas modalidades, os aditivos reduzem a extensão da formação líquida, em favor da formação do sólido e gás, ou em favor da formação do sólido.
[280] Em várias modalidades, os aditivos modificam quimicamente a biomassa inicial, ou a biomassa tratada antes da pirólise, para reduzir a ruptura das paredes das células para uma maior resistência/integridade. Em algumas modalidades, os aditivos podem aumentar o teor do carbono fixado da matéria-prima da biomassa antes da
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 123/215
95/160 pirólise.
[281] Os aditivos podem resultar em um reagente biogênico final com propriedades mecânicas melhoras, como a limite de escoamento, resistência à compressão, tensão de tração, tensão de fadiga, resistência ao impacto, módulo de elasticidade, módulo de compressibilidade ou módulo de cisalhamento. Os aditivos podem melhorar as propriedades mecânicas simplesmente por estar presente (por exemplo, o aditivo em si confere resistência à mistura) ou devido a uma transformação que ocorre na fase do aditivo ou dentro da mistura resultante. Por exemplo, as reações, como vitrificação, podem ocorrer dentro de uma porção do reagente biogênico que inclui o aditivo, melhorando, assim, a resistência final.
[282] Os aditivos químicos podem ser aplicados para molha ou secar a matéria-prima da biomassa. Os aditivos podem ser aplicados como um pó sólido, uma pulverização, uma névoa, um líquido ou um vapor. Em algumas modalidades, os aditivos podem ser introduzidos através da pulverização de uma solução líquida (como uma solução aquosa ou num solvente), ou por imersão em tanques, receptáculos, sacolas ou outros contêineres.
[283] Em determinadas modalidades, o pré-tratamento de imersão é empregado, em que a matéria-prima sólida é mergulhada em um banho compreendendo o aditivo, descontinuamente ou continuamente, por um tempo suficiente para permitir a penetração do aditivo no material de alimentação sólido.
[284] Em algumas modalidades, os aditivos aplicados à matéria-prima podem reduzir as necessidades energéticas para a pirólise, e/ou aumentar o rendimento do produto carbonáceo. Nesta ou em outras modalidades, os aditivos aplicados à matéria-prima podem fornecer a funcionalidade que é desejada para o uso pretendido do produto carbonáceo, conforme será descrito mais abaixo sobre as composições.
[285] A produtividade, ou capacidade do processo, pode variar amplamente de unidades de pequena escala laboratorial para biorrefinarias de escala comercial total,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 124/215
96/160 incluindo qualquer piloto, demonstração ou escala semicomercial. Em várias modalidades, a capacidade do processo é de pelo menos cerca de 1 kg/dia, 10 kg/dia, 100 kg/dia, 1 tonelada/dia (todas as toneladas são toneladas métricas), 10 toneladas/dia, 100 toneladas/dia, 500 toneladas/dia, 1000 toneladas/dia, 2000 toneladas/dia, ou mais.
[286] Em algumas modalidades, uma porção dos sólidos produzidos pode ser reciclada para a extremidade dianteira do processo, isto é, para a unidade de secagem ou de desaeração ou diretamente para a BPU ou reator. Retornando para a extremidade dianteira e passando através do processo novamente, os sólidos tratados podem se tornar mais altos em carbono fixado. Os fluxos sólido, líquido e gasoso produzidos ou existentes dentro do processo podem ser reciclados independentemente, passados para as etapas subsequentes, ou removidos/purgados do processo em qualquer ponto.
[287] Em algumas modalidades, o material pirolisado é recuperado e, em seguida, alimentado a um reator separado para pirólise adicional, para criar um produto com maior pureza de carbono. Em algumas modalidades, o processo secundário pode ser realizado em um simples contêiner, como um tambor de aço, pelo qual um gás inerte aquecido (por exemplo, N2 aquecido) passa através. Outros contêineres úteis para esta finalidade incluem tanques de processo, barris, receptáculos, recipientes fechados, sacos e caixas de carga. Este gás de varredura secundário com compostos voláteis pode ser enviado para o aquecedor de gás do processo, ou de volta para a BPU principal, por exemplo. Para resfriar o produto final, outro fluxo de gás inerte, que está inicialmente à temperatura ambiente, por exemplo, pode ser passado através dos sólidos para resfriar os sólidos, e, em seguida, retornado a um sistema de pré-aquecimento do gás inerte. Em várias modalidades, o processo secundário ocorre em um reator de carbonização ou de pirólise separado, no qual o gás inerte substancialmente pré-aquecido é introduzido para pirolisar o
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 125/215
97/160 material e conduzir a carbonização.
[288] Algumas modalidades da invenção fornecem um sistema de produção do reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende:
(a) um sistema de alimentação do material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
(b) um secador opcional, disposto em comunicação operável com o sistema de alimentação do material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) uma unidade de processamento da biomassa, incluindo uma pluralidade de zonas, disposta em comunicação operável com o secador, em que a unidade de processamento da biomassa contém pelo menos uma zona de pirólise disposta em comunicação operável com uma zona de resfriamento espacialmente separada, e em que a unidade de processamento da biomassa é configurada com uma saída para remover os vapores condensáveis e gases não condensáveis a partir dos sólidos;
(d) um refrigerador externo, disposto em comunicação operável com a unidade de processamento da biomassa; e (e) uma unidade de recuperação de carbono, disposta em comunicação operável com o refrigerador.
[289] Algumas variações fornecem um sistema de produção do reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende:
(a) um sistema de alimentação do material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
(b) um secador opcional, disposto em comunicação operável com o sistema de alimentação do material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) um pré-aquecedor opcional, disposto em comunicação operável com o secador, configurado para aquecer e/ou pirolisar levemente a matéria-prima;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 126/215
98/160 (d) um reator de pirólise, disposto em comunicação operável com préaquecedor, configurado para pirolisar a matéria-prima;
(e) um refrigerador, disposto em comunicação operável com o reator de pirólise, configurado para resfriar os sólidos pirolisados; e (f) uma unidade de recuperação de carbono, disposta em comunicação operável com o resfriador, em que o sistema é configurado com pelo menos uma saída de gás para remover os vapores condensáveis e os gases não condensáveis dos sólidos.
[290] O sistema de alimentação do material pode estar fisicamente integrado com a BPU, como através do uso de um sistema de alimentação do material do parafuso ou mecanismo de rosca helicoidal para introduzir sólidos de alimentação em um dos reatores ou zonas.
[291] Em algumas modalidades, o sistema compreende ainda uma zona de pré-aquecimento, disposta em comunicação operável com a zona de pirólise. Cada uma da zona de pirólise, zona de resfriamento e zona de pré-aquecimento (se presente) pode estar localizada dentro de uma única BPU, ou pode estar localizada em BPUs separadas.
[292] Opcionalmente, o secador pode ser configurado como uma zona de secagem dentro da BPU. Opcionalmente, o refrigerador pode ser disposto dentro da BPU (isto é, configurado como uma zona de resfriamento adicional ou integrada com a zona de resfriamento discutida acima).
[293] O sistema pode incluir um meio de purgação para a remoção de oxigênio do sistema. Por exemplo, o meio de purgação pode compreender uma ou mais entradas para introduzir um gás substancialmente inerte, e uma ou mais saídas para remover o gás substancialmente inerte e o oxigênio deslocado do sistema. Em algumas modalidades, o meio de purgação é um desaerador disposto em comunicação operável entre o secador e a BPU.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 127/215
99/160 [294] A BPU pode ser configurada com pelo menos uma primeira entrada de gás e uma primeira saída de gás.
[295] A primeira entrada de gás e a primeira saída de gás podem ser dispostas em comunicação com zonas diferentes, ou com as mesmas zonas.
[296] Em algumas modalidades, a BPU é configurada com uma segunda entrada de gás e/ou uma segunda saída de gás. Em algumas modalidades, a BPU é configurada com uma terceira entrada de gás e/ou uma terceira saída de gás. Em algumas modalidades, a BPU é configurada com uma quarta entrada de gás e/ou uma quarta saída de gás. Em algumas modalidades, cada zona presente na BPU é configurada com uma entrada de gás e uma saída de gás.
[297] As entradas e saídas de gás permitem não apenas a introdução e a retirada de vapor, mas as saídas de gás (sondas), em particular, permitem o preciso monitoramento e controle do processo através de vários estágios do processo, até e potencialmente incluindo todos os estágios do processo. O monitoramento do processo preciso seria esperado para resultar em melhorias de rendimento e eficiência, ambos dinamicamente, bem como por um período de tempo quando o histórico operacional pode ser utilizado para ajustar as condições do processo.
[298] Em algumas modalidades (vide, em geral, a FIG. 4), uma sonda de gás de reação é disposta em comunicação operável com a zona de pirólise. Tal sonda de gás de reação pode ser útil para extrair gases e analisá-los, a fim de determinar a extensão da reação, a seletividade da pirólise ou outro monitoramento do processo. Em seguida, com base na medição, o processo pode ser controlado ou ajustado de inúmeras maneiras, como pelo ajuste da taxa de alimentação, taxa de varredura do gás inerte, temperatura (de uma ou mais zonas), pressão (de uma ou mais zonas), aditivos e assim por diante.
[299] Conforme pretendido neste documento, monitorar e controlar através de sondas do gás de reação devem ser interpretados para incluir qualquer uma ou
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 128/215
100/160 mais extrações de amostra através de sondas do gás de reação e, opcionalmente, fazer ajustes do processo ou equipamento com base nas medições, se considerar necessário ou desejável, usando os princípios bem conhecidos de controle de processo (feedback, feedforward, lógica proporcional-integral-derivativa, etc.).
[300] Uma sonda do gás de reação pode ser configurada para extrair amostras de gás de inúmeras maneiras. Por exemplo, uma linha de amostragem pode ter uma pressão mais baixa que a pressão do reator de pirólise, para que, quando a linha de amostragem for aberta, uma quantidade de gás possa facilmente ser extraída da zona de pirólise. A linha de amostragem pode estar sob vácuo, como quando a zona de pirólise está próxima da pressão atmosférica. Normalmente, uma sonda do gás de reação estará associada a uma saída de gás, ou uma porção desta (por exemplo, uma linha dividida a partir de uma linha de saída de gás).
[301] Em algumas modalidades, uma entrada de gás e uma saída de gás são utilizadas como uma sonda do gás de reação pela introdução periódica de um gás inerte em uma zona, e puxando o gás inerte com uma amostra do processo para fora da saída de gás (varredura de amostra). Tal arranjo pode ser usado em uma zona que, por outro lado, não tem entrada/saída de gás para o gás substancialmente inerte para processamento, ou, a sonda do gás de reação pode ser associada com uma entrada/saída de gás separada presente, além das entradas e saídas do processo. Um gás inerte de amostragem que é introduzido e extraído periodicamente para amostragem (em modalidades que utilizam varreduras de amostra) poderia até ser diferente do gás inerte do processo, se desejado, tanto por razões de precisão na análise quanto para introduzir um marcador analítico.
[302] Por exemplo, a concentração de ácido acético na fase de gás da zona de pirólise pode ser medida, usando uma sonda de gás para extrair uma amostra, que é então analisada usando uma técnica adequada (como cromatografia gasosa, GC; espectroscopia de massa, MS; GC-MS, ou Espectroscopia de Infravermelho com
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 129/215
101/160
Transformada por Fourier, FTIR). A concentração de CO e/ou CO2 na fase de gás poderia ser medida e usada como uma indicação da seletividade da pirólise para os gases/vapores, por exemplo. A concentração de terpeno na fase de gás poderia ser medida e usada como uma indicação da seletividade da pirólise para os líquidos, e assim por diante.
[303] Em algumas modalidades, o sistema compreende ainda pelo menos uma sonda de gás adicional disposta em comunicação operável com a zona de resfriamento, ou com a zona de secagem (se presente) ou com a zona de préaquecimento (se presente).
[304] Uma sonda de gás para a zona de resfriamento pode ser útil para determinar a extensão de qualquer química adicional ocorrendo na zona de resfriamento, por exemplo. Uma sonda de gás na zona de resfriamento também pode ser útil como uma medição independente da temperatura (em adição, por exemplo, a um termopar disposto na zona de resfriamento). Esta medição independente pode ser uma correlação da temperatura de resfriamento com uma quantidade medida de determinada espécie. A correlação poderia ser desenvolvida separadamente, ou poderia ser estabelecida após um período de operação do processo.
[305] Uma sonda de gás para a zona de secagem pode ser útil para determinar o grau de secagem, medindo o teor de água, por exemplo. Uma sonda de gás na zona de pré-aquecimento poderia ser útil para determinar o grau de qualquer pirólise leve ocorrendo, por exemplo.
[306] Em determinadas modalidades, a zona de resfriamento é configurada com uma entrada de gás, e a zona de pirólise é configurada com uma saída de gás, para gerar um fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase de sólido. Alternativamente, ou adicionalmente, a zona de pré-aquecimento (quando estiver presente) pode ser configurada com uma saída de gás, para gerar um fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase de sólido.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 130/215
102/160
Alternativamente, ou adicionalmente, a zona de secagem pode ser configurada com uma saída de gás, para gerar um fluxo substancialmente contracorrente.
[307] O reator ou reatores de pirólise podem ser selecionados a partir de qualquer configuração de reator adequada que seja capaz de realizar o processo de pirólise. Configurações de reator exemplares incluem, mas não estão limitadas a, reatores de leito fixo, reatores de leito fluidizado, reatores de fluxo arrastado, roscas helicoidais, cones giratórios, fornos de tambor giratório, calcinadores, torrefadores, reatores de leito móvel, reatores de leito transportado, reatores ablativos, cones giratórios ou reatores de pirólise assistida por micro-ondas.
[308] Em algumas modalidades, nas quais uma rosca helicoidal é usada, areia ou outro transportador de calor, opcionalmente, podem ser empregados. Por exemplo, a matéria-prima e a areia podem ser alimentadas em uma extremidade de um parafuso. O parafuso mistura a areia e a matéria-prima e as transporta através do reator. O parafuso pode proporcionar bom controle do tempo de residência da matériaprima e não diluir os produtos pirolisados com um transportador ou gás fluidificante. A areia pode ser reaquecida em um vaso separado.
[309] Em algumas modalidades, nas quais um processo ablativo é usado, a matéria-prima é movida em alta velocidade contra uma superfície de metal quente. A ablação de qualquer carvão se formando em superfícies pode manter uma alta taxa de transferência de calor. Tais aparelhos podem evitar diluição dos produtos. Como uma alternativa, as partículas da matéria-prima podem ser suspensas em um gás transportador e introduzidas a uma alta velocidade através de um ciclone, cuja parede é aquecida.
[310] Em algumas modalidades, nas quais um reator de leito fluidizado é usado, a matéria-prima pode ser introduzida em um leito de areia quente fluidizada por um gás, que é normalmente um gás de produto recirculado. A referência, neste documento, à areia deve incluir também materiais semelhantes, substancialmente
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 131/215
103/160 inertes, como partículas de vidro, partículas de cinzas recuperadas e afins. Altas taxas de transferência de calor da areia fluidizada podem resultar no aquecimento rápido da matéria-prima. Pode haver um pouco de ablação por atrito com as partículas de areia. O calor é geralmente fornecido por tubos de troca de calor, pelos quais flui o gás de combustão quente.
[311] Reatores de leito fluidizado de circulação podem ser empregados, em que o gás, a areia e a matéria-prima se movem juntos. Gases de transporte exemplares incluem gases de produto recirculados e gases de combustão. Altas taxas de transferência de calor da areia garantem um rápido aquecimento da matéria-prima, e a ablação é esperada para ser mais forte do que com leitos fluidizados regulares. Um separador pode ser empregado para separar os gases do produto das partículas de areia e de carvão. As partículas de areia podem ser reaquecidas em um vaso de queimador fluidizado e recicladas para o reator.
[312] Em algumas modalidades, a BPU é um reator contínuo compreendendo uma entrada da matéria-prima, uma pluralidade de zonas espacialmente separadas configuradas para controlar separadamente a temperatura e a mistura dentro de cada uma das zonas, e uma saída de sólidos carbonáceos, em que uma das zonas é configurada com uma primeira entrada de gás para introduzir um gás substancialmente inerte na BPU, e em que uma das zonas é configurada com uma primeira saída de gás.
[313] Em várias modalidades, o reator inclui pelo menos duas, três, quatro ou mais zonas. Cada uma das zonas é disposta em comunicação com o meio de aquecimento separadamente ajustável selecionado independente do grupo consistindo em transferência de calor elétrica, transferência de calor por vapor, transferência de calor por óleo quente, transferência de calor de mudança de fase, transferência de calor dissipado e combinações destas. Em algumas modalidades, pelo menos uma zona é aquecida com um fluxo de efluente a partir do aquecedor de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 132/215
104/160 gás do processo, se presente.
[314] A BPU pode ser configurada para ajustar separadamente a composição da fase de gás e tempo de residência da fase de gás de pelo menos duas zonas, até e incluindo todas as zonas presentes na BPU.
[315] A BPU pode ser equipada com uma segunda entrada de gás e/ou uma segunda saída de gás. Em algumas modalidades, a BPU é configurada com uma entrada de gás em cada zona. Nestas ou em outras modalidades, a BPU é configurada com uma saída de gás em cada zona. A BPU pode ser um reator em co-corrente ou em contracorrente.
[316] Em algumas modalidades, o sistema de alimentação de material compreende um mecanismo de parafuso ou de rosca helicoidal. Em algumas modalidades, a saída de sólidos carbonáceos compreende um mecanismo de saída de parafuso ou rosca helicoidal.
[317] Determinadas modalidades utilizam um calcinador giratório com um sistema de alimentação de material de parafuso. Nestas modalidades, uma parte ou toda a BPU é axialmente giratória, isto é, ela gira sobre seu eixo de linha central. A velocidade de rotação terá impacto sobre o padrão do fluxo sólido e sobre o calor e o transporte em massa. Cada uma das zonas pode ser configurada com degraus dispostos nas paredes internas, para proporcionar a agitação dos sólidos. Os degraus podem ser separadamente ajustáveis em cada uma das zonas.
[318] Outros meios de agitação dos sólidos podem ser empregados, como roscas helicoidais, parafusos ou transportadores com pás. Em algumas modalidades, a BPU inclui uma rosca helicoidal único, contínuo, disposto ao longo de cada uma das zonas. Em outras modalidades, o reator inclui parafusos gêmeos dispostos ao longo de cada uma das zonas.
[319] Alguns sistemas são projetados especificamente com a capacidade de manter o tamanho aproximado do material de alimentação ao longo do processo —
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 133/215
105/160 ou seja, para processar a matéria-prima da biomassa sem destruir ou danificar significativamente sua estrutura. Em algumas modalidades, a zona de pirólise não contém roscas helicoidais, parafusos ou rodos que tenderiam a reduzir significativamente o tamanho do material de alimentação sendo pirolisado.
[320] Em algumas modalidades da invenção, o sistema inclui ainda um aquecedor de gás do processo disposto em comunicação operável com a saída, pela qual os vapores condensáveis e os gases não condensáveis são removidos. O aquecedor de gás do processo pode ser configurado para receber um combustível separado (como o gás natural) e um oxidante (como o ar) em uma câmara de combustão, adaptada para a combustão do combustível e de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis. Determinados gases não condensáveis também podem ser oxidados, como o CO ou CH4, a CO2.
[321] Quando um aquecedor de gás do processo é empregado, o sistema pode incluir um trocador de calor disposto entre o aquecedor de gás do processo e o secador, configurado para utilizar pelo menos uma parte do calor da combustão para o secador. Esta modalidade pode contribuir significativamente para a eficiência energética global do processo.
[322] Em algumas modalidades, o sistema compreende ainda uma unidade de enriquecimento de material, disposta em comunicação operável com o refrigerador, configurado para combinar os vapores condensáveis, em uma forma pelo menos parcialmente condensada, com os sólidos. A unidade de enriquecimento de material pode aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono obtido a partir da unidade de recuperação de carbono.
[323] O sistema pode incluir ainda uma zona de pirólise separada adaptada para pirolisar ainda mais o reagente biogênico de alto teor de carbono para aumentar ainda mais seu teor de carbono. A zona de pirólise separada pode ser um contêiner, unidade ou dispositivo relativamente simples, como um tanque, barril, receptáculo,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 134/215
106/160 tambor, recipiente fechado, saco ou caixa de carga.
[324] O sistema total pode estar num local fixo, ou pode ser feito portátil. O sistema pode ser construído, usando módulos que podem simplesmente ser duplicados para um aumento proporcional prático. O sistema também pode ser construído, usando princípios de economia de escala, como é bem conhecido na indústria do processo.
[325] Algumas variações relativas ao enriquecimento de carbono dos sólidos serão agora descritas. Em algumas modalidades, um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende:
(a) o fornecimento de uma matéria-prima contendo carbono compreendendo uma biomassa;
(b) opcionalmente, a secagem da matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, a desaeração da matéria-prima para remover pelo menos uma porção do oxigênio intersticial, se houver algum, contido na matéria-prima;
(d) em uma zona de pirólise, a pirólise da matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise, selecionada a partir de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados pelo calor, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) a separação de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis a partir dos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento, o resfriamento dos sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento inferior à temperatura de pirólise, para gerar os sólidos pirolisados mornos;
(g) , opcionalmente, o resfriamento dos sólidos pirolisados mornos em um
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 135/215
107/160 refrigerador para gerar os sólidos pirolisados frios;
(h) a passagem subsequente de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e/ou pelo menos uma porção dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados mornos e/ou sólidos pirolisados frios, para formar os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado; e (i) em uma unidade de recuperação de carbono, a recuperação de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolizados enriquecidos.
[326] Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis da etapa (e), na forma de vapor e/ou condensada, pelos sólidos pirolisados mornos, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado. Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem de pelo menos uma porção dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados mornos, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado.
[327] Deve ser apreciado que em várias modalidades, o enriquecimento de carbono aumenta o teor de carbono, o teor energético, bem como o rendimento da massa.
[328] Alternativamente, ou adicionalmente, os vapores ou gases podem entrar em contato com os sólidos pirolisados frios. Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis da etapa (e), na forma de vapor e/ou condensada, pelos sólidos pirolisados frios, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado. Em algumas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem de pelo menos uma porção dos gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados frios, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado.
[329] Em determinadas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 136/215
108/160 substancial de todos os vapores condensáveis da etapa (e), na forma de vapor e/ou condensada, pelos sólidos pirolisados frios, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado. Em determinadas modalidades, a etapa (h) inclui a passagem substancial de todos os gases não condensáveis da etapa (e) pelos sólidos pirolisados frios, para produzir os sólidos pirolisados enriquecidos com teor de carbono aumentado.
[330] O processo pode incluir vários métodos de tratamento ou separação dos vapores ou gases antes de usá-los para o enriquecimento de carbono. Por exemplo, um fluxo de alimentação intermediário consistindo em pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis, obtidos a partir da etapa (e), pode ser alimentado a uma unidade de separação, configurada para gerar pelo menos um primeiro e um segundo fluxo de saída. Em determinadas modalidades, o fluxo de alimentação intermediário compreende todos os vapores condensáveis, todos os gases não condensáveis, ou ambos.
[331] As técnicas de separação podem incluir ou usar colunas de destilação, vasos de flash, centrífugas, ciclones, membranas, filtros, leitos cheios, colunas capilares e assim por diante. A separação pode ser principalmente baseada, por exemplo, na destilação, absorção, adsorção ou difusão e pode utilizar as diferenças na pressão do vapor, atividade, peso molecular, densidade, viscosidade, polaridade, funcionalidade química, afinidade a uma fase estacionária e quaisquer combinações destes.
[332] Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo fluxo de saída são separados do fluxo de alimentação intermediário com base na volatilidade relativa. Por exemplo, a unidade de separação pode ser uma coluna de destilação, um tanque de flash ou um condensador.
[333] Assim, em algumas modalidades, o primeiro fluxo de saída compreende os vapores condensáveis e o segundo fluxo de saída compreende os gases não
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 137/215
109/160 condensáveis. Os vapores condensáveis podem incluir pelo menos um composto que contém carbono, selecionado a partir de terpenos, álcoois, ácidos, aldeídos ou cetonas. Os vapores da pirólise podem incluir compostos aromáticos, como benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos. Compostos aromáticos mais pesados, como alcatrões refratários, podem estar presentes no vapor. Os gases não condensáveis podem incluir pelo menos uma molécula contendo carbono selecionada do grupo consistindo em monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano.
[334] Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo fluxo de saída são fluxos de alimentação intermediários separados com base na polaridade relativa. Por exemplo, a unidade de separação pode ser uma coluna de esvaziamento, um leito cheio, uma coluna de cromatografia ou membranas.
[335] Assim, em algumas modalidades, o primeiro fluxo de saída compreende compostos polares, e o segundo fluxo de saída compreende compostos não polares. Os compostos polares podem incluir pelo menos uma molécula contendo carbono selecionada do grupo consistindo em metanol, furfural e ácido acético. Os compostos não polares podem incluir pelo menos uma molécula contendo carbono selecionada do grupo consistindo em monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, um terpeno e um derivado de terpeno.
[336] A etapa (h) pode aumentar o teor de carbono total do reagente biogênico de alto teor de carbono, em relação a um processo de outra forma idêntico sem a etapa (h). O grau do aumento no teor de carbono pode ser, por exemplo, cerca de 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 25% ou ainda maior, em várias modalidades.
[337] Em algumas modalidades, a etapa (h) aumenta o teor de carbono fixado do reagente biogênico de alto teor de carbono. Nestas ou em outras modalidades, a etapa (h) aumenta o teor de carbono volátil do reagente biogênico de alto teor de carbono. O teor de carbono volátil é o carbono atribuído à matéria volátil no reagente. A matéria volátil pode ser, mas não está limitada a, hidrocarbonetos, incluindo
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 138/215
110/160 compostos alifáticos ou aromáticos (por exemplo, terpenos); oxigenados, incluindo álcoois, aldeídos ou cetonas; e vários alcatrões. O carbono volátil normalmente permanecerá ligado ou adsorvido nos sólidos em condições ambientes, mas após o aquecimento, será lançado antes de o carbono fixado ser oxidado, gaseificado ou, caso contrário, liberado como um vapor.
