BR112014016167B1

BR112014016167B1 - processo ilha de gaseificação de biomassa sob alta temperatura e pressão atmosférica

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Publication number: BR112014016167B1
Application number: BR112014016167A
Authority: BR
Inventors: Nie Hongtao; Zhang Liang; Xia Minggui; Liu Wenyan; Zhang Yanfeng
Original assignee: Wuhan Kaidi Eng Tech Res Inst
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2020-01-21
Also published as: RU2014131268A; AU2012362086A1; EP2799520A1; HUE038121T2; KR101625165B1; IN2014MN01475A; EP2799520A4; MX2014007803A; MY170636A; EP2799520B1; CN102618330B; MX358667B; WO2013097535A1; ZA201405493B; JP2015510522A; JP5959665B2; CN102618330A; US9410095B2; AP2014007831A0; RU2583269C2

Abstract

d e c l a r a ç ã o declaramos que o presente depósito está sendo efetuado sem resumo e que a mesmo será juntada dentro do prazo legal para complementação do pedido de patente. porto alegre/rs, 26 de junho de 2014. leão propriedade intelectual

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA

CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A invenção refere-se a um método para a gaseificação da biomassa a uma temperatura elevada e pressão atmosférica usando uma ilha de gaseificação integrada e, mais particularmente, a um método para a gaseificação da biomassa utilizando a ilha de gaseificação integrada que compreende um prétratamento da biomassa e unidade de armazenamento, uma unidade de gaseificação de biomassa, um arrefecimento e lavagem do gás de síntese em bruto e uma unidade de remoção de pó, e uma unidade de armazenamento de gás fresco.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO [0002] Melhoria da eficiência energética e conservação de energia são uma política estratégica de longo prazo para o desenvolvimento da economia nacional na China, bem como uma estratégia principal para a economia de energia e redução de emissões.

[0003] Em comparação com a queima de combustíveis, um padrão de uso de baixo nível, relativamente atrasado, gaseificador formado a partir de gaseificação de combustível, tem o preço largamente melhorado e extensiva aplicação. Por exemplo, o gás gaseificado pode ser sintetizado para produzir petróleo, que é de grande importância para resolver a escassez de combustível líquido e proteger o ambiente. Enquanto isso, o gás gaseificado é também a matéria-prima para a produção de produtos químicos a granel, como metanol, etanol, e ácido acético. Além disso, o gás gaseificado pode também ser utilizado na geração de energia do ciclo combinado com gaseificação integrada (CCGI), e a eficiência de geração de energia da mesma é aumentada de 15% em comparação com a produção de energia por combustão direta normal. Além disso, como o gás gaseificado tem

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2/20 baixos custos de produção para a extração de hidrogênio, é uma matéria-prima promissora para as células de combustível - uma importante fonte de hidrogénio. [0004] Tecnologias de gaseificação existentes incluem a tecnologia de gaseificação de leito fixo, tecnologia de gaseificação de leito fluidizada e tecnologia de gaseificação de leito de jorro fluidizada. O leito fixo impõe exigências elevadas na estabilidade térmica, na resistência mecânica, e na aderência da matéria-prima. Provou-se que, ao utilizar o leito fixo normal para a gaseificação da biomassa, o gás bruto tem um teor relativamente elevado de alcatrão, e o leito fixo normal não pode funcionar de maneira estável durante um longo prazo de aplicação de engenharia e é pouco econômico. Embora o processo de gaseificação em leito fluidizado tenha ampla capacidade de adaptação de combustível, o gás bruto tem alto teor de CH4, alcatrão e cinzas volantes, a eficiência de conversão do gás eficaz (CO + H2) é baixa, e o processo de lavagem e purificação do gás bruto é relativamente complicado. A gaseificação de leito de jorro fluidizada tem alta eficiência e é atualmente a tecnologia de gaseificação mais avançada, no entanto, ele tem pequena capacidade de adaptação de combustível, e a quebra do combustível de biomassa custa muito caro, sendo assim difícil de realizar.

[0005] A industrialização da tecnologia de gaseificação foi realizada em 1950 no exterior. No final do século XX, a escassez de oferta de petróleo e gás facilita o rápido desenvolvimento e pesquisa sobre o novo processo de gaseificação, e uma nova geração de gaseificadores com ampla adaptabilidade carvão, alta pressão gaseificação, alta eficiência de gaseificação e baixa poluição são desenvolvidos. Dentre eles, os mais representativos são o forno da Shell da Holanda, o forno da Texaco dos EUA e o forno da Lurgi da Alemanha.

[0006] A tecnologia de gaseificação de biomassa é uma nova tecnologia desenvolvida neste século usando a biomassa como fonte de energia e se desenvolvendo rapidamente. Muitas pesquisas sobre diferentes tecnologias foram realizadas neste campo. No início de 1980, pesquisas sobre a tecnologia

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3/20 de gaseificação de biomassa foram iniciadas, e um grande desenvolvimento foi adquirido a partir de um único gaseificador de leito fixo para o de leito fluidizado, de leito circulante fluidificado, de leito fluidizado circulante duplo, e a oxidação de leito fluidizado; a de dispositivos de gaseificação de baixo valor calórico para dispositivos de gaseificação de valor calórico médio; e de fogões domésticos a gás para sistemas de geração de energia elétrica, de fornecimento de gás central e secagem industrial. No entanto, todo o nível é atrasado, e a tecnologia é imatura com muitos problemas tecnológicos. Mesmo muitos projetos de demonstração têm muitos problemas tecnológicos, por exemplo, baixo teor dos componentes eficazes no gás gaseificado, alto teor de alcatrão, baixa capacidade de escala, operação instável, altos custos operacionais, sendo assim difícil de realizar a operação comercial.