[338] Dependendo das condições associadas com a etapa (h), é possível para uma quantidade de carbono volátil se tornar carbono fixado (por exemplo, através de formação de carbono de Boudouard a partir de CO). Normalmente, espera-se que a matéria volátil entre nos microporos do carbono fixado e esteja presente como espécies condensadas/adsorvidas, mas ainda relativamente voláteis. Essa volatilidade residual pode ser mais vantajosa para aplicações de combustível, em comparação com aplicações de produtos que requerem área de superfície e porosidade altas.
[339] A etapa (h) pode aumentar o teor energético (isto é, densidade de energia) do reagente biogênico de alto teor de carbono. O aumento no teor energético pode resultar de um aumento do carbono total, carbono fixado, carbono volátil ou até do hidrogênio. O grau do aumento no teor energético pode ser, por exemplo, cerca de 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 25% ou ainda maior, em várias modalidades.
[340] Outras separações podem ser empregadas para recuperar um ou mais gases não condensáveis ou vapores condensáveis, para uso dentro do processo ou processamento adicional. Por exemplo, o processamento adicional pode ser incluído para produzir CO refinado ou gás de síntese.
[341] Como outro exemplo, a separação do ácido acético pode ser realizada, seguida pela redução do ácido acético em etanol. A redução do ácido acético pode ser realizada, pelo menos em parte, usando hidrogênio derivado dos gases não condensáveis produzidos.
[342] Os vapores condensáveis podem ser usados para a energia no processo
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 139/215
111/160 (como oxidação térmica) ou no enriquecimento do carbono, para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono. Determinados gases não condensáveis, como CO ou CH4, podem ser utilizados tanto para a energia no processo, quanto como parte do gás substancialmente inerte para a etapa de pirólise. As combinações de qualquer um dos anteriores também são possíveis.
[343] Um benefício potencial da inclusão da etapa (h) é que o fluxo de gás é purificado, com o fluxo de gás resultante sendo enriquecido em CO e CO2. O fluxo de gás resultante pode ser utilizado para a recuperação de energia, reciclado para o enriquecimento de carbono dos sólidos, e/ou usado como um gás inerte no reator. De forma semelhante, a separação dos gases não condensáveis dos vapores condensáveis, o fluxo de CO/CO2 é preparado para o uso como o gás inerte no sistema do reator ou no sistema de resfriamento, por exemplo.
[344] Outras variações da invenção são estabelecidas como premissa na realização que os princípios da etapa de enriquecimento do carbono podem ser aplicados a qualquer matéria-prima, na qual se deseja adicionar carbono.
[345] Em algumas modalidades, um processo descontínuo ou contínuo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende:
(a) o fornecimento de um fluxo sólido que compreende um material contendo carbono;
(b) o fornecimento de um fluxo de gás que compreende vapores condensáveis contendo carbono, gases não condensáveis contendo carbono ou uma mistura de vapores condensáveis contendo carbono e gases não condensáveis contendo carbono; e (c) a passagem do fluxo de gás pelo fluxo sólido sob condições adequadas para formar um produto contendo carbono com teor de carbono aumentado em relação ao material contendo carbono.
[346] Em algumas modalidades, o material inicial contendo carbono é uma
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 140/215
112/160 biomassa pirolisada ou uma biomassa torrefada. O fluxo de gás pode ser obtido durante um processo integrado que fornece o material contendo carbono. Ou, o fluxo de gás pode ser obtido a partir do processamento separado do material contendo carbono. O fluxo de gás, ou uma porção dele, pode ser obtido de uma fonte externa (por exemplo, um forno em uma serraria). As misturas dos fluxos de gás, bem como as misturas dos materiais contendo carbono, de uma variedade de fontes, são possíveis.
[347] Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização do fluxo de gás para repetir o processo para aumentar ainda mais o teor de carbono e/ou de energia do produto contendo carbono. Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização do fluxo de gás para realizar o processo para aumentar o teor de carbono e/ou de energia de outra matéria-prima diferente do material contendo carbono.
[348] Em algumas modalidades, o processo inclui ainda a introdução do fluxo de gás em uma unidade de separação, configurada para gerar pelo menos o primeiro e o segundo fluxos de saída, em que o fluxo de gás compreende uma mistura de vapores condensáveis contendo carbono e gases não condensáveis contendo carbono. O primeiro e o segundo fluxos de saída podem ser separados com base na volatilidade relativa, polaridade relativa ou qualquer outra propriedade. O fluxo de gás pode ser obtido do processamento separado do material contendo carbono.
[349] Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização do fluxo de gás para repetir o processo para aumentar ainda mais o teor de carbono do produto contendo carbono. Em algumas modalidades, o processo compreende ainda a reciclagem ou a reutilização do fluxo de gás para realizar o processo para aumentar o teor de carbono de outra matéria-prima.
[350] O produto contendo carbono pode ter um teor de carbono total aumentado, um teor de carbono fixado maior, um teor de carbono volátil maior, um
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 141/215
113/160 teor energético maior ou qualquer combinação destes, em relação ao material inicial contendo carbono.
[351] Em variações relacionadas, o sistema de produção do reagente biogênico de alto teor de carbono compreende:
(a) um sistema de alimentação do material configurado para introduzir uma matéria-prima contendo carbono;
(b) um secador opcional, disposto em comunicação operável com o sistema de alimentação do material, configurado para remover a umidade contida dentro de uma matéria-prima contendo carbono;
(c) uma BPU, disposta em comunicação operável com o secador, em que a BPU contém pelo menos uma zona de pirólise disposta em comunicação operável com uma zona de resfriamento espacialmente separada, e em que a BPU é configurada com uma saída para remover os vapores condensáveis e os gases não condensáveis dos sólidos;
(d) um refrigerador, disposto em comunicação operável com a BPU;
(e) uma unidade de enriquecimento de material, disposta em comunicação operável com o refrigerador, configurada para passar os vapores condensáveis e/ou os gases não condensáveis pelos sólidos, para formar sólidos enriquecidos com teor de carbono aumentado; e (f) uma unidade de recuperação de carbono, disposta em comunicação operável com a unidade de enriquecimento de material.
[352] O sistema pode compreender ainda uma zona de pré-aquecimento, disposta em comunicação operável com a zona de pirólise. Em algumas modalidades, o secador é configurado como uma zona de secagem dentro da BPU. Cada uma das zonas pode ser localizada dentro de uma BPU única ou em BPUs separadas. Além disso, o refrigerador pode ser disposto dentro da BPU.
[353] Em algumas modalidades, a zona de resfriamento é configurada com
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 142/215
114/160 uma entrada de gás, e a zona de pirólise é configurada com uma saída de gás, para gerar um fluxo substancialmente em contracorrente da fase de gás em relação à fase de sólido. Nestas ou em outras modalidades, a zona de pré-aquecimento e/ou a zona de secagem (ou secador) é configurada com uma saída de gás, para gerar um fluxo substancialmente contracorrente da fase de gás em relação à fase de sólido.
[354] Em modalidades específicas, o sistema incorpora uma unidade de enriquecimento de material que compreende:
(i) uma carcaça com uma porção superior e uma porção inferior;
(ii) uma entrada em um fundo da porção inferior da carcaça, configurada para transportar os vapores condensáveis e os gases não condensáveis;
(iii) uma saída em um topo da porção superior da carcaça, configurada para transportar um fluxo de gás concentrado derivado dos vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(iv) um caminho definido entre a porção superior e a porção inferior da carcaça; e (v) um sistema de transporte de material, seguindo o caminho, o sistema de transporte de material configurado para transportar os sólidos, em que a carcaça é moldada, tal que os sólidos adsorvam pelo menos alguns dos vapores condensáveis e/ou pelo menos alguns dos gases não condensáveis.
[355] A presente invenção é capaz de produzir uma variedade de composições úteis como reagentes biogênicos de alto teor de carbono e produtos que incorporem estes reagentes. Em algumas variações, um reagente biogênico de alto teor de carbono é produzido por qualquer processo divulgado neste documento, como um processo compreendendo as etapas de:
(a) fornecimento de uma matéria-prima contendo carbono compreendendo uma biomassa;
(b) opcionalmente, a secagem da matéria-prima para remover pelo menos
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 143/215
115/160 uma porção da umidade contida dentro da matéria-prima;
(c) opcionalmente, a desaeração da matéria-prima para remover pelo menos uma porção do oxigênio intersticial, se houver, contido com a matéria-prima;
(d) em uma zona de pirólise, a pirólise da matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 250°C a cerca de 700°C, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
(e) a separação de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes;
(f) em uma zona de resfriamento, o resfriamento dos sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento inferior à temperatura de pirólise, para gerar os sólidos pirolisados mornos;
(g) o resfriamento dos sólidos pirolisados mornos para gerar os sólidos pirolisados frios; e (h) a recuperação de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados frios.
[356]Em algumas modalidades, o reagente compreende pelo menos cerca de 55% em peso, por exemplo pelo menos 55% em peso, pelo menos 60% em peso, pelo menos 65% em peso, pelo menos 70% em peso, pelo menos 75% em peso, pelo menos 80% em peso, pelo menos 85% em peso, pelo menos 90% em peso ou pelo menos 95% em peso do carbono total em base seca. O carbono total inclui pelo menos carbono fixado, e pode incluir ainda o carbono da matéria volátil. Em algumas modalidades, o carbono da matéria volátil é cerca de pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 25% ou pelo menos 50% do carbono total presente no reagente biogênico de alto teor de carbono. O carbono fixado pode ser medido, usando ASTM D3172, enquanto o carbono volátil pode ser estimado, usando ASTM D3175, por
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 144/215
116/160 exemplo.
[357] O reagente biogênico de alto teor de carbono pode compreender cerca de 10% em peso ou menos, como cerca de 5% em peso ou menos, de hidrogênio em base seca. O reagente biogênico pode compreender cerca de 1% em peso ou menos, como cerca de 0,5% em peso ou menos, de nitrogênio em base seca. O reagente biogênico pode compreender cerca de 0,5% em peso ou menos, como cerca de 0,2% em peso ou menos, de fósforo em base seca. O reagente biogênico pode compreender cerca de 0,2% em peso ou menos, como cerca de 0,1% em peso ou menos, de enxofre em base seca.
[358] O carbono, hidrogênio e nitrogênio podem ser medidos, usando ASTM D5373 para análise final, por exemplo. O oxigênio pode ser estimado, usando ASTM D3176, por exemplo. O enxofre pode ser medido, usando ASTM D3177, por exemplo.
[359] Determinadas modalidades fornecem reagentes com pouco ou essencialmente nenhum hidrogênio (exceto de qualquer umidade que possa estar presente), nitrogênio, fósforo ou enxofre e são substancialmente de carbono mais qualquer cinza e umidade presente. Portanto, algumas modalidades fornecem um material com até e incluindo 100% de carbono, em uma base seca livre de cinzas (DAF).
[360] De modo geral, matérias-primas, como a biomassa, contêm espécies não voláteis, incluindo sílica e vários metais, que não são facilmente liberadas durante a pirólise. Naturalmente, é possível utilizar matérias-primas sem cinzas, caso no qual não deve haver quantidades substanciais de cinzas nos sólidos pirolisados. As cinzas podem ser medidas, usando ASTM D3174, por exemplo.
[361] Quantidades diversas de matéria não combustível, como cinzas, podem estar presentes. O reagente biogênico de alto teor de carbono pode compreender cerca de 10% em peso ou menos, como cerca de 5% em peso, cerca de 2% em peso, cerca de 1% em peso ou menos de matéria não combustível em base seca. Em
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 145/215
117/160 determinadas modalidades, o reagente contém um pouco de cinza, ou mesmo essencialmente nenhuma cinza ou outra matéria não combustível. Portanto, algumas modalidades fornecem essencialmente carbono puro, incluindo 100% de carbono, em base seca.
[362] Quantidades diversas de umidade podem estar presentes. Em uma base de massa total, o reagente biogênico de alto teor de carbono pode compreender pelo menos 1% em peso, 2% em peso, 5% em peso, 10% em peso, 15% em peso, 25% em peso, 35% em peso, 50% em peso ou mais umidade. Conforme pretendido neste documento, umidade deve ser interpretada como incluindo qualquer forma de água presente no reagente biogênico, incluindo uma umidade absorvida, moléculas de água adsorvida, hidratos químicos e hidratos físicos. O teor de umidade de equilíbrio pode variar pelo menos com o ambiente local, como a umidade relativa. Além disso, a umidade pode variar durante o transporte, preparação para o uso e outra logística. A umidade pode ser medida, usando ASTM D3173, por exemplo.
[363] O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ter vários teores energéticos que, para os propósitos presentes, significa a densidade de energia baseada no valor térmico mais alto, associado à combustão total do reagente totalmente seco. Por exemplo, o reagente biogênico de alto teor de carbono pode possuir um teor energético de cerca de pelo menos 11.000 Btu/lb, pelo menos 12.000 Btu/lb, pelo menos 13.000 Btu/lb, pelo menos 14.000 Btu/lb ou pelo menos 15.000 Btu/lb. Em determinadas modalidades, O teor energético está entre cerca de 14.00015.000 Btu/lb. O teor energético pode ser medido, usando ASTM D5865, por exemplo.
[364] O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser formado em um pó, como um pó grosseiro ou um pó fino. Por exemplo, o reagente pode ser formado em um pó com um tamanho médio de malha de cerca de 200 de malha, cerca de 100 de malha, cerca de 50 de malha, cerca de 10 de malha, cerca de 6 malha, cerca de 4 de malha ou cerca de 2 de malha, nas modalidades.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 146/215
118/160 [365] Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é formado em objetos estruturais compreendendo partículas pressionadas, ligadas ou aglomeradas. Um material inicial para formar esses objetos pode ser uma forma de pó do reagente, como um intermediário obtido pela redução do tamanho da partícula. Os objetos podem ser formados por prensagem mecânica ou outras forças, opcionalmente com um ligante ou outros meios de aglomerar partículas.
[366] Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono é produzido sob a forma de objetos estruturais cuja estrutura deriva substancialmente da matéria-prima. Por exemplo, pedaços da matéria-prima podem produzir pedaços do reagente biogênico de alto teor de carbono. Ou, cilindros da matéria-prima podem produzir cilindros do reagente biogênico de alto teor de carbono, que podem ser um pouco menores, mas por outro lado, mantêm a estrutura básica e a geometria do material inicial.
[367] Um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção pode ser produzido como, ou formado em, um objeto que tenha uma dimensão mínima de pelo menos cerca de 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, ou maior. Em várias modalidades, a dimensão mínima ou a dimensão máxima pode ser um comprimento, largura ou diâmetro.
[368] Outras variações da invenção referem-se à modalidade dos aditivos no processo, no produto, ou ambos. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de lato carbono inclui pelo menos um aditivo do processo incorporado durante o processo. Nestas ou em outras modalidades, o reagente inclui pelo menos um aditivo de produto, introduzido no reagente após o processo.
[369] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 147/215
119/160
1% em peso ou menos de nitrogênio;
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre; e um aditivo selecionado a partir de um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal, um haleto de metal ou uma combinação destes.
[370] O aditivo pode ser selecionado a partir de, mas não está limitado a, magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorite, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações destes.
[371] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
1% em peso ou menos de nitrogênio;
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre; e um aditivo selecionado a partir de um ácido, uma base ou um sal destes.
[372] O aditivo pode ser selecionado a partir de, mas não está limitado a, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio ou combinações destes.
[373] Em determinadas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende, em base seca:
55% em peso ou mais de carbono total;
5% em peso ou menos de hidrogênio;
1% em peso ou menos de nitrogênio;
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 148/215
120/160
0,5% em peso ou menos de fósforo;
0,2% em peso ou menos de enxofre;
um primeiro aditivo selecionado a partir de um metal, metal óxido, hidróxido de metal, haleto de metal ou uma combinação destes; e um segundo aditivo selecionado a partir de um ácido, uma base ou um sal destes, em que o primeiro aditivo é diferente do segundo aditivo.
[374] O primeiro aditivo pode ser selecionado a partir de magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorite, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações destes, enquanto o segundo aditivo pode ser selecionado independentemente a partir de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio, ou combinações destes.
[375] Um determinado reagente biogênico de alto teor de carbono consiste essencialmente de, em base seca, carbono, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, matéria não combustível e um aditivo selecionado a partir do grupo consistindo em magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações destes.
[376] Um determinado reagente biogênico de alto teor de carbono consiste essencialmente de, em base seca, carbono, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, matéria não combustível e um aditivo selecionado a partir do grupo consistindo em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio e combinações destes.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 149/215
121/160 [377] A quantidade de aditivo (ou aditivos totais) pode variar amplamente, como de cerca de 0,01% em peso a cerca de 25% em peso, incluindo cerca de 0,1% em peso, cerca de 1% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 10% em peso, ou cerca de 20% em peso. Será apreciado, então, quando quantidades relativamente grandes de aditivos são incorporadas, como maior que cerca de 1% em peso, haverá uma redução no teor energético calculada com base no peso total do reagente (inclusive dos aditivos). Ainda, em várias modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono com aditivo(s) pode possuir um teor energético de cerca de pelo menos 11.000 Btu/lb, pelo menos 12.000 Btu/lb, pelo menos 13.000 Btu/lb, pelo menos 14.000 Btu/lb ou pelo menos 15.000 Btu/lb.
[378] A discussão acima sobre a forma do produto também se aplica para as modalidades que incorporam os aditivos. Na verdade, determinadas modalidades incorporam os aditivos como ligantes ou outros modificadores para enriquecer as propriedades finais para uma aplicação específica.
[379] Em algumas modalidades, a maior parte do carbono contido no reagente biogênico de alto teor de carbono é classificada como carbono renovável. Em algumas modalidades, substancialmente todo o carbono é classificado como carbono renovável. Pode haver determinados mecanismos de mercado (por exemplo, Números de Identificação Renováveis, créditos fiscais, etc.) em que o valor é atribuído ao teor de carbono renovável dentro do reagente biogênico de alto teor de carbono.
[380] Em determinadas modalidades, o carbono fixado pode ser classificado como carbono não renovável (por exemplo, de carvão), enquanto o carbono volátil, que pode ser adicionado separadamente, pode ser o carbono renovável para aumentar não apenas o teor energético, mas também o valor do carbono renovável.
[381] Os reagentes biogênicos de alto teor de carbono produzidos conforme descrito neste documento como úteis para uma grande variedade de produtos carbonosos. O reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser um produto de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 150/215
122/160 mercado desejável em si. Os reagentes biogênicos de alto teor de carbono, como fornecido neste documento, estão associados a níveis de impurezas mais baixos, emissões do processo reduzidas e sustentabilidade melhorada (incluindo maior teor de carbono renovável) em comparação com o estado da técnica.
[382] Nas variações, um produto inclui qualquer um dos reagentes biogênicos de lato carbono que podem ser obtidos pelos processos divulgados, ou que são descritos nas composições apresentadas neste documento, ou quaisquer porções, combinações ou derivados destes.
[383] De modo geral, os reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem ser queimados para produzir energia (incluindo eletricidade e calor); parcialmente oxidados ou reformados por vapor para produzir gás de síntese; utilizados por suas propriedades de adsorção ou de absorção; utilizados por suas propriedades reativas durante a refinação de metal (como a redução de óxidos de metal) ou outro processamento industrial; ou utilizados por suas propriedades materiais em aço de carbono e várias outras ligas metálicas. Essencialmente, os reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem ser utilizados para qualquer aplicação de mercado de mercadorias baseadas em carbono ou materiais avançados, incluindo usos especiais a serem desenvolvidos.
[384] Antes da adequação ou do uso real em qualquer aplicação do produto, os reagentes biogênicos de alto teor de carbono divulgados podem ser analisados, medidos e opcionalmente modificados (como por meio de aditivos) de várias maneiras. Algumas propriedades de interesse potencial, diferentes da composição química e do teor energético, incluem a densidade, o tamanho da partícula, área de superfície, microporosidade, absorvência, adsorção, capacidade de ligação, reatividade, atividade de dessulfuração e basicidade, para citar algumas propriedades.
[385] Os produtos ou materiais que podem incorporar estes reagentes biogênicos de alto teor de carbono incluem, mas não se limitam a, produtos de adição
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 151/215
123/160 de alto-forno à base de carbono, produtos de adição de pelotas de taconita à base de carbono, produtos de adição de panela à base de carbono, produtos de coque metalúrgico à base de carbono, produtos de substituição de carvão, produtos de coque à base de carbono, produtos de finos de carbono, matérias-primas de leito fluidizado à base de carbono, produtos de adição de alto-forno à base de carbono, produtos injetáveis à base de carbono, produtos pulverizados à base de carbono, produtos de fornalha automática à base de carbono, eletrodos de carbono ou produtos de carvão ativado.
[386] O uso dos reagentes biogênicos divulgados de alto teor de carbono na produção de metais pode reduzir a escória, aumentar a eficiência global e reduzir os impactos ambientais do ciclo de vida. Portanto, as modalidades desta invenção são particularmente adequadas para o processamento e fabricação de metal.
[387] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de adição de alto-forno à base de carbono. Um altoforno é um tipo de forno metalúrgico usado para fundição para produzir metais industriais, como (mas não limitados a) ferro. A fundição é uma forma de metalurgia extrativa; seu principal uso é para produzir um metal a partir de seu minério. A fundição usa o calor e um agente redutor químico para decompor o minério. O carbono e/ou o monóxido de carbono derivado do carbono remove o oxigênio do minério, deixando para trás o metal elementar.
[388] O agente redutor pode consistir, ou compreender, um reagente biogênico de alto teor de carbono. Em um alto-forno, o reagente biogênico de alto teor de carbono, o minério, e normalmente o calcário podem ser continuamente supridos pela parte superior do forno, enquanto o ar (opcionalmente com enriquecimento de oxigênio) é soprado para o fundo da câmara, para que as reações químicas ocorram em todo o forno, conforme o material se move para baixo. Os produtos finais são geralmente metal fundido e fases de escória tirados do fundo e gases de combustão
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 152/215
124/160 saindo da parte superior do forno. O fluxo descendente do minério em contato com um fluxo ascendente de gases quentes, ricos em monóxido de carbono é um processo em contracorrente.
[389] A qualidade do carbono no alto-forno é medida pela sua resistência à degradação. O papel do carbono como um meio permeável é crucial na operação econômica do alto-forno. A degradação do carbono varia com a posição no alto-forno e envolve a combinação da reação com CO2, H2O ou O2 e a abrasão de partículas de carbono umas contra as outras e outros componentes da carga. As partículas do carbono degradado podem causar obstrução e um pobre desempenho.
[390] O teste de Reatividade do Coque é uma medida conceituada do desempenho do carbono em um alto-forno. Este teste tem dois componentes: o Índice de Reatividade do Coque (CRI) e a Resistência do Coque após a Reação (CSR). Um material à base de carbono com um baixo valor de CRI (alta reatividade) e um alto valor de CSR pode proporcionar um desempenho melhorado do alto-forno. O CRI pode ser determinado, de acordo com qualquer método adequado conhecido na técnica, por exemplo, pelo Método ASTM DS341 em uma base recebida.
[391] Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono, quando misturado com outra fonte de carbono, por exemplo, até cerca de 10% em peso ou mais, fornece um produto final de carbono tendo propriedades adequadas para a combustão em um alto-forno.
[392] A resistência do reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser determinada por qualquer método adequado, conhecido na técnica, por exemplo, por um teste de queda-quebra, ou um teste de CSR. Em algumas modalidades, o reagente biogênico de alto teor de carbono, quando misturado com uma outra fonte de carbono, fornece um produto final de carbono tendo uma CSR de pelo menos cerca de 50%, 60% ou 70%. Um produto de combinação também pode fornecer um produto de coque final tendo uma reatividade adequada para a combustão em um alto-forno. Em
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 153/215
125/160 algumas modalidades, o produto tem um CRI, tal que o reagente biogênico de alto teor de carbono é adequado para uso como um aditivo ou como substituição para carvão metalúrgico, coque metalúrgico, finos de coque, coque de fundição ou carvão injetável.
[393] Algumas modalidades empregam um ou mais aditivos em uma quantidade suficiente para fornecer um reagente biogênico de alto teor de carbono que, quando adicionado à outra fonte de carbono (por exemplo, o coque) tendo um CRI ou CSR insuficiente para uso como um produto de alto-forno, fornece um produto de compósito com um CRI e/ou CSR suficiente para uso em um alto-forno. Em algumas modalidades, um ou mais aditivos estão presentes em uma quantidade suficiente para fornecer um reagente biogênico de alto teor de carbono tendo um CRI de não mais que cerca de 40%, 30% ou 20%.
[394] Em algumas modalidades, um ou mais aditivos selecionados de metais alcalino-terrosos, ou óxidos ou carbonatos destes, são introduzidos durante ou após o processo de produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono. Por exemplo, cálcio, óxido de cálcio, carbonato de cálcio, óxido de magnésio ou carbonato de magnésio podem ser introduzidos como aditivos. A adição destes compostos antes, durante ou após a pirólise pode aumentar ou diminuir a reatividade reagente biogênico de alto teor de carbono em um alto-forno. Estes compostos podem levar a materiais mais fortes, isto é, maior CSR, melhorando, assim, a eficiência do alto-forno. Além disso, os aditivos, como aqueles selecionados dos metais alcalino-terrosos, ou óxidos ou carbonatos destes, podem levar a emissões mais baixas (por exemplo, SO2).
[395] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono contém não apenas um alto teor de carbono fixado, mas também uma fração bastante alta de carbono volátil, conforme descrito acima. A matéria volátil pode ser desejável para a redução do óxido de metal porque se espera que tenha o melhor
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 154/215
126/160 transporte de massa no óxido de metal em temperaturas mais baixas. Em comparação com produtos à base de combustíveis fósseis, como o coque, os reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem ter resistência suficiente e mais carbono fixado e volátil, que leva à maior reatividade.
[396] Em algumas modalidades, um produto de substituição de alto-forno é um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais que cerca de 8% em peso de material não combustível, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de alto-forno compreende ainda não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, cerca de 0,5% em peso a cerca de 50% em peso de matéria volátil e, opcionalmente, um ou mais aditivos. Em algumas modalidades, o produto de substituição de alto-forno compreende cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de dolomita, cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de calcário dolomítico, cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de bentonita e/ou cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de alto-forno tem dimensões substancialmente na faixa de cerca de 1 cm a cerca de 10 cm.
[397] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção é útil como um produto de substituição do coque de fundição. O coque de fundição é geralmente caracterizado como tendo um teor de carbono de pelo menos cerca de 85% em peso, um teor de enxofre de cerca de 0,6% em peso, não mais que cerca de 1,5% em peso de matéria volátil, não mais que cerca de 13% em peso de cinzas, não mais que cerca de 8% em peso de umidade, cerca de 0,035% em peso de fósforo, um valor de CRI de cerca de 30, e dimensões variando de cerca de 5 cm a cerca de 25 cm.
[398] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 155/215
127/160 teor de carbono como produtos de adição de pelotas de taconita à base de carbono. Os minérios usados na produção de ferro e aço são óxidos de ferro. Os principais minérios de óxido de ferro são hematita, limonita (também chamado de minério marrom), taconita e magnetita, um minério preto. A taconita é um minério de baixa qualidade, mas importante, que contém magnetita e hematita. O teor de ferro da taconita é geralmente 25% em peso a 30% em peso. Os altos-fornos normalmente requerem pelo menos 50% em peso de minério de teor de ferro para a operação eficiente. Os minérios de ferro podem sofrer beneficiamento incluindo trituração, peneiramento, tombamento (tumbling), flotação e separação magnética. O minério refinado é enriquecido para mais de 60% de ferro e, frequentemente, é formado em pelotas antes do despacho.
[399] Por exemplo, a taconita pode ser moída em um pó fino e combinada com um ligante como a argila de bentonita e o calcário. As pelotas de cerca de um centímetro de diâmetro podem ser formadas, contendo aproximadamente 65% de ferro, por exemplo. As pelotas são queimadas, oxidando a magnetita a hematita. As pelotas são duráveis, o que garante que a carga do alto-forno permaneça porosa o suficiente para permitir que o gás aquecido passe e a reagir com o minério pelotizado.
[400] As pelotas de taconita podem ser alimentadas a um alto-forno para produzir ferro, conforme descrito acima com referência aos produtos de adição de altoforno. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono é introduzido no alto-forno. Nestas ou em outras modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono é incorporado na pelota de taconita em si. Por exemplo, o pó de minério de taconita, após o beneficiamento, pode ser misturado com um reagente biogênico de alto teor de carbono e um ligante e enrolado em pequenos objetos, e, em seguida, endurecido. Em tais modalidades, as pelotas de taconita-carbono com a composição apropriada podem convenientemente ser introduzidas em um alto-forno sem a necessidade de uma fonte separada de carbono.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 156/215
128/160 [401] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de adição de panela à base de carbono. Uma panela é um vaso usado para transportar e derramar metais fundidos. As panelas de fundição são usadas para derramar o metal fundido em moldes para produzir a peça fundida. Transferências de panela são usadas para transferir uma grande quantidade de metal fundido de um processo para outro. As panelas de tratamento são usadas para que um processo ocorra dentro da panela para alterar algum aspecto do metal fundido, como a conversão de ferro fundido para um ferro dúctil pela adição de vários elementos na panela.
[402] Os reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem ser introduzidos em qualquer tipo de panela, mas normalmente o carbono será adicionado a panelas de tratamento em quantidades adequadas com base no teor de carbono alvo. O carbono injetado nas panelas pode estar sob a forma de um pó fino, para um bom transporte em massa do carbono na composição final. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, quando usado como um produto de adição de panela, tem uma dimensão mínima de cerca de 0,5 cm, como cerca de 0,75 cm, cerca de 1 cm, cerca de 1,5 cm, ou maior.
[403] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção é útil como um aditivo de carbono de adição de panela em, por exemplo, um forno de oxigênio básico ou instalações de forno de arco elétrico, em qualquer lugar onde a adição de panela de carbono seria usada (por exemplo, adicionado na panela de carbono durante a fabricação de aço). Em algumas modalidades, o aditivo de carbono de adição de panela é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 BTU por libra.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 157/215
129/160 [404] Em algumas modalidades, o aditivo de carbono de adição de panela compreende até cerca de 5% em peso de manganês, até cerca de 5% em peso de óxido de cálcio e/ou até cerca de 5% em peso de calcário dolomítico. Em algumas modalidades, o aditivo de carbono de adição de panela tem uma dimensão mínima de cerca de 1/4 polegada. Em algumas modalidades, o produto de carbono de adição de panela tem uma dimensão máxima de cerca de 1/2 polegada. Em algumas modalidades, o aditivo de carbono de adição de panela tem uma dimensão mínima de cerca de 1/4 polegada e uma dimensão máxima de cerca de 1/2 polegada. Em algumas modalidades, o produto de carbono de adição de panela é substancialmente livre de combustível fóssil.
[405] O ferro reduzido direto (DRI), também chamado de ferro esponja, é produzido a partir da redução direta do minério de ferro (sob a forma de pedaços, pelotas ou finos) por um gás de redução, produzido a partir de gás natural ou carvão. O gás de redução é normalmente um gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, que atua como agente redutor. O reagente biogênico de alto teor de carbono, conforme fornecido neste documento, pode ser convertido em um fluxo de gás compreendendo CO, para atuar como um agente redutor para produzir o ferro reduzido direto.
[406] Pepitas de ferro são uma produção de aço de alta qualidade e material de alimentação de fundição de ferro. As pepitas de ferro são essencialmente todo o ferro e carbono, com quase nenhuma ganga (escória) e com baixos níveis de resíduos de metal. Elas são um produto de ferro gusa da classe premium com transporte superior e características de manuseio. O carbono contido em pepitas de ferro, ou qualquer porção dele, pode ser o reagente biogênico de alto teor de carbono fornecido neste documento. As pepitas de ferro podem ser produzidas através da redução do minério de ferro em um forno de fornalha giratória, usando um reagente biogênico de alto teor de carbono como o redutor e fonte de energia.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 158/215
130/160 [407] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de coque metalúrgico à base de carbono. O coque metalúrgico, também conhecido como coque met, é um material de carbono normalmente fabricado pela destilação destrutiva de várias misturas de carvão betuminoso. O sólido final é um carbono de não fundição chamado coque metalúrgico. Como resultado da perda de gases voláteis e de fundição parcial, o coque met tem uma morfologia aberta, porosa. O coque met tem um teor volátil muito baixo. No entanto, os constituintes de cinzas, que eram parte da matéria-prima original do carvão betuminoso, permanecem encapsulados no coque resultante. As matérias-primas de coque met estão disponíveis em uma ampla gama de tamanhos desde pó fino a pedaços do tamanho de uma bola de basquete. As purezas típicas variam entre 8692% em peso de carbono fixado.
[408] O coque metalúrgico é usado onde um carbono de desgaste de alta qualidade, duro, resiliente, é necessário. As aplicações incluem, mas não estão limitadas a, pavimentação condutiva, materiais de fricção (por exemplo, revestimentos de carbono), revestimentos de fundição, produtor de carbono de fundição, materiais da corrosão, aplicações de perfuração, agentes de redução, agentes de tratamento térmico, meios de embalagem de cerâmica, processos eletrolíticos e exclusão de oxigênio.
[409] O coque metalúrgico pode ser caracterizado como tendo um valor térmico de cerca de 10.000 a 14.000 Btu por libra e um teor de cinzas de cerca de 10% em peso ou mais. Assim, em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, compreendendo pelo menos cerca de 80% em peso, 85% em peso ou 90% em peso de carbono, não mais do que cerca de 0,8% em peso de enxofre, não mais do que cerca de 3% em peso de matéria volátil, não mais do que cerca de 15% em peso de cinzas, não mais do que cerca de 13% em peso de umidade,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 159/215
131/160 e não mais do que cerca de 0,035% em peso de fósforo. Em algumas modalidades, o produto de substituição de substituição do coque metalúrgico compreende cerca de 55% em peso de carbono, não mais do que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais do cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca 11.000 BTU por libra. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende ainda cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de dolomita, por exemplo, cerca de 1% em peso, cerca de 3% em peso, cerca de 4% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, cerca de 10% em peso, cerca de 11 % em peso, cerca de 12% em peso, cerca de 13% em peso, cerca de 14% em peso, ou cerca de 15% em peso de dolomita. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende ainda cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de bentonita, por exemplo, cerca de 1% em peso, cerca de 3% em peso, cerca de 4% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, cerca de 10% em peso, cerca de 11% em peso, cerca de 12% em peso, cerca de 13% em peso, cerca de 14% em peso, ou cerca de 15% em peso de bentonita. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende ainda cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de óxido de cálcio, por exemplo, cerca de 1% em peso, cerca de 3% em peso, cerca de 4% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, cerca de 10% em peso, cerca de 11% em peso, cerca de 12% em peso, cerca de 13% em peso, cerca de 14% em peso, ou cerca de 15% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende ainda cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de calcário dolomítico, por exemplo, cerca de 1% em peso, cerca de 3% em peso, cerca de 4% em peso, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso,
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 160/215
132/160 cerca de 10% em peso, cerca de 11 % em peso, cerca de 12% em peso, cerca de 13% em peso, cerca de 14% em peso, ou cerca de 15% em peso de calcário dolomítico. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico compreende qualquer combinação de cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de dolomita, cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de bentonita, cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de óxido de cálcio, e/ou cerca de 2% em peso a cerca de 15% em peso de calcário dolomítico. Um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, quando usado como um produto de substituição do coque metalúrgico, pode ter uma faixa de tamanho de cerca de 2 cm a cerca de 15 cm, por exemplo. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico tem uma dimensão mínima de cerca de 3/4 polegada. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico tem uma dimensão máxima de cerca de 4 polegadas. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico tem uma dimensão mínima de cerca de 3/4 polegada e uma dimensão máxima de cerca de 4 polegadas. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque metalúrgico é substancialmente livre de combustível fóssil.
[410] Em algumas modalidades, o produto de substituição do coque metalúrgico compreende ainda um aditivo, como cromo, níquel, manganês, óxido de magnésio, silício, alumínio, dolomita, fluorita, óxido de cálcio, cal, calcário dolomítico, bentonita e combinações destes.
[411] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de substituição do carvão. Qualquer processo ou sistema usando carvão pode, em princípio, ser adaptado para usar um reagente biogênico de alto teor de carbono.
[412] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono é combinado com um ou mais produtos à base de carvão para formar um
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 161/215
133/160 composto, tendo uma categoria mais alta do que o(s) produto(s) à base de carvão e/ou tendo menos emissões, quando queimado, do que o produto puro à base de carvão.
[413] Por exemplo, um carvão de baixa categoria, como o carvão subbetuminoso pode ser usado em aplicações normalmente que requerem um produto de carvão de categoria mais alta, como o carvão betuminoso, combinando uma quantidade selecionada de um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, com o produto de carvão de baixa categoria. Em outras modalidades, a categoria de um produto de carvão misturado (por exemplo, uma combinação de uma pluralidade de carvões de diferentes categorias) pode ser melhorada, combinando o carvão misturado com alguma quantidade do reagente biogênico de alto teor de carbono. A quantidade de um reagente biogênico de alto teor de carbono a ser misturada com o(s) produto(s) de carvão pode variar, dependendo da categoria do(s) produto(s) de carvão, das características do reagente biogênico de alto teor de carbono (por exemplo, teor de carbono, valor térmico, etc.) e da categoria desejada do produto final combinado.
[414] Por exemplo, o carvão antracite é geralmente caracterizado como tendo pelo menos cerca de 80% em peso de carbono, cerca de 0,6% em peso de enxofre, cerca de 5% em peso de matéria volátil, até cerca de 15% em peso de cinza, até cerca de 10% em peso de umidade, e um valor térmico de cerca de 29 MJ/kg (aproximadamente 12.494 Btu/lb). Em algumas modalidades, um produto de substituição de carvão antracite é um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, compreendendo pelo menos cerca de 80% em peso, não mais que cerca de 0,6% em peso de enxofre, não mais que cerca de 15% em peso de cinzas e um valor térmico de pelo menos cerca de 12.000 Btu/lb.
[415] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 162/215
134/160 de carvão térmico. Os produtos de carvão térmico são geralmente caracterizados como tendo altos de níveis de enxofre, altos níveis de fósforo, alto de teor de cinzas e valor térmico de até cerca de 15.000 Btu/lb. Em algumas modalidades, um produto de substituição de carvão térmico é um reagente biogênico de lato carbono compreendendo não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais que cerca de 4% em peso de cinzas e um valor térmico de pelo menos cerca de 12.000 Btu/lb.
[416] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de coque à base de carbono. Qualquer processo ou sistema de coqueificação pode ser adaptado para usar reagentes biogênicos de alto teor de carbono para produzir o coque, ou usá-los como uma matéria-prima do coque.
[417] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de carvão ou coque térmico. Por exemplo, um produto de substituição de carvão ou coque térmico pode consistir em um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 50% em peso de carbono, não mais que cerca de 8% em peso de cinzas, não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu/lb. Em outras modalidades, o produto de substituição do coque térmico compreende ainda cerca de 0,5% em peso a cerca de 50% em peso de matéria volátil. O produto de substituição de carvão ou coque térmico pode incluir cerca de 0,4% em peso a cerca de 15% em peso de umidade.
[418] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um coque de petróleo (pet) ou um produto de substituição do coque de petróleo de calcinação. O coque de petróleo de calcinação geralmente é caracterizado como tendo pelo menos cerca de 66% em peso de carbono, até 4,6% em peso de enxofre, até cerca de 5,5% em peso de matéria volátil, até cerca de 19,5% em peso de cinzas e até cerca de 2% em peso de umidade, e normalmente é dimensionado em cerca de 3 malhas ou menos. Em
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 163/215
135/160 algumas modalidades, o produto de substituição do coque de petróleo de calcinação é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 66% em peso de carbono, não mais que cerca de 4,6% em peso de enxofre, não mais que cerca de 19,5% em peso de cinzas, não mais que 2% em peso de umidade, e é dimensionado em cerca de 3 malhas ou menos.
[419] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um carbono de substituição do carbono de coque (por exemplo, queimado juntamente com o carvão metalúrgico em um forno de coqueificação). Em uma modalidade, um produto de substituição do carbono de coque é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais que cerca de 8% em peso de material não combustível, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, um produto de substituição do carbono de coque é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição do carbono de coque tem uma dimensão mínima de cerca de 3/4 polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição do carbono de coque é substancialmente livre de combustível fóssil. Em algumas modalidades, o produto de substituição do carbono de coque compreende cerca de 0,5% em peso a cerca de 50% em peso de matéria volátil, e/ou um ou mais aditivos.
[420] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de finos de carbono, que normalmente possuem tamanhos de partículas muito finos, como 6 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, ou menor. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 164/215
136/160 a presente invenção, é útil como um produto de substituição de finos de coque. Os finos de coque são geralmente caracterizados como tendo uma dimensão máxima de não mais de cerca de 6 mm, um teor de carbono de pelo menos cerca de 80% em peso, 0,6 a 0,8% em peso de enxofre, 1 % a 20% em peso de matéria volátil, até cerca de 13% de cinzas, até cerca de 13% em peso de umidade. Em algumas modalidades, um produto de substituição de finos de coque é um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, compreendendo pelo menos cerca de 80% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,8% em peso de enxofre, não mais que cerca de 20% em peso de matéria volátil, não mais que cerca de 13% em peso de cinzas, não mais que cerca de 13% em peso de umidade, e uma dimensão máxima de cerca de 6 mm.
[421] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de finos de carbono durante, por exemplo, a produção de pelotas de taconita ou em um processo de fabricação de ferro. Em algumas modalidades, um produto de substituição de finos de carbono é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de finos de carbono tem uma dimensão mínima de cerca de 1/8 polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição de finos de carbono é substancialmente livre de combustível fóssil.
[422] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como matérias-primas para vários leitos fluidizados, ou como produtos de substituição de matéria-prima à base de carbono de leito fluidizado. O carbono pode ser empregado em leitos fluidizados para a combustão total, oxidação parcial, gaseificação, reforma a vapor ou afins. O carbono pode ser primariamente
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 165/215
137/160 convertido em gás de síntese para vários usos a jusante, incluindo a produção de energia (por exemplo, calor e energia combinados), ou combustíveis líquidos (por exemplo, metanol ou combustíveis a diesel Fischer-Tropsch).
[423]Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de carvão de leito fluidizado em, por exemplo, fornos de leito fluidizado, onde quer que o carvão fosse usado (por exemplo, para o aquecimento do processo ou produção de energia). Em algumas modalidades, um produto de substituição de leito fluidizado é um reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de leito fluidizado tem uma dimensão mínima de cerca de 1/4 polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição de leito fluidizado tem uma dimensão máxima de cerca de 2 polegadas. Em algumas modalidades, o produto de substituição de leito fluidizado tem uma dimensão mínima de cerca de 1/4 polegada e uma dimensão máxima de cerca de 2 polegadas. Em algumas modalidades, o produto de substituição de leito fluidizado é substancialmente livre de combustível fóssil. Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de adição de forno à base de carbono. Os produtos de adição de forno à base de carvão geralmente são caracterizados como tendo altos níveis de enxofre, altos níveis de fósforo e alto teor de cinzas, o que contribui para a degradação do produto de metal e criar a poluição do ar. Em algumas modalidades, um produto de substituição de adição de forno de carbono compreendendo um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais que cerca de 4% em peso de cinzas, não mais que cerca de 0,03% em peso de fósforo, e uma dimensão máxima de cerca de 7,5 cm. Em algumas modalidades, o produto de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 166/215
138/160 substituição de adição de forno de compreende cerca de 0,5% em peso a cerca de 50% em peso de matéria volátil e cerca de 0,4% em peso a cerca de 15% em peso de umidade. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 80% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso ou menos de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, não mais que cerca de 5% em peso de manganês, não mais que cerca de 5% em peso de fluorita, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 BTU/lb. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno compreende ainda cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de dolomita, por exemplo, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, ou cerca de 10% em peso de dolomita. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno compreende ainda cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de calcário dolomítico, por exemplo, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, ou cerca de 10% em peso de calcário dolomítico. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno compreende ainda cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de óxido de cálcio, por exemplo, cerca de 5% em peso, cerca de 6% em peso, cerca de 7% em peso, cerca de 8% em peso, cerca de 9% em peso, ou cerca de 10% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno compreende ainda cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de calcário dolomítico e cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno compreende ainda cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de dolomita, cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de calcário dolomítico e cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno tem uma dimensão mínima de cerca de 3/4 polegada.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 167/215
139/160
Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno tem uma dimensão máxima de cerca de 2 polegadas. Em algumas modalidades, a adição de forno tem uma dimensão mínima de cerca de 3/4 polegada e uma dimensão máxima de cerca de 2 polegadas. Em algumas modalidades, o produto de substituição de adição de forno é substancialmente livre de combustível fóssil.
[424] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um aditivo de carbono de adição de forno em, por exemplo, instalações de fornos de oxigênio básico ou de forno de arco elétrico, onde um carbono de adição de forno poderia ser usado. Por exemplo, o carbono de adição de forno pode ser adicionado a restos de aço durante a fabricação de aço, nas instalações do forno de arco elétrico). Para aplicações de forno de arco elétrico, o carbono de alta pureza é desejado para que as impurezas não sejam introduzidas de volta no processo após a remoção anterior das impurezas.
[425] Em algumas modalidades, um aditivo de carbono de adição de forno é um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, compreendendo pelo menos cerca de 80% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais que cerca de 8% em peso de material não combustível, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 Btu por libra. Em algumas modalidades, o aditivo de carbono de adição de forno compreende ainda até cerca de 5% em peso de manganês, até cerca de 5% em peso de fluorita, cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de dolomita, cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de calcário dolomítico, e/ou cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso de óxido de cálcio.
[426] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos à base de carbono de fornalha automática. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de carvão de fornalha
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 168/215
140/160 automática em, por exemplo, instalações de fornalha automática, onde o carvão seria usado (por exemplo, para o aquecimento do processo ou produção de energia). Em algumas modalidades, um produto de substituição de carbono de fornalha automática é um substituto biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% em peso de enxofre, não mais que cerca de 0,035% em peso de fósforo, e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 BTU por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono de fornalha automática tem uma dimensão mínima de cerca de 1 polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono de fornalha automática tem uma dimensão máxima de cerca de 3 polegadas. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono de fornalha automática tem uma dimensão mínima de cerca de 1 polegada e uma dimensão máxima de cerca de 3 polegadas. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono de fornalha automática é substancialmente livre de combustível fóssil.
[427]Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como materiais à base de carbono injetáveis (por exemplo, pulverizados). Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição do coque de petróleo de calcinação de classe de injeção. O coque de petróleo de calcinação de classe de injeção é geralmente caracterizado como tendo pelo menos cerca de 66% em peso de carbono, cerca de 0,55 a cerca de 3% em peso de enxofre, até cerca de 5,5% em peso de matéria volátil, até cerca de 10% em peso de cinzas, até cerca de 2% em peso de umidade, e é dimensionado em cerca de 6 malhas ou menos. Em algumas modalidades, um produto de substituição do coque de petróleo de calcinação é um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos cerca de 66% em peso de carbono, não mais que cerca de 3% em peso de enxofre, não mais que cerca de 10% em peso de cinzas, não mais que cerca de 2%
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 169/215
141/160 em peso de umidade, e é dimensionado em cerca de 6 malhas ou menos. Em várias modalidades, o carbono injetável também é conhecido como carbono pulverizado, carbono pulverizado para injeção, ou PCI. Em várias modalidades, o carbono injetável é usado como uma fonte de energia direta, um reagente ou ambos.
[428] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de carbono injetável em, por exemplo, fornos de oxigênio básico ou instalações de fornalha de arco elétrico em qualquer aplicação onde carbono injetável seria utilizado (por exemplo, injetado em escória ou panela durante a fabricação de aço). Em algumas modalidades, um produto de substituição de carbono injetável é um substituto biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% de enxofre, não mais que cerca de 0,035% de fósforo e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 BTU por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono injetável também compreende até cerca de 10% em peso de calcário dolomítico. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono injetável também compreende até cerca de 10% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono injetável também compreende até cerca de 10% em peso de calcário dolomítico e até cerca de 10% em peso de óxido de cálcio. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono injetável tem uma dimensão máxima de cerca de 1/8 de polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carbono injetável é substancialmente livre de combustíveis fósseis.
[429] Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de substituição de carbono pulverizado, por exemplo, onde o carvão pulverizado seria usado (por exemplo, para processo de aquecimento ou produção de energia). Em algumas modalidades, o produto de substituição de carvão pulverizado é composto por até
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 170/215
142/160 cerca de 10% óxido de cálcio. Em algumas modalidades, um produto de substituição de carvão pulverizado é um substituto biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos 55% em peso de carbono, não mais que cerca de 0,4% de enxofre e um valor térmico de pelo menos cerca de 11.000 BTU por libra. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carvão pulverizado tem uma dimensão máxima de cerca de 1/8 de polegada. Em algumas modalidades, o produto de substituição de carvão pulverizado é substancialmente livre de combustíveis fósseis.
[430] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produto de adição de carbono para a produção de metais. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um produto de adição de carbono para a produção de aço de carbono ou uma outra liga de metal composta por carbono. Produtos de adição de carbono de fase avançada derivado de carvão geralmente são caracterizados pelos altos níveis de fósforo, altos níveis de enxofre e alto teor de cinzas e níveis elevados de mercúrio que degradam a qualidade do metal e contribuem para a poluição do ar. Em algumas modalidades da presente invenção, produto de adição de carbono é composto por não mais de cerca de 0,5% em peso de enxofre, não mais de cerca de 4% em peso de cinzas, não mais de cerca de 0,03% em peso de fósforo, uma dimensão mínima de cerca de 1 a 5 mm e uma dimensão máxima de cerca de 8 a 12 mm.
[431] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como eletrodos de carbono. Em algumas modalidades, um reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a presente invenção, é útil como um material do eletrodo (por exemplo, ânodo) apropriado para o uso, por exemplo, na produção de alumínio. Em algumas modalidades, um material do eletrodo é composto por um reagente biogênico de alto teor de carbono de acordo com a presente invenção, em alguma modalidade. Em algumas modalidades, um eletrodo de carbono
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 171/215
143/160 compreende um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos 55% em peso de carbono e não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre. Em algumas modalidades, o eletrodo de carbono é substancialmente livre de combustíveis fósseis.
[432] Outros usos do reagente biogênico de alto teor de carbono em eletrodos de carbono incluem aplicações em baterias, células de combustível, capacitores e outros dispositivos de armazenamento de energia ou de fornecimento de energia. Por exemplo, em uma bateria de íon-lítio, o reagente biogênico de alto teor de carbono pode ser usado no lado do ânodo para intercalar o lítio. Nessas aplicações, a pureza de carbono e cinza baixa podem ser muito importantes. Em algumas modalidades, um método de fabricação de um metal é composto por uma etapa na qual um eletrodo de carbono é consumido. Em algumas modalidades, o eletrodo de carbono compreende um reagente biogênico de alto teor de carbono composto por pelo menos 55% em peso de carbono e não mais que cerca de 0,5% em peso de enxofre. Em algumas modalidades, o eletrodo de carbono é substancialmente livre de combustíveis fósseis.
[433] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como suportes de catalisador. Carbono é um suporte de catalisador conhecido em uma ampla gama de reações químicas catalisadas, tal como síntese de álcool misturado a partir do gás de síntese usando catalisadores metálicos de enxofre de cobalto e molibdênio suportados em uma fase de carbono, ou catalisadores derivados de ferro suportados em carbono para a síntese de Fischer-Tropsch de hidrocarbonetos elevados do gás de síntese.
[434] Algumas variações da invenção utilizam os reagentes biogênicos de alto teor de carbono como produtos de carvão ativado. O carvão ativado é usado em uma ampla variedade de aplicações de fase de gás e líquida, incluindo tratamento de água, purificação do ar, recuperação de solvente do vapor, comida e processamento de bebidas e produtos farmacêuticos. Para o carvão ativado, a porosidade e a área de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 172/215
144/160 superfície do material são geralmente importantes. O reagente biogênico de alto teor de carbono aqui fornecido pode fornecer um produto superior de carvão ativado, em várias modalidades, devido à (i) área de superfície maior do que os combustíveis fósseis à base de carvão ativado; (ii) renovabilidade do carbono; (iii) natureza vascular das matérias-primas da biomassa em conjunto com aditivos permite a melhor penetração/distribuição de aditivos que melhoram o controle de poluentes; e (iv) o material menos inerte (cinza) leva a maior reatividade.
[435] Em algumas modalidades, as quantidades de vários componentes de composições de reagente biogênico de alto teor de carbono divulgadas neste documento são determinadas em base seca. Em algumas modalidades, as quantidades de vários componentes de composições de reagente biogênico de alto teor de carbono divulgadas neste documento são determinadas em uma base livre de cinza. Em algumas modalidades, as quantidades de vários componentes de composições de reagente biogênico de alto teor de carbono divulgadas neste documento são determinadas em base seca, livre de cinza.
[436] Deve-se reconhecer que na descrição acima das aplicações de mercado de reagentes biogênicos de alto teor de carbono, os aplicativos descritos não são exclusivos, nem são exaustivos. Assim, um reagente biogênico de alto teor de carbono que é descrito como sendo apropriado para um tipo de produto de carbono pode ser adequado para qualquer outra aplicação descrita, em várias modalidades. Essas aplicações são exemplares apenas, e existem outras aplicações de carbono reagentes biogênicos de alto teor de carbono. Em várias modalidades, o carbono injetável é usado como uma fonte de energia direta, como um reagente ou ambos.
[437] Além disso, em algumas modalidades, o mesmo material físico pode ser utilizado em vários processos de mercado, de forma integrada ou em sequência. Assim, por exemplo, um reagente biogênico de alto teor de carbono que é usado como um eletrodo de carbono ou um carvão ativado pode, no final de sua vida útil como
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 173/215
145/160 material de desempenho, então ser introduzido a um processo de combustão para valor energético ou para um processo de metal etc.
[438] Algumas modalidades podem empregar um carvão ativado, tanto por suas propriedades reativas/de adsorção e também como combustível. Por exemplo, um carvão ativado injetado em um fluxo de emissões pode ser adequado para remover contaminantes, seguidos por combustão de partículas de carvão ativado e, possivelmente, os contaminantes, para produzir energia e destruir termicamente ou oxidar quimicamente os contaminantes.
[439] Vantagens de utilização de produtos e ambientais significativas podem ser associadas aos reagentes biogênicos de alto teor de carbono, comparada aos produtos convencionais derivados de combustível fóssil. Reagentes biogênicos de alto teor de carbono podem não ser só ambientalmente superiores, mas também funcionalmente superiores do ponto de vista de processamento por causa da maior pureza, por exemplo.
[440] Com relação à produção de metais, a produção de reagentes biogênicos com o processo divulgado pode resultar em emissões significativamente menores de CO, CO2, NOx, SO2 e poluentes de ar perigosos em comparação ao coque de produtor derivados de carvão necessários para prepará-los para uso na produção de metais.
[441] O uso de reagentes biogênicos de alto teor de carbono no lugar de carvão ou coque também reduz significativamente emissões ambientais de SO2, poluentes atmosféricos perigosos, e mercúrio.
[442] Também, devido à pureza destes reagentes biogênicos de alto teor de carbono (incluindo baixo teor de cinzas), os reagentes biogênicos têm o potencial de reduzir a escória e aumentar a capacidade de produção em processos de fabricação de metal em lote.
Exemplos
Exemplo 1. Preparação do Reagente Biogênico - Método Geral.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 174/215
146/160 [443] Lascas grandes de substrato de madeira de pinheiro vermelho, cilindros de abeto de Douglas (peças de 1,25 polegadas de diâmetro) e peças de abeto de Douglas (aproximadamente 2 polegadas por 2 polegadas), foram carregadas em um funil de carga com um fluxo de gás nitrogênio opcionalmente aquecido. Opcionalmente, uma solução aquosa de 1% de um aditivo (por exemplo, NaOH ou KOH) foi aplicada por spray ao substrato de madeira enquanto no funil ou por imersão da biomassa na solução aquosa aditiva. Independentemente do método de aplicação, a solução aditiva foi autorizada a penetrar na biomassa por 30 minutos antes da biomassa ser seca. Uma vez que o reator alcançou a temperatura desejada, a rotação do reator foi iniciada e o substrato de madeira foi alimentado lentamente por ativar o sistema de alimentação de material. Tempos de residência média na parte aquecida do reator para cada lote são indicados na Tabela 1. Depois de sair da parte aquecida do reator, o material pirolisado coletado em um funil de descarga. Uma transportadora retirou o reagente biogênico do funil de descarga para análise posterior.
[444] O reagente biogênico foi preparado de acordo com o Método Geral acima usando vários tamanhos de matéria-prima, variando as temperaturas do reator, aquecidas ou ambientes de nitrogênio, aditivo e tempos de residência. A Tabela 1 resume os parâmetros de pirólise para cada lote.
Ta bela 1. Preparação do Reagente Biogênico.
Amostra Tamanho do substrato Temp. do reator Temp. do nitrogênio Aditivo Tempo de residência
A Lascas grandes 371°C Ambiente (20-25°C) Nenhum 0,5 hora
B Lascas grandes 350°C Ambiente Nenhum 0,5 hora
C Lascas grandes 350°C 300°C Nenhum 0,5 hora
D Cilindros de 1,25 polegadas 600°C 300°C Nenhum 2 horas
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 175/215
147/160
E 2 x 2 polegadas 600°C 300°C Nenhum 2 horas
F Lascas grandes 480°C Ambiente Nenhum 4 horas
G Lascas grandes 480°C Ambiente KOH 4 horas
H Lascas grandes 370°C Ambiente KOH 2,5 horas
I Lascas grandes 370°C Ambiente KOH 2 horas
J1 Entrada Tratada N/A N/A NaOH N/A
J2 Saída J1 370°C Ambiente NaOH 2 horas
Exemplo 2. Análise do Reagente Biogênico.
[445]Parâmetros dos reagentes biogênicos preparados de acordo com o
Método Geral de Exemplo 1 foram analisados de acordo com a Tabela 2 abaixo.
Tabela 2. Métodos Utilizados para Analisar os Reagentes Biogênicos.
Parâmetro Método
Umidade (total) ASTM D3173
Teor de cinza ASTM D3174
Teor de substância volátil ASTM D3175
Teor de carbono fixo (por conteúdo) ASTM D3172
Teor de enxofre ASTM D3177
Valor térmico (BTU por libra) ASTM D5865
Teor de carbono ASTM D5373
Teor de hidrogênio ASTM D5373
Teor de nitrogênio ASTM D5373
Teor de oxigênio (por cálculo) ASTM D3176
[446]Resultados para Amostras de A a F, que foram preparadas sem o uso de aditivos, são mostrados na Tabela 3 abaixo.
Tabela 3. Características dos Reagentes Biogênicos de A a F.
Amostra A B C D E F
Umidade (% em peso) 2,42 3,02 3,51 0,478 0,864 4,25
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 176/215
148/160
Cinza (% em peso) 1,16 0,917 0,839 1,03 1,06 1,43
Matéria Volátil (% em peso) 38,7 46,4 42,8 2,8 17,0 18,4
Carbono fixo (% em peso) 57,7 49,4 52,9 95,7 81,0 76,0
Enxofre (% em peso) ND1 ND ND ND ND ND
Valor térmico (BTU/lb) 12.807 12.452 12.346 14.700 13.983 13.313
Carbono (% em peso) 73,3 71,2 71,0 *NT NT 84,1
Hidrogênio (% em peso) 4,47 4,85 4,63 NT NT 2,78
Nitrogênio (% em peso) 0,251 0,227 0,353 NT NT 0,259
Oxigênio (% em peso) 18,3 19,7 19,6 NT NT 7,13
fND: menos que 0,05% em peso de teor de enxofre.
*NT: Não Testado.
[447]Resultados para Amostras de G a J2, que foram preparadas sem o uso de aditivos, são mostrados na Tabela 4 abaixo.
Tabela 4. Características dos Reagentes Biogênicos G a J2
Amostra G H I J1 J2
Umidade (% em peso) 3,78 5,43 1,71 15,2 4,05
Cinza (% em peso) 5,97 12,6 15,8 7,9 20,2
Matéria Volátil (% em peso) 17,8 30,2 19,7 59,1 25,3
Carbono fixo (% em peso) 72,5 51,7 62,8 17,8 50,5
Enxofre (% em peso) NDt ND ND ND ND
Valor térmico (BTU/lb) 12.936 10.530 11.997 6.968 9.639
Carbono (% em peso) 81,1 64,4 69,6 41,9 67,2
Hidrogênio (% em peso) 2,6 3,73 3,82 4,64 3,78
Nitrogênio (% em peso) 0,20 0,144 0,155 0,145 0,110
Oxigênio (% em peso) 6,31 13,6 8,91 30,2 4,6
tND: menos que 0,05% em peso de teor de enxofre.
Exemplo 3. Produção de um Reagente Biogênico de Valor de Calor Elevado.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 177/215
149/160 [448] Este exemplo demonstra a produção de um reagente biogênico com um valor de calor elevado.
[449] Uma matéria-prima composta por peças cilíndricas de abeto de Douglas (1-1/8 de diâmetro, aproximadamente 1,5 polegadas de comprimento) foi pirolisada de acordo com o Método Geral do Exemplo 1. O reator foi aquecido a 600 ° C. e a matéria-prima foi pirolisada com um tempo de residência de 30 minutos. Após arrefecimento, o reagente biogênico resultante foi analisado de acordo com os métodos descritos no Exemplo 2. Os resultados são mostrados na Tabela 5.
Tabela 5. Análise do Reagente Biogênico de Valor de Calor Elevado.
Análise aproximada
Parâmetro Método ASTM Como recebido Livre de umidade Livre de cinza e umidade
Umidade (total) D3173 1,45% em peso -- --
Cinza D3174 0,829% em peso 0,841% em peso --
Substância volátil D3175 7,15% em peso 7,26% em peso 7,32% em peso
Carbono fixo D3172 90,6% em peso 91,9% em peso 92,7% em peso
Enxofre D3177 NDt ND ND
Valor de aquecimento D5865 14.942 BTU/lb 15.162 BTU/lb 15,291 BTU/lb
Análise Final
Parâmetro Método ASTM Como recebido Livre de umidade Livre de cinza e umidade
Umidade (total) D3173 1,45% em peso -- --
Cinza D3174 0,829% em 0,841% em —
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 178/215
150/160
peso peso
Enxofre D3177 ND ND ND
Carbono D5373 88,3% em peso 89,6% em peso 90,4% em peso
Hidrogênio* D5373 1,97% em peso 2,00% em peso 2,01% em peso
Nitrogênio D5373 0,209% em peso 0,212% em peso 0,214% em peso
Oxigênio* D3176 7,19% em peso 7,30% em peso 7,36% em peso
fND: O teor de enxofre era menos de 0,050% em peso (como recebido), menos de 0,051 % em peso (livre de umidade) ou menos de 0,052% em peso (livre de cinzas e umidade).
*Excluindo a água.
Exemplo 4. Produção de um Reagente Biogênico de Valor de Calor Elevado.
[450] Este exemplo demonstra a produção de um reagente biogênico com um valor de calor elevado.
[451] Uma matéria-prima composta por lascas de pinheiro vermelho com um tamanho médio de partícula de aproximadamente 1 polegada por 1/2 polegada por 1/8 polegada foi pirolisada de acordo com o Método Geral do Exemplo 1. O reator foi aquecido a 550°C. e a matéria-prima foi pirolisada com um tempo de residência de 30 minutos. Após arrefecimento, o reagente biogênico resultante foi analisado de acordo com os métodos descritos no Exemplo 2. Os resultados são mostrados na Tabela 6.
Tabela 6. Análise do Reagente Biogênico de Valor de Calor Elevado.
Análise aproximada
Parâmetro Método ASTM Como recebido Livre de umidade Livre de cinza e umidade
Umidade (total) D3173 2,55% em peso -- --
Cinza D3174 1,52% em 1,56% em —
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 179/215
151/160
peso peso
Substância volátil D3175 10,1% em peso 10,4% em peso 10,5% em peso
Carbono fixo D3172 85,8% em peso 88,1% em peso 89,5% em peso
Enxofre D3177 ND* ND ND
Valor de aquecimento D5865 14.792 BTU/lb 15.179 BTU/lb 15.420 BTU/lb
Análise Fina
Parâmetro Método ASTM Como recebido Livre de umidade Livre de cinza e umidade
Umidade (total) D3173 2,55% em peso -- --
Cinza D3174 1,52% em peso 1,56% em peso --
Enxofre D3177 ND ND ND
Carbono D5373 88,9% em peso 91,2% em peso 92,7% em peso
Hidrogênio* D5373 2,36% em peso 2,42% em peso 2,45% em peso
Nitrogênio D5373 0,400% em peso 0,410% em peso 40,417% em peso
Oxigênio* D3176 4,22% em peso 4,33% em peso 4,40% em peso
ND+: O teor de enxofre era menos de 0,050% em peso (como recebido), menos de 0,051 % em peso (livre de umidade) ou menos de 0,052% em peso (livre de cinzas e umidade).
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 180/215
152/160 ^Excluindo a água.
Exemplo 5. Produção de um Produto de Substituição de Coque Biogênico para a Mistura com Coque Metalúrgico.
[452] O reagente biogênico foi preparado a partir de fixação por pinos de madeira moída seca em forno substancialmente de acordo com o Método Geral do Exemplo 1.
[453] Misturas de coque metalúrgico (Amostra ID No. SGS/427-1 104014-001) com 2% e 5% do reagente biogênico foram preparados misturando coque metalúrgico com a quantidade adequada de produto de substituição coque biogênico. Os valores de força e reatividade foram medidos de acordo com ASTM D5341 para as misturas em comparação com coque metalúrgico sozinho são mostrados na Tabela 7 (os valores são a média de um mínimo de dois ensaios por amostra).
Tabela 7. CSR e CRI de Misturas de Reagentes Biogênicos de Coque
Metalúrgico.
Quantidade de Reagente Biogênico CRI CSR
0% em peso (referência) 24,5% 62,8%
2% em peso 25,7% (+1,2%) 62,3% (-0,5%)
5% em peso 28,0% (+3,5%) 61,2% (-1,6%)
[454] Este exemplo demonstra que um reagente biogênico preparado de acordo com o Método Geral do Exemplo 1, quando misturado com coque metalúrgico em 2% em peso e 5% em peso, é capaz de atingir valores CRI abaixo de 30% e valores CSR acima de 60%, correspondendo com especificações típicas para o uso de coque metalúrgico em grandes altos-fornos.
Exemplo 6. Produção de um Produto de Substituição de Coque Biogênico de Resistência Quente Avançada.
[455] As lascas de madeira de pinheiro vermelho dimensionadas com aproximadamente 1 x /> x 1/8 foram pirolisadas de acordo com o Método Geral de
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 181/215
153/160 exemplo 1 a 600°C. com um tempo de residência de 30 minutos. O reagente biogênico resultante é conhecido como Amostra A.
[456] Fixação por pinos de madeira moída seca em forno com um diâmetro de 1-1/8 foi cortada em segmentos com um comprimento de cerca de 1,5 polegadas cada. Os segmentos foram pirolisados de acordo com o Método Geral do Exemplo 1 a 600°C. com um tempo de residência de 2 horas. O reagente biogênico resultante é conhecido como Amostra B.
[457] As amostras A e B foram colocadas separadamente em tubos de quartzo e aquecidas a 100°C na presença de gás CO2 durante uma hora. Depois de uma hora, a Amostra A tinha um valor de CSR de cerca de 0%. Depois de uma hora, a Amostra B tinha um valor de CSR de 64,6%. Esses resultados indicam o potencial para aumentar a resistência quente de um produto de substituição de coque biogênico e adequabilidade para a utilização como um substituto para coque metalúrgico em várias aplicações de produção de metal.
Exemplo 7. Preparação do Reagente Biogênico Particularmente Dimensionado.
[458] Como mostrado na Tabela 8 abaixo, o Reagente Biogênico com uma forma específica e dimensão média foi produzido de acordo com o Método Geral do Exemplo 1.
Tabela 8. Propriedades do Reagente Biogênico Particularmente
Dimensionado.
Amostra Carbono fixo Volume inicial Volume final Mudança de volume Massa inicial Massa final Mudança de massa
Blocos 90% em peso 3,15 pol3 1,51 pol3 -52% 22,7 g 4,91 g -78%
Cilindros- 80% em 1,46 0,64 -56% 14,47 3,61 g -75%
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 182/215
154/160
1 peso pol3 pol3 g
Cilindros- 2 90% em peso 1,46 pol3 0,58 pol3 -60% 14,47 g 3,60 g -75%
Exemplo 8. Efeito do Tempo de Residência em Níveis de Carbono Fixo.
[459]O efeito do tempo de residência em níveis de carbono fixo no reagente biogênico foi investigado pela divisão de um lote de matéria-prima em quatro grupos de massa aproximadamente igual, composto de pedaços de matéria-prima de tamanho de partícula aproximadamente igual. Cada um dos quatro grupos foi submetido à pirólise de acordo com o Método Geral de Exemplo 1 a 350°C, com tempos de residência de 0 minuto, 30 minutos, 60 minutos e 120 minutos, respectivamente. O teor de carbono fixo de cada amostra foi determinado pela ASTM D3172. Os resultados são mostrados na Tabela 9 e na FIG. 14 correspondente.
Tabela 9. Efeito do Tempo de Residência em Níveis de Carbono Fixo.
Amostra Tempo de residência Carbono fixo
Residência 1 0 minuto 17%
Residência 2 30 minutos 50%
Residência 3 60 minutos 66%
Residência 4 120 minutos 72%
Exemplo 9. Efeito da Temperatura de Pirólise em Níveis de Carbono Fixo.
[460]O efeito da temperatura de pirólise em níveis de carbono fixo no reagente biogênico foi investigado dividindo um lote de matérias-primas em cinco grupos de massa aproximadamente igual composto de pedaços de matéria-prima de tamanho de partícula aproximadamente igual. Cada um dos cinco grupos foi submetido à pirólise de acordo com o Método Geral do Exemplo 1 com um tempo de residência de 30 minutos. O teor de carbono fixo de cada amostra foi determinado por ASTM D3172. Os resultados são mostrados na Tabela 10 e na figura 15 correspondente.
Tabela 10. Efeito do Tempo de Residência em Níveis de Carbono Fixo.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 183/215
155/160
Amostra Temp. de Pirólise Carbono Fixo
Temperatura-1 310°C 38% em peso
Temperatura-2 370°C 58% em peso
Temperatura-3 400°C 64% em peso
Temperatura-4 500°C 77% em peso
Temperatura-5 600°C 83% em peso
Exemplo 10. Efeito do Tamanho de Partícula de Matéria-prima em Níveis de
Carbono Fixo.
[461]O efeito do tamanho de partícula de matéria-prima em níveis de carbono fixo no reagente biogênico foi investigado por pirólise de três grupos de biomassa de pinho vermelho: serragem (tamanho de partícula médio de aproximadamente 0,0625 polegada), lascas (tamanho de partícula médio de aproximadamente 1 polegada por 1/2 polegada por 1/8 polegada), e pedaços (cilindros, tendo um diâmetro de 1 a 1/8 de diâmetro e um comprimento de cerca de 1,5 polegada). Cada um dos três grupos foi submetido à pirólise de acordo com o método geral de Exemplo 1 a 400°C. por 30 minutos. O teor de carbono fixo de cada amostra foi determinado por ASTM D3172. Os resultados são mostrados na Tabela 11 e na figura 16 correspondente.
Tabela 11. Efeito do Tempo de Residência em Níveis de Carbono Fixo.
Amostra Tamanho de partícula médio Carbono fixo
Serragem ~0,0625 polegada 71% em peso
Lascas ~1 polegada x 1/2 polegada x 1/8 polegada 64% em peso
Pedaços comprimentos de ~1,5” de cilindros de 1-1/8” de diâmetro 62% em peso
Exemplo 11. Efeito do Nível de Oxigênio Durante a Pirólise no Rendimento em Massa do Reagente Biogênico.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 184/215
156/160 [462] Este exemplo demonstra o efeito dos níveis de oxigênio no rendimento em massa do reagente biogênico.
[463] Duas amostras de serragem de madeira dura (4,0 g) cada uma foi colocada em um tubo de quartzo. O tubo de quartzo foi então colocado em um forno de tubo (Lindberg Model 55035). O fluxo de gás foi definido em 2.000 ccm. Uma amostra foi exposta à atmosfera de nitrogênio de 100%, enquanto a outra amostra foi submetida a um fluxo de gás compreendendo 96% de nitrogênio e 4% de oxigênio. A temperatura do forno foi definida em 290°C. Ao chegar a 290°C (aproximadamente 20 minutos), a temperatura foi mantida a 290°C por 10 minutos, altura em que a fonte de calor foi desativada, e o tubo e o forno permitidos resfriar durante 10 minutos. Os tubos foram removidos do forno (gás fluindo ainda a 2.000 ccm). Uma vez que os tubos e as amostras foram resfriados o suficiente para o processo, os gases foram desativados, e o material pirolisado removido e pesado (Tabela 12).
Tabela 12. Efeito dos Níveis de Oxigênio Durante a Pirólise no Rendimento em Massa.
Amostra Atmosfera Rendimento em Massa
Atmosfera-1 (a) 100% de Nitrogênio 87,5%
Atmosfera-2(a) 96% de Nitrogênio, 4% de Oxigênio 50,0%
Exemplo 12. Efeito do Nível de Oxigênio Durante a Pirólise no Nível de Teor Fixo e Valor de Calor do Reagente Biogênico.
[464] O aumento do teor de carbono fixo e valor de calor do uso de uma Unidade de Recuperação de Carbono (“CRU”) é demonstrado.
[465] A pirólise de serragem de madeira de acordo com o Exemplo 10 foi realizada. Um tubo de carvão de casca de coco (CSC) padrão (SKC Cat. N° 226-09) foi colocado na corrente de gás de escape seguindo um midget impinger padrão contendo 10 mL de água de grau HPLC. Os aumentos dos níveis de carbono fixo e do valor de calor foram comparados com um tubo de CSC que não tinha sido exposto
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 185/215
157/160 a quaisquer gases de escape (Tabela 13, dados sem cinzas e umidade).
Tabela 13. Aumento do Teor de Carbono Fixo e do Valor de Calor como uma
Função do Teor de Oxigênio Durante a Pirólise.
Amostra Atmosfera Aumento do teor de carbono Aumento do valor de calor
Atmosfera- 1(b) 100% de Nitrogênio +3,2% +567 BTU/lb (+4,0%)
Atmosfera- 2(b) 96% de Nitrogênio, 4% de Oxigênio +1,6% +928 BTU/lb (+6,5%)
[466] Os resultados dos Exemplos 11 e 12 demonstram os benefícios de manter uma atmosfera de oxigênio perto de zero no rendimento em massa e o valor comercial do processo de pirolisação divulgado. Ao utilizar os gases de escape destes dois experimentos também foi possível demonstrar que os gases carregados de BTU que saem do processo podem ser capturados com a finalidade de aumentar o teor de BTU e/ou o teor de carbono, de um substrato de carbono (carvão, coque, carbono ativado, carbono).
Exemplo 13. Exemplo 13. Efeito do Nitrogênio Aquecido no Teor de Carbono Fixo de um Reagente Biogênico.
[467] Este exemplo demonstra o efeito da introdução de gás nitrogênio aquecido para a unidade de processamento de biomassa.
[468] A produção do reagente biogênico usando uma biomassa consistindo em lascas de madeira de pinho vermelho tendo uma dimensão típica de 1 polegada por 12 polegadas por 18 polegadas foi realizada de acordo com o Método Geral do Exemplo 1 com um reator de escala piloto aquecido por quatro zonas a 350°C. Na primeira execução, o nitrogênio foi introduzido à temperatura ambiente. Em uma segunda execução, que foi realizada imediatamente após a primeira execução, com a finalidade de minimizar a variação em outros parâmetros, o nitrogênio foi pré
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 186/215
158/160 aquecido a 300°C, antes da injeção na zona de pirólise. Em cada caso, a taxa de fluxo de nitrogênio foi de 1,2 pé cúbico por minuto, e a biomassa foi processada por 30 minutos.
[469]O teor de carbono fixo foi medido em uma base seca e sem cinzas, de acordo com ASTM D3172 para cada execução (Tabela 14).
Tabela 14. Efeito da Temperatura do Nitrogênio no Teor de Carbono Fixo de um Reagente Biogênico.
Amostra Temperatura do Nitrogênio Teor de carbono fixo
Atmosfera-1 (c) Ambiente 51,7%
Atmosfera-2(c) 300°C 55,3%
[470] Os resultados do teste demonstram um aumento de 7,0% [(100)(55,3%51.7%) 55,3%] no teor de carbono fixo do produto carbonizado de reagente biogênico utilizando nitrogênio pré-aquecido.
Exemplo 14. Aprimoramento do Rendimento em Massa pelo Pré-tratamento da Biomassa.
[471] Este exemplo demonstra a produção de um produto de carvão ativado biogênico tendo um aditivo, particularmente brometo de ferro(II).
[472] Uma solução aquosa de hidrato de brometo de ferro(II) foi criada pela mistura de 72,6 gramas de hidrato de brometo de ferro(II) em 1 galão de água (por exemplo, 1,0% de solução aquosa de bromo). Esta solução foi adicionada a 5,23 libras (2,37 kg) de lascas de madeira de pinho vermelho secas por ar (teor de umidade de 12%). Cada lasca de madeira foi aproximadamente 1 x /2 x 1/8.
[473] O contêiner de lascas de madeira e solução foi vedado com uma tampa apertada de água. Os conteúdos foram misturados periodicamente ao longo de aproximadamente quatro horas inclinando e rolando o recipiente e os conteúdos. As lascas de madeira e a solução foram mantidas vedadas durante a noite para permitir a saturação das lascas de madeira com a solução.
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 187/215
159/160 [474] Posteriormente, os conteúdos foram transferidos para uma tina aberta à prova de água e permitidos secar ao ar durante várias horas, com mistura periódica até que todo o líquido livre fosse absorvido pelas lascas de madeira ou evaporado. O conteúdo foi transferido para um secador de ar e permitido secar durante a noite.
[475] As lascas de madeira secas ao ar, pré-tratadas, tiveram teor de umidade de 12%. A massa das lascas de madeira secas ao ar, pré-tratadas foi determinada ser 5,25 libras (2,38 kg). Os conteúdos foram transferidos para um reator de pirólise com gás nitrogênio pré-aquecido a 300°C com uma taxa de fluxo de gás de 0,4 pé cúbico por minuto. A pirólise ocorreu a 370°C por 30 minutos.
[476] O produto finalizado foi removido do reator a uma temperatura inferior a 100°C. Ao atingir a temperatura ambiente (aproximadamente 23°C), o produto finalizado tinha uma massa de 2,5 libras (1,14 kg), indicando um rendimento em massa de 47,6% com base na massa da matéria-prima (por exemplo, a contribuição em massa do aditivo o pré-tratamento foi subtraída) no teor de umidade de 12%. Em uma base seca (corrigindo a umidade de 12% e a contribuição em massa do aditivo de pré-tratamento), o rendimento em massa foi de 54,1%. Conforme mostrado na Tabela 15 abaixo, isto representa um aumento de 8 a 15% do rendimento em massa sobre as lascas de madeira não tratadas processadas nas mesmas condições.
Tabela 15. Pré-tratamento da Biomassa com 1,0% de Brometo de Ferro(II) Aquoso Aumenta o Rendimento em Massa.
Pré-tratamento Rendimento em massa (12% de umidade) Rendimento em massa (base seca)
Nenhum 34,3% 39,0%
Nenhum 35,4% 40,2%
Nenhum 37,2% 42,2%
Médio (sem pré- 35,6% 40,5%
Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 188/215
160/160
tratamento)
Brometo de Ferro(II) 47,6% 54,1%
DIFERENÇA 12,0% 13,6%
[477] Estes dados indicam um aprimoramento significativo do rendimento em massa para as lascas de madeira tratadas com uma solução de brometo de ferro(II) antes do processamento de pirólise.
[478] Nesta descrição detalhada, fez-se referência a diversas modalidades da invenção e exemplos não limitantes relacionados a como a invenção pode ser compreendida e praticada. Podem ser utilizadas outras modalidades que não fornecem todos os recursos e vantagens estabelecidos, sem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção. Esta invenção incorpora experimentação de rotina e otimização dos métodos e sistemas descritos neste documento. Tais modificações e variações são consideradas no escopo da invenção definido pelas reivindicações.
[479] Todas as publicações, patentes, e pedidos de patente citados neste relatório descritivo são incorporados neste documento por referência em sua totalidade, como se cada publicação, patente, ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente inserido neste documento.
[480] Onde os métodos e etapas descritos acima indicam determinados eventos que ocorrem em determinada ordem, aqueles versados na técnica reconhecerão que a ordenação de determinadas etapas pode ser modificada e que tais modificações estão em conformidade com as variações da invenção. Além disso, algumas das etapas podem ser realizadas simultaneamente em um processo paralelo quando possível, bem como executadas sequencialmente.
[481] Portanto, na medida em que há variações da invenção, que estão dentro do espírito da divulgação ou equivalente às invenções encontradas na reivindicação em anexo, a intenção é que esta patente cubra essas variações também. A presente invenção é limitada apenas pelo que é reivindicado.

Claims (17)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Reagente biogênico de alto teor de carbono CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, em uma base seca:
    55% em peso ou mais de carbono total;
    5% em peso ou menos de hidrogênio;
    1% em peso ou menos de nitrogênio;
    0,5% em peso ou menos de fósforo;
    um primeiro aditivo selecionado de um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal, um haleto de metal ou uma combinação dos mesmos.
  2. 2. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda 0,2% em peso ou menos de enxofre em uma base seca.
  3. 3. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro aditivo é selecionado do grupo que consiste em magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, óxido de magnésio, dolomita, calcário dolomítico, fluorita, fluorspar, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações dos mesmos, e em que o segundo aditivo opcional, se presente, é selecionado do grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, ácido bromídrico, ácido clorídrico, silicato de sódio, permanganato de potássio e combinações dos mesmos.
  4. 4. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido reagente compreende pelo menos 70% em peso, pelo menos 80% em peso, pelo menos 90% em peso ou pelo menos 95% em peso de carbono total em uma base seca.
  5. 5. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido reagente
    Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 190/215
    2/6 compreende ainda entre 1 % em peso e 10% em peso de oxigênio em uma base seca.
  6. 6. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido reagente compreende ainda 8% em peso ou menos ou 4% em peso ou menos de matéria não combustível em uma base seca do peso total do reagente biogênico de alto teor de carbono.
  7. 7. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente é um componente de um produto carbonáceo, um produto de adição de alto-forno, um produto de adição do processo de peletização de taconita, um produto de substituição de carvão, um produto de coque de carbono, um produto de finos de carbono, um produto de leito fluidizado, um produto de adição de forno, um produto injetável de carbono, um produto de adição de concha, um produto de coque metalúrgico, um produto de carbono pulverizado, um produto de carbono stoker, um eletrodo de carbono, um produto de carbono ativado ou uma composição de carvão superior.
  8. 8. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 3 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente é um produto de carbono pulverizado compreendendo, em uma base seca:
    55% em peso ou mais de carbono total;
    0,4% em peso ou menos de enxofre;
    0,1% em peso ou menos de fósforo;
    10% em peso ou menos de dolomita;
    10% em peso ou menos de óxido de cálcio; e um valor térmico de pelo menos 25.586 kJ/kg (11.000 BTU/lb), em que o referido reagente tem uma dimensão máxima de cerca de 0,3 cm (1/8 polegadas) e é livre de combustíveis fósseis.
  9. 9. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma
    Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 191/215
    3/6 das reivindicações 1 e 3 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente compreende, em uma base seca:
    pelo menos 70% do peso de carbono total; e
    0,5% em peso ou menos de enxofre, em que o referido reagente tem um valor térmico de pelo menos 27.912 kJ/kg (12.000 BTU/lb) em base seca e é livre de combustíveis fósseis.
  10. 10. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 3 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente biogênico compreende, em uma base seca:
    55% em peso ou mais de carbono total;
    0,4% em peso ou menos de enxofre;
    0,035% em peso ou menos de fósforo; e um valor térmico de pelo menos 25.586 kJ/kg (11.000 BTU/lb), em que o referido reagente biogênico é livre de combustíveis fósseis e tem uma ou mais de:
    uma dimensão mínima de 1,9 cm (3/4 polegadas), uma dimensão máxima de 0,3 cm (1/8 polegadas), uma dimensão mínima de 0,6 cm (1/4 polegadas) e uma dimensão máxima de 5 cm (2 polegadas), uma dimensão mínima de 0,6 cm (1/4 polegadas) e uma dimensão máxima de cerca de 1,3 cm (1/2 polegadas), uma dimensão mínima de 1,9 cm (3/4 polegadas) e uma dimensão máxima de cerca de 10 cm (4 polegadas), e/ou uma dimensão mínima de cerca de 2,5 cm (1 polegada) e uma dimensão máxima de cerca de 7,6 cm (3 polegadas).
  11. 11. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente biogênico tem uma
    Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 192/215
    4/6 dimensão máxima de 0,3 cm (1/8 polegadas) e compreende ainda até 10% em peso de calcário dolomítico em base seca e/ou até 10% em peso de óxido de cálcio em base seca.
  12. 12. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente biogênico tem uma dimensão mínima de 1,9 cm (3/4 polegadas), uma dimensão máxima de 10 cm (4 polegadas), e compreende ainda um ou mais de, em uma base seca:
    2% em peso a 15% em peso de dolomita;
    2% em peso a 15% em peso de bentonita;
    2% em peso a 15% em peso de óxido de cálcio; e
    2% em peso a 15% em peso de calcário dolomítico.
  13. 13. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 3 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente biogênico compreende, em uma base seca:
    80% em peso ou mais de carbono total;
    0,4% em peso ou menos de enxofre;
    0,035% em peso ou menos de fósforo;
    um valor térmico de pelo menos 25.586 kJ/kg (11.000 BTU/lb);
    5% em peso a 10% em peso de dolomita;
    5% em peso a 10% em peso de calcário dolomítico;
    até 5% em peso de manganês;
    até 5% em peso de fluorospar; e
    5% em peso a 10% em peso de óxido de cálcio, em que o referido reagente biogênico tem uma dimensão mínima de 1,9 cm (3/4 polegadas), uma dimensão máxima de cerca de 5 cm (2 polegadas), e é livre de combustíveis fósseis.
  14. 14. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma
    Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 193/215
    5/6 das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o reagente tem um teor energético de pelo menos 25.586 kJ/kg (11.000 BTU/lb), pelo menos 27.912 kJ/kg (12.000 BTU/lb), pelo menos 30.238 kJ/kg (13.000 BTU/lb), pelo menos 32.564 kJ/kg (14.000 Btu/lb), pelo menos 33.727 kJ/kg (14.500 Btu/lb) ou pelo menos 34.192 kJ/kg (14.700 Btu/lb) em uma base seca.
  15. 15. Reagente biogênico de alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um segundo aditivo selecionado de um ácido ou um sal do mesmo, ou uma base ou um sal do mesmo, em que o segundo aditivo é diferente do primeiro aditivo.
  16. 16. Processo para preparar o reagente biogênico de alto teor de carbono, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende as etapas de:
    (a) fornecer uma matéria-prima contendo carbono compreendendo biomassa;
    (b) opcionalmente secar a referida matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida na referida matéria-prima, para gerar matérias-primas secas;
    (c) opcionalmente desaerar a referida matéria-prima ou a referida matériaprima seca para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se qualquer, contida na referida matéria-prima ou na referida matéria-prima seca;
    (d) opcionalmente pré-aquecer a referida matéria-prima para aumentar uma temperatura da matéria-prima a uma taxa de 5 °C por minuto até 20 °C por minuto, para produzir uma matéria-prima pré-aquecida;
    (e) opcionalmente pré-pirolizar a referida matéria-prima pré-aquecida produzida na etapa (d), pelo aumento a temperatura da matéria-prima a uma taxa de 5 °C por minuto até 20 °C por minuto;
    (f) em uma zona de pirólise, pirolizar a referida matéria-prima opcionalmente
    Petição 870190052154, de 03/06/2019, pág. 194/215
    6/6 seca, desaerada, pré-aquecida ou pré-pirolizada na presença de um gás inerte por pelo menos 10 minutos e com uma temperatura de pirólise, selecionada de 250 °C a 700 °C, para gerar sólidos pirolizados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis;
    (g) separar pelo menos uma porção dos referidos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos referidos gases não condensáveis dos referidos sólidos pirolizados quentes;
    (h) em uma zona de resfriamento, resfriar os referidos sólidos pirolizados quentes, na presença do referido gás inerte por pelo menos 5 minutos e com uma temperatura da zona de resfriamento inferior a referida temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolizados quentes;
    (i) em uma unidade de resfriamento que é separada da referida zona de resfriamento, resfriar os referidos sólidos pirolizados quentes para gerar sólidos pirolizados resfriados; e (j) recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos referidos sólidos pirolizados resfriados; e (k) introduzir o primeiro aditivo ao processo antes da etapa (j), durante a etapa (j), ou depois da etapa (j).
  17. 17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda introduzir o segundo aditivo opcional ao processo antes da etapa (b), em que o segundo aditivo opcional é selecionado a partir de um ácido ou um sal do mesmo, ou uma base ou um sal do mesmo.
BR112013026465A 2011-04-15 2012-04-13 reagente biogênico de alto teor de carbono e processo para preparar o mesmo BR112013026465B1 (pt)

Applications Claiming Priority (18)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161475977P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475949P 2011-04-15 2011-04-15
US201161476025P 2011-04-15 2011-04-15
US201161476049P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475930P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475946P 2011-04-15 2011-04-15
US201161476043P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475996P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475981P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475937P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475956P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475971P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475973P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475968P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475991P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475959P 2011-04-15 2011-04-15
US201161475943P 2011-04-15 2011-04-15
PCT/US2012/033624 WO2012142486A2 (en) 2011-04-15 2012-04-13 High-carbon biogenic reagents and uses thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112013026465A2 BR112013026465A2 (pt) 2016-12-20
BR112013026465B1 true BR112013026465B1 (pt) 2020-01-28

Family

ID=47009720

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112013026553A BR112013026553B1 (pt) 2011-04-15 2012-04-13 processos para produzir reagentes biogênicos ricos em carbono
BR112013026465A BR112013026465B1 (pt) 2011-04-15 2012-04-13 reagente biogênico de alto teor de carbono e processo para preparar o mesmo

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112013026553A BR112013026553B1 (pt) 2011-04-15 2012-04-13 processos para produzir reagentes biogênicos ricos em carbono

Country Status (11)

Country Link
US (34) US8920525B2 (pt)
EP (8) EP4219660A3 (pt)
JP (11) JP2014518563A (pt)
BR (2) BR112013026553B1 (pt)
CA (7) CA2833286C (pt)
DK (1) DK2697185T3 (pt)
HR (1) HRP20201247T1 (pt)
LT (1) LT2697185T (pt)
PL (1) PL2697185T3 (pt)
SI (1) SI2697185T1 (pt)
WO (4) WO2012142491A1 (pt)

Families Citing this family (106)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8161663B2 (en) * 2008-10-03 2012-04-24 Wyssmont Co. Inc. System and method for drying and torrefaction
US9909067B2 (en) 2009-01-21 2018-03-06 Cool Planet Energy Systems, Inc. Staged biomass fractionator
US11525097B2 (en) 2010-02-08 2022-12-13 Fulcrum Bioenergy, Inc. Feedstock processing systems and methods for producing fischer-tropsch liquids and transportation fuels
WO2011097648A2 (en) 2010-02-08 2011-08-11 Fulcrum Bioenergy, Inc. Processes for economically converting municipal solid waste into ethanol
CA2704186A1 (en) 2010-05-18 2011-11-18 Lucie B. Wheeler Thermal cracking reactor for mixtures, corresponding processes and uses thereof
WO2012088092A2 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 Shell Oil Company Process to produce biofuels from biomass
EP4219660A3 (en) * 2011-04-15 2023-10-18 Carbon Technology Holdings, LLC Processes for producing high-carbon biogenic reagents
WO2012158111A1 (en) * 2011-05-18 2012-11-22 Bioendev Ab Method of cooling a torrefied material
NL1039007C2 (en) * 2011-08-26 2013-02-27 Klaas Gerrit Smit A process and a reaction apparatus for the gasification of wet biomass.
WO2013169803A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-14 Biogenic Reagents LLC Biogenic activated carbon and methods of making and using same
CA2783608A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Lucie Wheeler Environmental process to transform contaminated or uncontaminated feed materials into useful products, uses of the process, products thereby obtained and uses thereof, manufacturing of the corresponding plant
US9552930B2 (en) 2015-01-30 2017-01-24 Corning Incorporated Anode for lithium ion capacitor
US10883051B2 (en) 2012-12-28 2021-01-05 Suncoke Technology And Development Llc Methods and systems for improved coke quenching
WO2014105065A1 (en) 2012-12-28 2014-07-03 Suncoke Technology And Development Llc. Vent stack lids and associated systems and methods
WO2014164751A1 (en) * 2013-03-12 2014-10-09 Cool Planet Energy Systems, Inc. Biomass reactor
US9273250B2 (en) 2013-03-15 2016-03-01 Suncoke Technology And Development Llc. Methods and systems for improved quench tower design
CA2942655A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 V35A Enterprises, Llc Production of low emission biomass fuel
WO2014146206A1 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Diacarbon Technologies Inc. Method & apparatus for producing biochar
US9718689B2 (en) * 2013-04-05 2017-08-01 Aemerge Llc Carbonized carbon and articles formed therefrom
US10589187B2 (en) 2013-05-31 2020-03-17 Tolero Energy, Llc Pyrolysis system for bio-oil component extraction
CA2913180A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Tolero Energy, Llc Pyrolysis system and method for bio-oil component extraction
US20150126362A1 (en) 2013-10-24 2015-05-07 Biogenic Reagent Ventures, Llc Methods and apparatus for producing activated carbon from biomass through carbonized ash intermediates
DK3094593T3 (da) * 2014-01-16 2022-04-11 Carbon Tech Holdings Llc Kulstofmikroanlæg
US20150239743A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Biogenic Reagent Ventures, Llc Highly mesoporous activated carbon
FI125541B (en) * 2014-04-24 2015-11-30 Torrec Oy Torrefieringsanordning
CN104061570B (zh) * 2014-07-03 2016-09-14 上海理工大学 防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置
US9108894B1 (en) 2014-07-22 2015-08-18 Iogen Corporation Process for using biogenic carbon dioxide derived from non-fossil organic material
CA2953162C (en) 2014-07-22 2023-01-31 Iogen Corporation Process for using biogenic carbon dioxide derived from non-fossil organic material
US10619173B2 (en) 2014-07-22 2020-04-14 Iogen Corporation Process for using biogenic carbon dioxide derived from non-fossil organic material
DE102014220817B4 (de) * 2014-10-14 2021-02-04 Universität Duisburg-Essen Lichtbogenreaktor und Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln
US11413601B2 (en) 2014-10-24 2022-08-16 Carbon Technology Holdings, LLC Halogenated activated carbon compositions and methods of making and using same
US11434509B2 (en) 2014-12-08 2022-09-06 Iogen Corporation Process for using biogenic carbon dioxide derived from non-fossil organic material
US10975310B2 (en) * 2014-12-31 2021-04-13 Suncoke Technology And Development Llc Multi-modal beds of coking material
EP3240862A4 (en) 2015-01-02 2018-06-20 Suncoke Technology and Development LLC Integrated coke plant automation and optimization using advanced control and optimization techniques
US9911545B2 (en) 2015-01-30 2018-03-06 Corning Incorporated Phenolic resin sourced carbon anode in a lithium ion capacitor
US9672992B2 (en) 2015-01-30 2017-06-06 Corning Incorporated Coke sourced anode for lithium ion capacitor
US9679704B2 (en) 2015-01-30 2017-06-13 Corning Incorporated Cathode for a lithium ion capacitor
US9607778B2 (en) 2015-01-30 2017-03-28 Corning Incorporated Poly-vinylidene difluoride anode binder in a lithium ion capacitor
CN106147809A (zh) * 2015-04-16 2016-11-23 李鸣 一种对城市林区枯枝落叶废旧电池提炼炭油液气的炭化装置与工艺
US10995274B2 (en) 2015-07-21 2021-05-04 British Columbia Biocarbon Ltd. Biocoal fuel product and processes and systems for the production thereof
CN105536645B (zh) * 2015-12-29 2018-01-23 柏红梅 三罐式自动化颗粒生产方法及系统
KR101721923B1 (ko) 2016-05-24 2017-05-18 주식회사 대경에스코 수분량과 산도가 감소된 바이오오일 제조방법
EP3484823A4 (en) * 2016-07-15 2020-04-01 Yu-Ling Cheng PROCESSING OF FECAL MATERIAL BY SLOW COMBUSTION AND CATALYSIS
DK201670548A1 (en) * 2016-07-21 2018-02-19 Syntes One Eng Group Aps Pyrolysis system and process
CN106381185B (zh) * 2016-11-16 2019-07-05 中冶西北工程技术有限公司 生物质型煤及其制备方法
CN106542531B (zh) * 2016-11-23 2018-08-31 广东东燃热能科技有限公司 一种生物质资源综合利用的方法
JP6726912B2 (ja) * 2016-12-15 2020-07-22 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 ジテルペン及びステロイドの回収方法、ジテルペン及びステロイドの回収システム
DE102017105094A1 (de) * 2017-03-10 2018-09-13 Eisenmann Se Temperiervorrichtung für oberflächenbehandelte Gegenstände wie Fahrzeugteile
WO2018217955A1 (en) 2017-05-23 2018-11-29 Suncoke Technology And Development Llc System and method for repairing a coke oven
MX2019001020A (es) * 2017-05-26 2019-06-10 Novelis Inc Sistema y metodo para hacer briquetas de polvo del ciclon a partir de sistemas de decapado.
RU2653513C1 (ru) * 2017-07-11 2018-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ" Высококалорийные топливные брикеты из композиционного материала на основе древесных отходов (варианты)
JP6339276B1 (ja) * 2017-07-13 2018-06-06 ユア・エネルギー開発株式会社 有機物の多段階利用装置及び有機物の多段階利用方法
CA2973210A1 (en) 2017-07-13 2019-01-13 Louis Bertrand Process for producing liquid fuel from waste hydrocarbon and/or organic material, managing system thereof
US10711213B2 (en) * 2017-08-16 2020-07-14 Tsong-Jen Yang Method and system for enhancing the carbon content of carbon-containing materials
WO2019050716A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-14 Bioforce Tech Corporation EFFICIENT PROCEDURE AND SYSTEM FOR TREATING SOLID ORGANIC WASTE
EP3682168A4 (en) 2017-09-11 2021-05-26 Enero Inventions Inc. DYNAMIC HEAT RELEASE CALCULATION FOR IMPROVED FEEDBACK CONTROL OF SOLID FUEL BURNING PROCESSES
US11731879B2 (en) 2017-11-30 2023-08-22 Bygen Pty Ltd Apparatus and method of producing activated carbon material
CN108018108A (zh) * 2017-12-22 2018-05-11 安徽工业大学 一种利用高硫煤矸石改善褐煤微波吸收性能的方法
CN108559535B (zh) * 2017-12-29 2021-12-14 浙江百能科技有限公司 一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置
CN108315027B (zh) * 2018-02-11 2023-10-24 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 含碳生物质物料炭化制粉一体化方法及其系统
CN108165316A (zh) * 2018-03-13 2018-06-15 河北科技大学 一种co2转化利用新方法及工艺
CN108504372B (zh) * 2018-04-04 2019-03-08 陈永进 煤矸石和废塑料共热解方法
CN110498716A (zh) * 2018-05-18 2019-11-26 大连地拓环境科技有限公司 一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法
MX2020013421A (es) * 2018-06-14 2021-03-29 Carbon Tech Holdings Llc Composiciones de dióxido de silicio de carbono poroso biogénico, métodos de elaboracion y uso de estas.
US20200030764A1 (en) * 2018-07-24 2020-01-30 Benjamin Slager System to convert cellulosic materials into sugar and method of using the same
CN111040819B (zh) * 2018-10-12 2021-08-20 国家能源投资集团有限责任公司 一种固态碳质材料的除灰方法
CN109340809B (zh) * 2018-10-23 2019-12-31 东华工程科技股份有限公司 高挥发分粉煤制备与干燥工艺的控制系统及方法
WO2020086841A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 The University Of Tulsa Vacuum-free, hydrogen-free catalytic synthesis of graphene from solid hydrocarbons
US11760937B2 (en) 2018-12-28 2023-09-19 Suncoke Technology And Development Llc Oven uptakes
CN109802110A (zh) * 2018-12-29 2019-05-24 河北师范大学 一种利用废旧橡胶制备锂电池负极材料的方法
US11395989B2 (en) 2018-12-31 2022-07-26 Suncoke Technology And Development Llc Methods and systems for providing corrosion resistant surfaces in contaminant treatment systems
CN109628112B (zh) * 2019-01-07 2020-07-10 武汉钢铁有限公司 提高焦炉生产效率的方法
CN109762582B (zh) * 2019-01-22 2020-04-03 广西壮族自治区林业科学研究院 一种环保间歇式多功能生物质热解设备
CN109999752B (zh) * 2019-03-12 2022-05-27 农业部沼气科学研究所 一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法及应用
CN109943353B (zh) * 2019-03-12 2020-07-10 华中科技大学 利用聚光太阳能双温区效应制备左旋葡聚糖的系统及方法
CN109810717A (zh) * 2019-03-22 2019-05-28 唐山中润煤化工有限公司 一种减少干熄焦焦炭烧损的方法及制备干熄焦的装置
CN110003965B (zh) * 2019-05-09 2021-04-20 中南大学 一种球磨预处理-化学法联合制备超细洁净煤的方法
DE102019207454B4 (de) 2019-05-21 2021-05-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Augmented-Reality-System
AU2020300257B2 (en) 2019-07-04 2021-09-09 Incitec Fertilisers Operations Pty Ltd Improved fertiliser
CN110500612B (zh) * 2019-08-28 2020-12-15 山东德普检测技术有限公司 一种环保采暖炉煤炭充分燃烧设备
WO2021102521A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 Royal Melbourne Institute Of Technology A method and system for pyrolysis and carbon deposition
AU2020389782A1 (en) * 2019-11-29 2022-06-16 Royal Melbourne Institute Of Technology A system and method for pyrolysis
CN111019711B (zh) * 2019-12-16 2021-09-14 武汉科技大学 一种生活垃圾热裂解气化工艺
CN115666774A (zh) * 2020-04-24 2023-01-31 不列颠哥伦比亚大学 用于生物质的焙烧和催化热解的流化床反应器系统和方法
GB2609158A (en) * 2020-04-30 2023-01-25 Fulcrum Bioenergy Inc Feedstock processing systems and methods for producing Fischer-Tropsch liquids and transportation fuels
CN111704947B (zh) * 2020-05-26 2021-03-12 安徽科技学院 一种水热炭燃料棒的制备方法和装置
AT523630B1 (de) * 2020-08-10 2021-10-15 Next Generation Elements Gmbh Verfahren zur physikalischen und thermo-chemischen Behandlung von Biomasse
EP4217520A1 (en) 2020-09-25 2023-08-02 Carbon Technology Holdings, LLC Bio-reduction of metal ores integrated with biomass pyrolysis
CN112280577A (zh) * 2020-09-27 2021-01-29 四川轻化工大学 一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法
US11484921B2 (en) 2020-10-20 2022-11-01 Kenneth B. Lingo Biomass stabilization assembly for managing soft cell organic material
EP4247548A1 (en) * 2020-11-20 2023-09-27 Carbon Technology Holdings, LLC Biomass pyrolysis integrated with bio-reduction of metal ores, hydrogen production, and/or activated- carbon production
WO2022140859A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 Carbon Lock Technologies Inc. Organic waste carbonization system
KR20230133364A (ko) * 2021-01-21 2023-09-19 카본 테크놀로지 홀딩스, 엘엘씨 분쇄성 지수를 조절할 수 있는 바이오카본 펠릿의 생산공정
JP2024508270A (ja) 2021-02-18 2024-02-26 カーボン テクノロジー ホールディングス， エルエルシー カーボンネガティブ冶金製品
RO135107A3 (ro) 2021-03-01 2022-09-30 Universitatea Politehnica Din Bucureşti Procedeu de obţinere a structurilor poroase de biocărbune îmbunătăţite prin tratament catalitic asistat de microunde al biocărbunelui şi instalaţie pentru aplicarea acestui procedeu
US20220396529A1 (en) * 2021-04-27 2022-12-15 Carbon Technology Holdings, LLC Biocarbon blends with optimized fixed carbon content, and methods for making and using the same
CA3225978A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 Carbon Technology Holdings, LLC Processes for producing biocarbon pellets with high fixed-carbon content and optimized reactivity, and biocarbon pellets obtained therefrom
CA3227528A1 (en) * 2021-08-02 2023-02-09 James A. Mennell Processes and systems for recapturing carbon from biomass pyrolysis liquids
WO2023081821A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-11 Suncoke Technology And Development Llc Foundry coke products, and associated systems, devices, and methods
US11946108B2 (en) 2021-11-04 2024-04-02 Suncoke Technology And Development Llc Foundry coke products and associated processing methods via cupolas
WO2023129170A1 (en) * 2021-12-31 2023-07-06 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Improved biochar reinforced rubber
WO2023141684A1 (en) * 2022-01-31 2023-08-03 Visa Aust Pty Ltd Method, apparatus and system for producing hydrogen and non-gaseous products for industrial applications, energy production, and associated electric power generation
WO2023177643A2 (en) * 2022-03-15 2023-09-21 Carbon Technology Holdings, LLC Processes and systems for producing biocoke in a kinetic interface reactor, and biocoke produced therefrom
CN116060020B (zh) * 2023-01-12 2024-03-12 成都理工大学 乙酸自热重整制氢用钙铬基褐铁矿型镍基催化剂
US11905567B1 (en) 2023-03-28 2024-02-20 King Faisal University High pressure, high temperature spray cooling system
CN117801833B (zh) * 2024-03-01 2024-05-10 浙江润昇新能源有限公司 利用锅炉尾气的内热生物质汽炭联产方法及参数确定方法

Family Cites Families (321)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2289917A (en) * 1942-07-14 Process of continuous carbonization
US1609097A (en) 1922-07-15 1926-11-30 Orin F Stafford Process of making charcoal briquettes and product derived therefrom
US1662357A (en) 1926-09-01 1928-03-13 Larry J Barton Abrasive-resisting metal and process for making same
US2448223A (en) 1936-06-30 1948-08-31 Azote & Prod Chim Low-temperature distillation of fuels by direct contact with reheated distillate vapors
US2389917A (en) 1941-10-16 1945-11-27 Frederic A Leisen Aircraft structure
US2475767A (en) 1946-04-30 1949-07-12 Williams Bauer Corp Method of making artificial fuel from paper
US2577730A (en) 1949-06-24 1951-12-11 Hydrocarbon Research Inc Iron oxide reduction
US2973306A (en) * 1957-02-18 1961-02-28 Charles F Stromeyer Process for producing charcoal and apparatus therefor
US3088983A (en) 1957-06-17 1963-05-07 Celanese Corp Conditioning of activated carbon
US3235374A (en) 1962-07-11 1966-02-15 Harold A Mahony System and process for the direct reduction of iron ore
US3298928A (en) * 1963-11-22 1967-01-17 Weyerhaeuser Co Pyrolysis of cellulosic material in concurrent gaseous flow
US3290894A (en) 1965-01-21 1966-12-13 Lummus Co Cooling system for reactor
JPS4713408Y1 (pt) 1969-02-25 1972-05-16
US3650711A (en) 1969-03-14 1972-03-21 Ethyl Corp Fuel composition
GB1412407A (en) * 1971-11-06 1975-11-05 Robson Refractories Ltd Treatment of slag in iron and steelworks
US3855071A (en) * 1971-12-08 1974-12-17 Continental Energy Corp Carbonization apparatus having louvers on internal duct
US3928023A (en) 1972-01-31 1975-12-23 Kaiser Steel Corp Method of treating off gases from iron processes
US3853498A (en) 1972-06-28 1974-12-10 R Bailie Production of high energy fuel gas from municipal wastes
US3852048A (en) 1972-07-14 1974-12-03 Kingsford Co Process for producing industrial fuel from waste woody materials
US4011129A (en) 1975-04-11 1977-03-08 Domtar Limited Pulp mill recovery system
US4324561A (en) 1975-06-26 1982-04-13 Nipac, Ltd. Combustible fuel pellets formed from botanical material
US4002565A (en) 1975-08-25 1977-01-11 Chevron Research Company Waste-water process
US4322222A (en) 1975-11-10 1982-03-30 Occidental Petroleum Corporation Process for the gasification of carbonaceous materials
US4026678A (en) 1975-12-17 1977-05-31 Guaranty Performance Co., Inc. Process for treating municipal wastes to produce a fuel
US4082694A (en) 1975-12-24 1978-04-04 Standard Oil Company (Indiana) Active carbon process and composition
US4015951A (en) 1976-01-05 1977-04-05 Gunnerman Rudolf W Fuel pellets and method for making them from organic fibrous materials
US4102653A (en) 1976-01-14 1978-07-25 Charles T. Simmons Aromatic wood fuel briquette and method of making and using the same
US4158643A (en) 1976-07-15 1979-06-19 Calgon Corporation Catalytic carbon for oxidation of carbon monoxide in the presence of sulfur dioxide
US4201831A (en) 1976-09-27 1980-05-06 General Electric Company Magnetic adsorbent composite
US4532227A (en) 1976-12-27 1985-07-30 Texaco Development Corporation Low ash pelleted carbon and process of preparation
US4152119A (en) 1977-08-01 1979-05-01 Dynecology Incorporated Briquette comprising caking coal and municipal solid waste
US4149994A (en) 1977-12-02 1979-04-17 The Carborundum Company Granular activated carbon manufacture from brown coal treated with dilute inorganic acid
DE2813227C2 (de) 1978-03-28 1984-05-17 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Reaktor zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von verunreinigten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln
US4236897A (en) 1978-09-18 1980-12-02 Johnston Ian F Fuel pellets
US4310334A (en) 1979-02-15 1982-01-12 Dale D. Hammitt Methods of producing fuels from solid materials
US4210423A (en) 1979-04-06 1980-07-01 Mobil Oil Corporation Solid fuel use in small furnaces
US4247528A (en) 1979-04-11 1981-01-27 Dow Corning Corporation Method for producing solar-cell-grade silicon
US4255129A (en) 1979-07-11 1981-03-10 Thomas N. DePew Apparatus and method for processing organic materials into more useful states
US4248839A (en) 1979-07-30 1981-02-03 Nl Industries, Inc. Chlorination of impure magnesium chloride melt
US4246024A (en) 1979-10-31 1981-01-20 Grupo Industrial Alfa, S.A. Method for the gaseous reduction of metal ores using reducing gas produced by gasification of solid or liquid fossil fuels
US4561860A (en) 1980-03-24 1985-12-31 The Secretary Of State For The Environment In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Process and apparatus for production of refuse derived fuel
US4385905A (en) 1980-04-04 1983-05-31 Everett Metal Products, Inc. System and method for gasification of solid carbonaceous fuels
US4308033A (en) 1980-10-23 1981-12-29 Gunnerman Rudolf W Fuel pellet and process for making it by shaping under pressure an organic fibrous material
US4317703A (en) 1980-12-03 1982-03-02 American Can Company Pyrolysis process utilizing pyrolytic oil recycle
US4529407A (en) 1981-06-25 1985-07-16 Pickering Fuel Resources, Inc. Fuel pellets
FR2512053B1 (fr) * 1981-08-28 1985-08-02 Armines Procede de transformation de matiere ligneuse d'origine vegetale et matiere d'origine vegetale ligneuse transformee par torrefaction
US4395265A (en) 1981-12-16 1983-07-26 Charles Reilly Fuel pellets
US4398917A (en) 1982-03-23 1983-08-16 Reilly Charles J Process for the preparation of fuel pellets
US4405331A (en) 1982-04-23 1983-09-20 Acres American Incorporated Refuse derived fuel and a process for the production thereof
AU559284B2 (en) 1982-07-08 1987-03-05 Takeda Chemical Industries Ltd. Adsorption of mercury vapour
US4494962A (en) 1982-11-24 1985-01-22 Christie George M Fuel product
US4886519A (en) 1983-11-02 1989-12-12 Petroleum Fermentations N.V. Method for reducing sox emissions during the combustion of sulfur-containing combustible compositions
JPS60238144A (ja) 1984-05-11 1985-11-27 Idemitsu Petrochem Co Ltd 砒素化合物除去剤
US5153242A (en) 1985-03-18 1992-10-06 The Board Of Regents Of The University Of Nebraska Composition board including plant protein in binder
US4632731A (en) 1985-06-26 1986-12-30 Institute Of Gas Technology Carbonization and dewatering process
DK152291C (da) 1985-08-19 1988-07-11 Habrit Aps Fremgangsmaade til fremstilling af halmbriketter
US4891459A (en) 1986-01-17 1990-01-02 Georgia Tech Research Corporation Oil production by entrained pyrolysis of biomass and processing of oil and char
US4652433A (en) 1986-01-29 1987-03-24 Florida Progress Corporation Method for the recovery of minerals and production of by-products from coal ash
CA1297891C (en) 1986-06-06 1992-03-24 The Dow Chemical Company Catalytic vapor phase process for producing dihydrocarbyl carbonates
US4679268A (en) 1986-09-11 1987-07-14 Gurries & Okamoto, Inc. Method and apparatus for burning solid waste products using a plurality of multiple hearth furnaces
US4810255A (en) 1987-01-15 1989-03-07 Kimberly-Clark Corporation Manufactured fuel article
US4828573A (en) 1987-04-13 1989-05-09 Technology Research & Development, Inc. Method of manufacturing a pelletized fuel
US4855276A (en) 1987-09-02 1989-08-08 Purafil, Inc. Solid filtration medium incorporating alumina and carbon
US4834777A (en) 1988-01-28 1989-05-30 Hydraulic Services, Inc. Fuel pelletizing apparatus and method
DE3820913A1 (de) 1988-06-21 1989-12-28 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum schwelen von holz zur erzeugung von holzkohle
CH678289A5 (pt) 1988-08-05 1991-08-30 Weber Anneler Hans
JPH02289683A (ja) * 1988-12-30 1990-11-29 Takeshi Suzuki 連続オガ炭製造装置
JPH02255796A (ja) * 1989-03-29 1990-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 木炭の製造装置及びその方法
US5202301A (en) 1989-11-22 1993-04-13 Calgon Carbon Corporation Product/process/application for removal of mercury from liquid hydrocarbon
JP3029841B2 (ja) 1990-04-16 2000-04-10 株式会社豊田中央研究所 複合吸着材およびその製造方法
US5342418A (en) 1990-04-25 1994-08-30 Jesse Albert H Method of making pelletized fuel
US5187141A (en) 1990-08-24 1993-02-16 Jha Mahesh C Process for the manufacture of activated carbon from coal by mild gasification and hydrogenation
US5167797A (en) 1990-12-07 1992-12-01 Exxon Chemical Company Inc. Removal of sulfur contaminants from hydrocarbons using n-halogeno compounds
JPH0564789A (ja) 1991-06-14 1993-03-19 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 水質汚濁性有機物質含有廃液の処理方法
US5141526A (en) 1991-05-20 1992-08-25 Shell Oil Company Fuel preparation from a waste sludge
US5346876A (en) 1991-12-12 1994-09-13 Nippon Chemical Industrial Co., Ltd. Air purifying agent and a process for producing same
TW316850B (pt) 1992-02-28 1997-10-01 Takeda Pharm Industry Co Ltd
US5248413A (en) 1992-02-28 1993-09-28 University Of Kentucky Research Foundation Process for removing sulfur and producing enhanced quality and environmentally acceptable products for energy production from coal
JPH0688077A (ja) 1992-09-07 1994-03-29 Katsufumi Akizuki 木炭製造方法
US5338441A (en) 1992-10-13 1994-08-16 Exxon Research And Engineering Company Liquefaction process
US5431702A (en) 1993-03-25 1995-07-11 Dynecology, Inc. Waste conversion process and products
US5513755A (en) 1993-02-03 1996-05-07 Jtm Industries, Inc. Method and apparatus for reducing carbon content in fly ash
US5458803B1 (en) 1993-09-30 1999-08-03 Dynamotive Corp Acid emission reduction
US5352252A (en) 1993-12-07 1994-10-04 Tolmie Richard W Process for making fuel cubes from straw
DE4408455A1 (de) * 1994-03-12 1995-09-14 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum Erzeugen von Holzkohle im Wanderbett
US5589599A (en) * 1994-06-07 1996-12-31 Mcmullen; Frederick G. Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
US5916438A (en) 1994-07-01 1999-06-29 International Fuel Cells, Llc Removal of hydrogen sulfide from anaerobic digester gas
US6057262A (en) 1995-05-19 2000-05-02 University Of Kentucky Research Foundation Activated carbon and process for making same
US5643342A (en) 1995-08-02 1997-07-01 Pelletech Fuels, Inc. Fuel pellet and method of making the fuel pellet
JP3405870B2 (ja) * 1995-10-30 2003-05-12 株式会社デポ・ジャパン 有機物炭化処理装置及び有機物炭化処理車両
IT1276116B1 (it) 1995-11-10 1997-10-24 O E T Calusco S R L Procedimento ed impianto per la produzione di carbone vegetale mediante pirolisi di prodotti legnosi o biomasse vegetali in genere
US5910440A (en) 1996-04-12 1999-06-08 Exxon Research And Engineering Company Method for the removal of organic sulfur from carbonaceous materials
US6114280A (en) 1996-05-06 2000-09-05 Agritec, Inc. Highly activated carbon from caustic digestion of rice hull ash and method
JPH10202298A (ja) * 1997-01-24 1998-08-04 Keiko Ito 家畜糞尿の炭化処理方法、この方法によって得られる炭化物、及び家畜糞尿の炭化処理装置
JP3943179B2 (ja) * 1997-01-24 2007-07-11 日本エンバイロケミカルズ株式会社 活性炭電極およびその製造法
EP0930091B1 (en) 1997-04-25 2004-06-30 JFE Engineering Corporation Method of treating exhaust gas
US6043392A (en) 1997-06-30 2000-03-28 Texas A&M University System Method for conversion of biomass to chemicals and fuels
US5916826A (en) 1997-12-05 1999-06-29 Waste Technology Transfer, Inc. Pelletizing and briquetting of coal fines using binders produced by liquefaction of biomass
US6506223B2 (en) 1997-12-05 2003-01-14 Waste Technology Transfer, Inc. Pelletizing and briquetting of combustible organic-waste materials using binders produced by liquefaction of biomass
US6342129B1 (en) * 1998-05-14 2002-01-29 Calgon Carbon Corporation Process for production of carbonaceous chars having catalytic activity
JP2000157832A (ja) 1998-11-30 2000-06-13 Nkk Corp 廃活性炭の処理方法及び活性コークスの処理方法
JP2000212568A (ja) 1999-01-28 2000-08-02 Sanada Tire Hanbai Kk 炭素素材製造方法及びその装置
JP4368964B2 (ja) * 1999-03-16 2009-11-18 太平洋セメント株式会社 固形燃料の製造方法及びその装置
CA2374866A1 (en) 1999-05-25 2000-11-30 Mbr Technologies, Inc. Rapid activation method, process, and apparatus for making pelletized activated carbon from carbonaceous wastes
US6698724B1 (en) 1999-08-11 2004-03-02 Joseph P. Traeger Post setting method
EP1406718A4 (en) 1999-09-29 2005-10-19 Merck & Co Inc CARBON ADSORPTION POWDER CONTAINING COPPER CHLORIDE
US8048528B2 (en) 1999-12-02 2011-11-01 Touchstone Research Laboratory, Ltd. Cellular coal products
FR2804042B1 (fr) 2000-01-25 2002-07-12 Air Liquide Procede de purification d'un gaz par adsorption des impuretes sur plusieurs charbons actifs
US7282072B2 (en) 2000-02-25 2007-10-16 University Of Kentucky Research Foundation Synthetic fuel and methods for producing synthetic fuel
JP4477186B2 (ja) 2000-02-29 2010-06-09 フタムラ化学株式会社 フィルター及びフィルター部材
US6447437B1 (en) 2000-03-31 2002-09-10 Ut-Battelle, Llc Method for reducing CO2, CO, NOX, and SOx emissions
JP2001300497A (ja) * 2000-04-21 2001-10-30 Aimakku Engineering Kk 廃棄物処理装置と廃棄物処理方法
DE60101222T2 (de) 2000-05-08 2004-08-26 Norit Nederland B.V. Verfahren zur reinigung von abgasen
JP3840877B2 (ja) 2000-05-26 2006-11-01 昭和電工株式会社 ハロゲン系ガスの除害剤、除害方法及びその用途
US6729248B2 (en) 2000-06-26 2004-05-04 Ada Environmental Solutions, Llc Low sulfur coal additive for improved furnace operation
US7326263B2 (en) 2000-07-20 2008-02-05 Erling Reidar Andersen Method and apparatus for hydrogenating hydrocarbon fuels
CN1200875C (zh) 2000-07-25 2005-05-11 可乐丽股份有限公司 活性炭及其生产方法,可极化电极、以及双电层电容器
US20020100367A1 (en) 2000-11-29 2002-08-01 The Research Foundation Of The City Universtiy Of New York Process to prepare adsorbents from organic fertilizer and their applications for removal of acidic gases from wet air streams
JP3936574B2 (ja) 2000-11-30 2007-06-27 新日本製鐵株式会社 高炉用高反応性コークスの製造方法
EP1217318A1 (en) * 2000-12-19 2002-06-26 Sea Marconi Technologies Di Wander Tumiatti S.A.S. Plant for the thermal treatment of material and operation process thereof
JP2002211911A (ja) * 2001-01-12 2002-07-31 Rengo Co Ltd 親水性高分子由来水酸基含有炭化物及びその製造方法
JP2002226856A (ja) 2001-02-07 2002-08-14 Nippon Polyurethane Ind Co Ltd 空隙充填用注入薬液組成物、及びそれを用いた空隙充填工法
EP1428228A4 (en) 2001-02-26 2008-04-30 Univ Utah Res Found CARBON PARTICLES WITH MAGNETIC ACTIVATION FOR ADSORPTING SOLUTES FROM A SOLUTION
JP3900245B2 (ja) 2001-03-01 2007-04-04 ヤンセン ファーマシューティカ エヌ．ベー． 口腔内速崩壊型錠剤及びその製造方法
JP2002289683A (ja) 2001-03-28 2002-10-04 Nec Corp トレンチ分離構造の形成方法および半導体装置
US6524354B2 (en) * 2001-03-30 2003-02-25 Council Of Scientific And Industrial Research Process for the production of low ash fuel
US6719816B2 (en) 2001-05-03 2004-04-13 Duraflame, Inc. Artificial firelog with sodium bicarbonate additive
ATE437244T1 (de) 2001-05-30 2009-08-15 Kobe Steel Ltd Verfahren zur herstellung von reduzierten metallen
US6790317B2 (en) 2001-06-28 2004-09-14 University Of Hawaii Process for flash carbonization of biomass
JP2003038941A (ja) 2001-07-31 2003-02-12 Nitto Denko Corp 液体分離膜およびその運転方法
US20050279696A1 (en) 2001-08-23 2005-12-22 Bahm Jeannine R Water filter materials and water filters containing a mixture of microporous and mesoporous carbon particles
SE0103822D0 (sv) 2001-11-16 2001-11-16 Ecomb Ab Combustion optimisation
JP3760228B2 (ja) * 2002-01-23 2006-03-29 独立行政法人産業技術総合研究所 高発熱量炭化物の製造法
US6726888B2 (en) 2002-01-25 2004-04-27 General Electric Company Method to decrease emissions of nitrogen oxide and mercury
JP2003238136A (ja) 2002-02-08 2003-08-27 Naonobu Katada 高比表面積炭素材料の製造方法と装置
JP3981759B2 (ja) 2002-03-06 2007-09-26 日立造船株式会社 下水汚泥処理方法
JP4540938B2 (ja) 2002-03-22 2010-09-08 日本エンバイロケミカルズ株式会社 水道水中の重金属除去剤
JP2003286021A (ja) 2002-03-28 2003-10-07 Naonobu Katada 高比表面積炭素材料の製造装置
US20030221363A1 (en) 2002-05-21 2003-12-04 Reed Thomas B. Process and apparatus for making a densified torrefied fuel
US7455704B2 (en) 2002-06-03 2008-11-25 Garwood Anthony J Method of processing waste product into fuel
WO2004000244A1 (en) 2002-06-24 2003-12-31 Dead Sea Laboratories Ltd. Cosmetic compositions comprising small magnetic particles
US20040045215A1 (en) 2002-09-09 2004-03-11 Guilfoyle Michael John Combustible fuel
US20060076229A1 (en) 2003-01-13 2006-04-13 Mazyck David W Magnetic activated carbon and the removal of contaminants from a fluid streams
DE50313627D1 (de) 2003-01-28 2011-06-01 Hans Werner Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Brennstoffen aus gepresster Biomasse und Verwendung derselben
US6818027B2 (en) 2003-02-06 2004-11-16 Ecoem, L.L.C. Organically clean biomass fuel
DE502004012415D1 (de) 2003-02-25 2011-06-01 Pytec Thermochemische Anlagen Gmbh Verfahren und vorrichtung zur pyrolyse von biomasse
US7435286B2 (en) 2004-08-30 2008-10-14 Energy & Environmental Research Center Foundation Sorbents for the oxidation and removal of mercury
JP4098167B2 (ja) 2003-06-16 2008-06-11 本田技研工業株式会社 燃料ガス発生方法及び装置
US20050095183A1 (en) 2003-11-05 2005-05-05 Biomass Energy Solutions, Inc. Process and apparatus for biomass gasification
EP1687389A2 (en) 2003-11-17 2006-08-09 Entropic Technologies Corporation Waste conversion process
US7514052B2 (en) 2004-01-06 2009-04-07 General Electric Company Method for removal of mercury emissions from coal combustion
JP2005263547A (ja) * 2004-03-17 2005-09-29 Taiheiyo Cement Corp 複合活性炭化物及びその製造方法
JP2005298602A (ja) * 2004-04-08 2005-10-27 Nippon Steel Corp 可燃性廃棄物の熱分解方法及び装置
US20050258093A1 (en) 2004-05-24 2005-11-24 Microban Products Company Antimicrobial activated carbon and method of making
JP2005334737A (ja) 2004-05-25 2005-12-08 Futaba Shoji Kk 磁性吸着剤、光触媒担持吸着剤、磁性光触媒、光触媒担持磁性吸着剤および有害物の分解処理方法
US20050274068A1 (en) 2004-06-14 2005-12-15 Morton Edward L Bio-solid materials as alternate fuels in cement kiln, riser duct and calciner
JP2006096615A (ja) 2004-09-29 2006-04-13 Taiheiyo Cement Corp セメントキルンの排ガスの処理方法
US7404262B2 (en) 2004-10-12 2008-07-29 Pesco, Inc. Heat-moisture control in agricultural-product production using moisture from water vapor extraction
JP4912587B2 (ja) 2004-12-08 2012-04-11 リグナイト株式会社 複合炭化材料の製造方法
DE102005002700A1 (de) 2005-01-19 2006-07-27 Cognis Deutschland Gmbh & Co. Kg Zusammensetzungen verwendbar als Biotreibstoff
JP2006263513A (ja) 2005-03-22 2006-10-05 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd ごみ焼却炉排ガス中の水銀除去方法
US7357903B2 (en) 2005-04-12 2008-04-15 Headwaters Heavy Oil, Llc Method for reducing NOx during combustion of coal in a burner
PL1879979T3 (pl) * 2005-05-03 2018-04-30 Danmarks Tekniske Universitet Sposób i urządzenie do pirolizy
JP2006315899A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd 活性炭化物の製造方法とその装置
EP1888722A4 (en) 2005-05-16 2011-10-26 Evergreen Biofuels Inc AGRICULTURAL FIBER FUEL PELLETS
AU2006255456B2 (en) 2005-06-08 2011-06-16 Agri-Therm Limited Apparatus and process for the pyrolysis of agricultural biomass
US20060280669A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Jones Fred L Waste conversion process
US20070034126A1 (en) 2005-06-27 2007-02-15 Wei-Yin Chen In-Furnace Reduction Of Nitrogen Oxide By Mixed Fuels Involving A Biomass Derivative
US20070006526A1 (en) 2005-07-07 2007-01-11 New Energy Usa, Llc Fuel pellet briquettes from biomass and recovered coal slurries
CA2515879A1 (en) 2005-08-05 2007-02-05 Mark A. Dupuis Densification system
US7378372B2 (en) 2005-10-11 2008-05-27 Layne Christensen Company Filter and sorbent for removal of contaminants from a fluid
US7763098B2 (en) 2005-11-18 2010-07-27 Xebec Adsorption Inc. Rapid cycle syngas pressure swing adsorption system
US7468170B2 (en) 2005-12-21 2008-12-23 Douglas C Comrie Nitrogenous sorbent for coal combustion
NL1030864C2 (nl) 2006-01-06 2007-07-09 Stichting Energie Werkwijze en inrichting voor het behandelen van biomassa.
US8150776B2 (en) 2006-01-18 2012-04-03 Nox Ii, Ltd. Methods of operating a coal burning facility
CA2539012C (en) * 2006-03-10 2013-07-09 John Flottvik Closed retort charcoal reactor system
US20070220805A1 (en) 2006-03-24 2007-09-27 Leveson Philip D Method for producing a homogeneous biomass fuel for gasification applications
US20070261295A1 (en) 2006-05-11 2007-11-15 Tolmie Richard W Water resistance, density, and durability of biomass fuels
US7942942B2 (en) * 2006-05-21 2011-05-17 Paoluccio John A Method and apparatus for biomass torrefaction, manufacturing a storable fuel from biomass and producing offsets for the combustion products of fossil fuels and a combustible article of manufacture
WO2007147244A1 (en) 2006-06-19 2007-12-27 Michel Babeu Method for manufacturing a solid fuel with waste materials
JP5034062B2 (ja) * 2006-08-02 2012-09-26 宇部興産株式会社 固体燃料及びその製造方法
US8198211B2 (en) 2006-08-23 2012-06-12 Sulvaris Inc. Acid-impregnated activated carbon and methods of forming and using the same
JP5849327B2 (ja) 2006-10-02 2016-01-27 カーボン シンク インコーポレイテッド 空気から二酸化炭素を抽出するための方法および装置
US20090314185A1 (en) 2006-10-17 2009-12-24 Matrix Llc Treatment of fly ash
WO2008073186A2 (en) * 2006-10-26 2008-06-19 Marshall Medoff Processing biomass
EP2109868A4 (en) 2006-11-08 2015-07-29 Univ Missouri HIGH-SURFACE CARBON AND METHOD OF PRODUCTION
ZA200902486B (en) 2006-11-09 2010-07-28 Eth Zuerich Carbon coated magnetic nanoparticles and their use in separation processes
JP5107565B2 (ja) 2006-11-30 2012-12-26 エステー株式会社 消臭芳香器、それに用いる揮散体およびこの揮散体の製造方法ならびに消臭芳香方法
US7691182B1 (en) 2006-12-12 2010-04-06 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Process for hydrogen production via integrated processing of landfill gas and biomass
WO2008076944A1 (en) 2006-12-15 2008-06-26 Ecoem, Llc Pyrolysis biomass chain reactor for clean energy production in closed loop
US8080088B1 (en) 2007-03-05 2011-12-20 Srivats Srinivasachar Flue gas mercury control
JP2008222901A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Kayaba System Machinery Kk 炭素化装置
DE102007050971B4 (de) 2007-03-14 2014-12-31 BLüCHER GMBH Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsadsorbentien auf der Basis von Aktivkohle mit hoher Meso- und Makroporosität, Hochleistungsadsorbentien und deren Verwendung
US20080281673A1 (en) 2007-05-07 2008-11-13 Mark Davis System and method for semi-automatic land planning
US7981835B2 (en) 2007-05-17 2011-07-19 Energy & Environmental Research Center Foundation System and method for coproduction of activated carbon and steam/electricity
JP2008284520A (ja) 2007-05-21 2008-11-27 Futaba Shoji Kk 担持触媒型磁性吸着剤および過酸化物含有廃水の処理方法
WO2009018469A1 (en) 2007-07-31 2009-02-05 Hoffman Richard B System and method of preparing pre-treated biorefinery feedstock from raw and recycled waste cellulosic biomass
US20090031616A1 (en) 2007-08-01 2009-02-05 Agblevor Foster A Thermochemical method for conversion of poultry litter
US20090056205A1 (en) 2007-08-28 2009-03-05 Stephane Gauthier Plant biomass solid fuel
US8436120B2 (en) 2007-11-20 2013-05-07 Jan Piskorz Method of producing hodge carbonyls and oligomeric lignin
US7905990B2 (en) * 2007-11-20 2011-03-15 Ensyn Renewables, Inc. Rapid thermal conversion of biomass
JP4415199B2 (ja) 2007-11-22 2010-02-17 芳春 松下 回転釜加熱処理装置と製茶方法
US20090151251A1 (en) 2007-12-17 2009-06-18 Range Fuels, Inc. Methods and apparatus for producing syngas and alcohols
US20090188160A1 (en) 2008-01-30 2009-07-30 Henry Liu Method and Device to Compact Biomass
US7960325B2 (en) 2008-02-15 2011-06-14 Renewable Densified Fuels, Llc Densified fuel pellets
CA2716190A1 (en) 2008-02-19 2009-08-27 Srivats Srinivasachar Method of manufacturing carbon-rich product and co-products
US9121606B2 (en) 2008-02-19 2015-09-01 Srivats Srinivasachar Method of manufacturing carbon-rich product and co-products
CA2656439A1 (en) 2008-02-29 2009-08-29 Durr Systems, Inc. Thermal oxidizer with gasifier
CN102065977A (zh) 2008-04-15 2011-05-18 阿尔比马尔公司 用于利用热侧静电除尘器从燃烧气体除去汞的方法和吸附剂
GB2460064A (en) 2008-05-15 2009-11-18 Maria Catherine Tabiner A method of forming a permanently magnetic absorbent composite material
EP2318487B1 (en) 2008-07-04 2019-05-01 University of York Microwave torrefaction of biomass
US10332226B2 (en) 2008-08-13 2019-06-25 Greentire Energy Llc Techniques for locating and operating gasification plant having predominately scrap tire rubber as feedstock
US8476480B1 (en) 2008-08-29 2013-07-02 Iowa State University Research Foundation, Inc. Bio-oil fractionation and condensation
US8669404B2 (en) 2008-10-15 2014-03-11 Renewable Fuel Technologies, Inc. Method for conversion of biomass to biofuel
RU2530114C2 (ru) 2008-11-17 2014-10-10 Инхелия, С.Л. Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора
CN101412929B (zh) 2008-11-28 2012-02-01 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用生物质制造合成气的高温气化工艺方法及系统
EP2199365A1 (en) * 2008-12-18 2010-06-23 Repsol Ypf S.A. Process for producing a recarburizer carbonaceous product
US8308911B2 (en) 2009-01-09 2012-11-13 Cool Planet Biofuels, Llc System and method for atmospheric carbon sequestration
US8309052B2 (en) 2009-07-02 2012-11-13 Pneumatic Processing Technologies, L.L.C. Carbon heat-treatment process
US20100139156A1 (en) 2009-01-26 2010-06-10 Mennell James A Corn stover fuel objects with high heat output and reduced emissions designed for large-scale power generation
US20100139155A1 (en) 2009-01-26 2010-06-10 Mennell James A Switch grass fuel objects with high heat output and reduced air emissions designed for large-scale power generation
US8900416B2 (en) 2009-02-24 2014-12-02 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Production of higher quality bio-oils by in-line esterification of pyrolysis vapor
JP5246663B2 (ja) * 2009-02-27 2013-07-24 日立造船株式会社 リン化合物の回収方法
JP5386195B2 (ja) 2009-02-27 2014-01-15 三菱重工マシナリーテクノロジー株式会社 レイアウト自動生成装置、レイアウト自動生成方法及びプログラム
US8541637B2 (en) * 2009-03-05 2013-09-24 G4 Insights Inc. Process and system for thermochemical conversion of biomass
JP5501643B2 (ja) * 2009-03-24 2014-05-28 Ｊｆｅスチール株式会社 バイオマス炭の製造方法およびこれに用いるバイオマス炭の製造装置
CN102388119B (zh) 2009-03-24 2015-11-25 杰富意钢铁株式会社 生物质炭的制造方法及用于其中的生物质炭的制造装置
JP5501644B2 (ja) 2009-03-24 2014-05-28 Ｊｆｅスチール株式会社 バイオマス炭の製造方法およびこれに用いるバイオマス炭の製造装置
US20100270505A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Range Fuels, Inc. Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas
FR2945294B1 (fr) * 2009-05-07 2012-04-20 Olivier Lepez Procede et installation de densification energetique d'un produit sous forme de solides divises, en vue de l'obtention d'huiles pyrolytiques a vocation energetique
US20100289270A1 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Organic Power Solutions, LLC Pyrolytic thermal conversion system
EP2430123A4 (en) 2009-05-14 2014-08-06 Chaotech Pty Ltd PYROLYTIC PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING ASHES AND ENERGY FROM A BIOMASS
WO2010129988A1 (en) 2009-05-15 2010-11-18 Anthroterra Pty Ltd Biochar complex
BRPI0901948A2 (pt) * 2009-05-21 2011-02-08 Alvaro Lucio processo de obtenção do carvão vegetal que utiliza os constituintes gasosos emitidos durante a carbonização da matéria vegetal como fonte de energia para o processo e configuração construtiva do respectivo equipamento
US8226798B2 (en) 2009-05-26 2012-07-24 Alterna Energy Inc. Method of converting pyrolyzable organic materials to biocarbon
US8361186B1 (en) 2009-06-08 2013-01-29 Full Circle Biochar, Inc. Biochar
KR102139269B1 (ko) 2009-07-01 2020-08-11 바스프 에스이 초고순도의 합성 탄소 물질
DE102009032810A1 (de) 2009-07-10 2011-01-13 BLüCHER GMBH Anlage und Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle
WO2011009074A2 (en) * 2009-07-16 2011-01-20 Champagne Gary E Vacuum pyrolytic gasification and liquefaction to produce liquid and gaseous fuels from biomass
US8449724B2 (en) * 2009-08-19 2013-05-28 Andritz Technology And Asset Management Gmbh Method and system for the torrefaction of lignocellulosic material
US9279091B2 (en) 2009-09-11 2016-03-08 The Clorox Company Charcoal briquettes and methods of forming thereof
US8920609B2 (en) 2009-10-01 2014-12-30 Philip H. Steele Method of increasing anhydrosugars, pyroligneous fractions and esterified bio-oil
FI20096059A0 (fi) 2009-10-13 2009-10-13 Valtion Teknillinen Menetelmä ja laitteisto biohiilen valmistamiseksi
IN2012DN03077A (pt) * 2009-10-14 2015-07-31 Reklaim Inc
CN101693848B (zh) * 2009-10-19 2013-01-02 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及用的回转炉
HUE046044T2 (hu) 2009-11-02 2020-01-28 Cabot Corp Nagy fajlagos felületû és kis szerkezetû kormok, energiatárolási alkalmazásra
JP5678372B2 (ja) 2009-11-30 2015-03-04 独立行政法人産業技術総合研究所 窒素含有多孔質炭素材料とその製造方法、及び該窒素含有多孔質炭素材料を用いた電気二重層キャパシタ
US8404909B2 (en) 2009-12-09 2013-03-26 Chevron U.S.A. Inc. Method for capturing carbon dioxide from biomass pyrolysis process
CA2790678A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Re Community Energy, Llc Sorbent containing engineered fuel feed stocks
JP5599186B2 (ja) 2009-12-28 2014-10-01 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 電気二重層キャパシタ電極用活性炭およびその製造方法
US20120021123A1 (en) 2010-01-19 2012-01-26 Leveson Philip D process to sequester carbon, mercury, and other chemicals
WO2011093294A1 (ja) 2010-01-27 2011-08-04 日本化学工業株式会社 セファロスポリン誘導体の製造方法
JP2011161330A (ja) 2010-02-05 2011-08-25 Nippon Steel Corp 排ガス脱硝装置
CN101775301A (zh) * 2010-02-22 2010-07-14 肖国雄 一种生物质焦炭及其制备方法
EP2545334B8 (en) 2010-03-10 2018-09-19 ADA-ES, Inc. Process for dilute phase injection of dry alkaline materials into a gas
US8871171B2 (en) 2010-03-26 2014-10-28 Virginia Commonwealth University Production of graphene and nanoparticle catalysts supported on graphene using microwave radiation
FR2958649B1 (fr) 2010-04-07 2012-05-04 Arkema France Copolymere a blocs issu de matieres renouvelables et procede de fabrication d'un tel copolymere a blocs
CN101805626A (zh) 2010-04-19 2010-08-18 洛阳龙羽圣扬投资有限公司 木材制炭自动生产线及生产工艺
JP5700651B2 (ja) 2010-04-21 2015-04-15 株式会社神戸製鋼所 重金属類を含有する汚染水の処理剤および処理方法
JP2011230038A (ja) 2010-04-26 2011-11-17 Japan Organo Co Ltd 水処理装置
US8496730B2 (en) 2010-05-14 2013-07-30 Midrex Technologies, Inc. System and method for reducing iron oxide to metallic iron using coke oven gas and oxygen steelmaking furnace gas
WO2011146604A2 (en) 2010-05-18 2011-11-24 Milliken & Company Optical brighteners and compositions comprising the same
US8563467B2 (en) 2010-06-18 2013-10-22 The Governors Of The University Of Alberta Method for preparation of activated carbon
SG10201503599WA (en) 2010-06-25 2015-06-29 Univ Singapore Methods of forming graphene by graphite exfoliation
US8519205B2 (en) * 2010-07-23 2013-08-27 Ensyn Renewables, Inc. Low water biomass-derived pyrolysis oils and processes for producing the same
US20120023809A1 (en) 2010-07-28 2012-02-02 Uop Llc Methods for producing phase stable, reduced acid biomass-derived pyrolysis oils
EP4219660A3 (en) 2011-04-15 2023-10-18 Carbon Technology Holdings, LLC Processes for producing high-carbon biogenic reagents
CA2833198A1 (en) 2011-04-21 2012-10-26 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for converting a solid biomass material
AU2012250575B2 (en) 2011-05-04 2015-03-26 Renmatix, Inc. Lignin production from lignocellulosic biomass
US8173044B1 (en) 2011-05-09 2012-05-08 Cool Planet Biofuels, Inc. Process for biomass conversion to synthesis gas
US9212313B2 (en) 2011-05-15 2015-12-15 Avello Bioenergy, Inc. Methods, apparatus, and systems for incorporating bio-derived materials into oil sands processing
US8100990B2 (en) * 2011-05-15 2012-01-24 Avello Bioenery, Inc. Methods for integrated fast pyrolysis processing of biomass
US8317891B1 (en) 2011-06-06 2012-11-27 Cool Planet Biofuels, Inc. Method for enhancing soil growth using bio-char
US9216916B2 (en) 2013-10-25 2015-12-22 Cool Planet Energy Systems, Inc. System and method for purifying process water produced from biomass conversion to fuels
US10322389B2 (en) 2014-10-01 2019-06-18 Cool Planet Energy Systems, Inc. Biochar aggregate particles
US9260666B2 (en) 2011-07-25 2016-02-16 Cool Planet Energy Systems, Inc. Method for reducing the carbon footprint of a conversion process
US20130241382A1 (en) 2011-09-13 2013-09-19 B/E Aerospace, Inc. Aircraft galley stowage compartment extractor
JP2013082588A (ja) 2011-10-11 2013-05-09 Japan Natural Energy & Resources Co Ltd 金属ケイ素の製造方法
CN104220563B (zh) 2012-02-06 2017-07-11 M·麦戈登 生物质气化的方法和系统
WO2013152337A1 (en) 2012-04-05 2013-10-10 Full Circle Biochar, Inc. Biochar compositions and methods of use thereof
US20130295628A1 (en) 2012-05-02 2013-11-07 Api Intellectual Property Holdings, Llc Processes for producing energy-dense biomass and sugars or sugar derivatives, by integrated hydrolysis and torrefaction
WO2013169803A1 (en) 2012-05-07 2013-11-14 Biogenic Reagents LLC Biogenic activated carbon and methods of making and using same
NL2008835C2 (en) 2012-05-16 2013-11-20 Btg Biomass Technology Group B V Method for controlling the water content in pyrolysis liquids.
US20130326935A1 (en) 2012-06-11 2013-12-12 Bepex International, Llc System for treating biomass
EP2861322A4 (en) 2012-06-15 2016-03-02 Carbonxt Group Ltd MAGNETIC ADSORBENTS, METHODS FOR MANUFACTURING MAGNETIC ADSORBENT, AND METHODS FOR REMOVING CONTAMINANTS FROM FLUID FLOWS
US8999885B2 (en) 2013-01-09 2015-04-07 General Electric Company Methods of activating charcoal resulting from biomass gasification
US9108186B2 (en) 2013-01-25 2015-08-18 Cabot Corporation Phosphoric acid treatment of carbonaceous material prior to activation
WO2014190235A1 (en) 2013-05-24 2014-11-27 Cool Planet Energy Systems, Inc. Enhancing biochar performance using pyrolysis acid stream
US9873846B2 (en) 2013-10-10 2018-01-23 E I Du Pont De Nemours And Company Fuel compositions containing lignocellulosic biomass fermentation process syrup
US20150126362A1 (en) 2013-10-24 2015-05-07 Biogenic Reagent Ventures, Llc Methods and apparatus for producing activated carbon from biomass through carbonized ash intermediates
DK3094593T3 (da) 2014-01-16 2022-04-11 Carbon Tech Holdings Llc Kulstofmikroanlæg
US20150239743A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Biogenic Reagent Ventures, Llc Highly mesoporous activated carbon
US11413601B2 (en) 2014-10-24 2022-08-16 Carbon Technology Holdings, LLC Halogenated activated carbon compositions and methods of making and using same
US20160145519A1 (en) 2014-11-20 2016-05-26 Washington State University Carbonized component-based fuel pellet
US11434509B2 (en) 2014-12-08 2022-09-06 Iogen Corporation Process for using biogenic carbon dioxide derived from non-fossil organic material
US10066179B2 (en) 2015-02-20 2018-09-04 Integro Earth Fuels, Inc. High energy content densified lignocellulose biomass
US10711214B2 (en) 2015-04-22 2020-07-14 North-West University Production of a carbonaceous feedstock material from a waste carbon source
EP3095839A1 (en) 2015-05-20 2016-11-23 Total Marketing Services Biodegradable hydrocarbon fluids by hydrogenation
PL231090B1 (pl) 2015-07-02 2019-01-31 Jjra Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Sposób i układ wytwarzania biometanu i ekometanu
US10995274B2 (en) 2015-07-21 2021-05-04 British Columbia Biocarbon Ltd. Biocoal fuel product and processes and systems for the production thereof
US10647933B2 (en) 2015-11-12 2020-05-12 Gas Technology Institute Activated carbon as a high value product of hydropyrolysis
WO2017161445A1 (en) 2016-03-21 2017-09-28 Anaergia Inc. Two stage pyrolysis of organic waste
EP3315590A1 (en) 2016-10-27 2018-05-02 Total Marketing Services Use of hydrocarbon fluids in electric vehicles
US11380895B2 (en) 2017-04-03 2022-07-05 The George Washington University Methods and systems for the production of crystalline flake graphite from biomass or other carbonaceous materials
US20180291276A1 (en) 2017-04-07 2018-10-11 Southern Research Institute Biomass Liquefaction to Produce Refinery-Ready Bio-Oil
FR3071840B1 (fr) 2017-10-04 2019-10-11 Arkema France Composition de poudre thermoplastique et objet tridimensionnel renforce fabrique par impression 3d d'une telle composition
WO2019118986A1 (en) 2017-12-15 2019-06-20 Cool Planet Energy Systems, Inc. Biochars and biochar extracts having soluble signaling compounds and method for capturing material extracted from biochar
WO2019200424A1 (en) 2018-04-16 2019-10-24 Renergi Pty Ltd Method of producing solid composites
CN110438335B (zh) 2018-05-02 2020-08-25 中南大学 一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团及其制备和应用
CN108865195B (zh) 2018-06-14 2020-07-10 华中科技大学 一种生物质制备高强度炭材料的方法
MX2020013421A (es) 2018-06-14 2021-03-29 Carbon Tech Holdings Llc Composiciones de dióxido de silicio de carbono poroso biogénico, métodos de elaboracion y uso de estas.
US10961459B2 (en) 2018-08-20 2021-03-30 Marc A. Seidner System for production of a renewable liquid fuel
US11345860B2 (en) 2018-08-20 2022-05-31 Marc A. Seidner System and method for continuous production of a renewable liquid fuel
WO2020219635A1 (en) 2019-04-26 2020-10-29 Eastman Chemical Company Gasification of torrefied textiles and fossil fuels
RU2729810C1 (ru) 2020-01-17 2020-08-12 Сергей Петрович Сырямкин Раскислительная смесь
EP4217520A1 (en) 2020-09-25 2023-08-02 Carbon Technology Holdings, LLC Bio-reduction of metal ores integrated with biomass pyrolysis
KR20230133364A (ko) 2021-01-21 2023-09-19 카본 테크놀로지 홀딩스, 엘엘씨 분쇄성 지수를 조절할 수 있는 바이오카본 펠릿의 생산공정
JP2024508270A (ja) 2021-02-18 2024-02-26 カーボン テクノロジー ホールディングス， エルエルシー カーボンネガティブ冶金製品
US20220396529A1 (en) 2021-04-27 2022-12-15 Carbon Technology Holdings, LLC Biocarbon blends with optimized fixed carbon content, and methods for making and using the same
CA3225978A1 (en) 2021-07-09 2023-01-12 Carbon Technology Holdings, LLC Processes for producing biocarbon pellets with high fixed-carbon content and optimized reactivity, and biocarbon pellets obtained therefrom
CA3227528A1 (en) 2021-08-02 2023-02-09 James A. Mennell Processes and systems for recapturing carbon from biomass pyrolysis liquids

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012142488A2 (en) 2012-10-18
US20230159840A1 (en) 2023-05-25
US11959038B2 (en) 2024-04-16
CA2833284C (en) 2020-07-21
US10889775B2 (en) 2021-01-12
JP2014524824A (ja) 2014-09-25
US11891582B2 (en) 2024-02-06
EP2697329A2 (en) 2014-02-19
US20140110240A1 (en) 2014-04-24
US9752090B2 (en) 2017-09-05
WO2012142486A3 (en) 2014-05-01
US10174267B2 (en) 2019-01-08
US20210355401A1 (en) 2021-11-18
US8920525B2 (en) 2014-12-30
EP4206304A1 (en) 2023-07-05
EP2697185A4 (en) 2014-10-08
JP7053530B2 (ja) 2022-04-12
CA2833284A1 (en) 2012-10-18
US20210355398A1 (en) 2021-11-18
US11091716B2 (en) 2021-08-17
US20210395630A1 (en) 2021-12-23
EP4219658A3 (en) 2023-08-09
BR112013026465A2 (pt) 2016-12-20
EP4219659A2 (en) 2023-08-02
CA3085848A1 (en) 2012-10-18
JP2014516377A (ja) 2014-07-10
US20210261877A1 (en) 2021-08-26
US20220169936A1 (en) 2022-06-02
US11965139B2 (en) 2024-04-23
US20210355397A1 (en) 2021-11-18
CA2833285C (en) 2020-09-01
EP2697185B1 (en) 2020-06-17
US20170321139A1 (en) 2017-11-09
US20170037333A1 (en) 2017-02-09
JP2014517800A (ja) 2014-07-24
PL2697185T3 (pl) 2020-12-28
JP2019131831A (ja) 2019-08-08
JP2017148798A (ja) 2017-08-31
US20210355402A1 (en) 2021-11-18
EP2697185A1 (en) 2014-02-19
US20230303939A1 (en) 2023-09-28
US10611977B2 (en) 2020-04-07
US20170037334A1 (en) 2017-02-09
US20140075834A1 (en) 2014-03-20
CA2833286C (en) 2020-08-25
EP4219657A2 (en) 2023-08-02
BR112013026553A2 (pt) 2017-11-14
HRP20201247T1 (hr) 2020-11-13
US20210355396A1 (en) 2021-11-18
US20210355400A1 (en) 2021-11-18
JP2023165780A (ja) 2023-11-17
US20140101992A1 (en) 2014-04-17
LT2697185T (lt) 2020-09-10
US9388046B2 (en) 2016-07-12
DK2697185T3 (da) 2020-08-10
JP2023115146A (ja) 2023-08-18
EP4219658A2 (en) 2023-08-02
US20190194561A1 (en) 2019-06-27
WO2012142491A1 (en) 2012-10-18
WO2012142486A2 (en) 2012-10-18
EP2697329A4 (en) 2015-05-27
US20240158710A1 (en) 2024-05-16
EP4219657A3 (en) 2023-08-23
BR112013026553B1 (pt) 2020-01-28
CA2833179A1 (en) 2012-10-18
JP2021167433A (ja) 2021-10-21
US20200299599A1 (en) 2020-09-24
US20230092078A1 (en) 2023-03-23
SI2697185T1 (sl) 2020-10-30
US20210348076A1 (en) 2021-11-11
CA3085848C (en) 2022-08-30
JP2022188232A (ja) 2022-12-20
US20180127672A1 (en) 2018-05-10
CA3084690C (en) 2023-09-19
CA3186743A1 (en) 2012-10-18
US20210388280A1 (en) 2021-12-16
WO2012142488A3 (en) 2014-05-01
CA2833285A1 (en) 2012-10-18
US20210292671A1 (en) 2021-09-23
US20210214632A1 (en) 2021-07-15
US10982161B2 (en) 2021-04-20
US20150075326A1 (en) 2015-03-19
US11674101B2 (en) 2023-06-13
EP4219659A3 (en) 2023-10-11
CA2833179C (en) 2021-06-01
US11359154B2 (en) 2022-06-14
JP2014518563A (ja) 2014-07-31
JP2021020221A (ja) 2021-02-18
EP4219660A3 (en) 2023-10-18
US10167437B2 (en) 2019-01-01
WO2012142489A1 (en) 2012-10-18
US9845440B2 (en) 2017-12-19
US20210355403A1 (en) 2021-11-18
US20220315852A1 (en) 2022-10-06
CA2833286A1 (en) 2012-10-18
EP3786262A1 (en) 2021-03-03
EP4219660A2 (en) 2023-08-02
US20190169518A1 (en) 2019-06-06
US20210355399A1 (en) 2021-11-18
US20210395632A1 (en) 2021-12-23
US20210395631A1 (en) 2021-12-23
US20120285080A1 (en) 2012-11-15
US9388355B2 (en) 2016-07-12
CA3084690A1 (en) 2012-10-18
US11286440B2 (en) 2022-03-29
US11879107B2 (en) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11965139B2 (en) Systems and apparatus for production of high-carbon biogenic reagents

Legal Events

Date Code Title Description
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 13/04/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.

B25A Requested transfer of rights approved

Owner name: CARBON TECHNOLOGY HOLDINGS, LLC (US)