[0007] Uma grande quantidade de estudos sobre a gaseificação da biomassa tem sido conduzida na Europa e na América, nos últimos recentes, por exemplo, o processo de gaseificação de plasma, o processo de pirólise, o processo de gaseificação em várias fases. Plantas piloto de teste de diferentes escalas têm sido construídas usando esses processos e realizações tecnológicas têm sido obtidas, mas ainda não utilizadas na operação comercial.

RESUMO DA INVENÇÃO [0008] Tendo em vista os problemas acima descritos, é um objetivo da invenção proporcionar um método para a gaseificação da biomassa a uma temperatura elevada e à pressão atmosférica usando uma ilha de gaseificação. O método d a gaseificação de biomassa tem alta eficiência de conversão de carbono a partir da matéria-prima, ampla adaptabilidade de combustível, baixo teor de alcatrão no gás de síntese bruto, alta disponibilidade do aparelho, estrutura compacta, sistema simples, pequeno investimento, operação estável, baixo custo de operação e é adequado para a aplicação comercial em larga escala.

[0009] Solução técnica da invenção é a seguinte:

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4/20 [0010] Um método para a gaseificação da biomassa a uma temperatura elevada e à pressão atmosférica usando uma ilha de gaseificação, o método compreende: pré-tratamento e armazenamento de biomassa, gaseificação da biomassa em um gaseificador, esfriamento de um gás de síntese bruto, lavagem e remoção de poeira a partir de gás de síntese bruto e armazenamento gás de síntese fresco. A energia de calor para gaseificar a biomassa no gaseificador é fornecida por uma fonte externa de calor, uma temperatura de reação no gaseificador estar controlada entre 1300 e 1750°C, a biomassa no gaseificador ser transformado em gás de síntese em bruto e uma escória é removida do gaseificador no estado líquido. O gás de síntese bruto é arrefecido por uma torre de resfriamento e uma caldeira de recuperação de dois estágios, onde um calor sensível é recuperado. O gás de síntese bruto após o arrefecimento é lavado e tratado por precipitação de aspirador elétrico, e o gás de síntese fresco e limpo obtido é armazenado por um tanque de armazenamento de gás. Toda a ilha de gaseificação é operada a uma pressão negativa, ou a uma pressão positiva de entre 0 e 50 kPa.

[0011] Como um melhoramento da invenção, o método para a gaseificação da biomassa compreende as etapas seguintes:

[0012] 1) quebrar a biomassa recolhida, alimentar a biomassa para o gaseificador, enquanto proporciona a fonte externa de calor e um oxidante para o gaseificador, controlar a temperatura de operação do gaseificador de entre 1300 e 1750°C, permitir a biomassa contatar totalmente com o oxidante, de modo que dessecação, precipitação de matéria volátil, pirólise e reação de gaseificação ocorram, respectivamente, por meio do qual produz gás de síntese bruto e uma cinza;

[0013] 2) introduzir o gás de síntese bruto para a torre de arrefecimento e a caldeira de recuperação de dois estágios para diminuir a temperatura do gás de síntese bruto a entre 85 e 200°C e recuperar o calor sensível; e

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5/20 [0014] 3) lavar o gás de síntese bruto após a recuperação de calor sensível e remover o pó do mesmo para se obter gás de síntese limpo e fresco possuindo ambos um teor em pó e um teor de alcatrão de <10 mg/Nm³ e uma temperatura de <45°C; e transportar o gás de síntese limpo e fresco para o tanque de armazenamento de gás para a armazenagem ou diretamente para um processo a jusante para uso.

[0015] Como um melhoramento da presente invenção, a fonte externa de calor é fornecida por uma tocha geradora de plasma, um gerador de plasma de microondas, ou um gerador térmico de laser.

[0016] Como um melhoramento da presente invenção, em todo o processo, desde a gaseificação do combustível de biomassa em gás de síntese fresco até a formação de gás de síntese fresco, todo o aparelho é operado a uma pressão negativa ou a uma micropressão positiva entre 0 e 50 KPa.

[0017] Especificamente, a ilha de gaseificação compreende: um pré-tratamento da biomassa e a unidade de armazenamento, uma unidade de alimentação de biomassa, uma unidade de fonte externa de calor, uma unidade de gaseificador, uma unidade de arrefecimento de gás de síntese em bruto, uma unidade de lavagem de gás de síntese em bruto, uma unidade de armazenamento de gás de síntese fresco, e uma unidade de tratamento de água de cinza e resíduos.

[0018] 1. Pré-tratamento de biomassa e unidade armazenamento [0019] As matérias-primas (como a biomassa e os resíduos sólidos urbanos) são simplesmente pré-tratados na posição de aquisição do combustível ou da planta, em que as matérias-primas são divididas em partículas com um diâmetro de entre 50 e 300 mm. O combustível após o tratamento de ruptura é armazenado em um depósito de combustível na planta. As partículas pequenas, como cascas de arroz podem ser usados diretamente como combustível do gaseificador, sem qualquer tratamento e armazenado no combustível.

[0020] Para os resíduos sólidos urbanos e resíduos industriais, a separação é realizada em primeiro lugar, em que, produtos de metal e de papel nele são

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6/20 recuperados e resíduos de construção como tijolos grandes são separados. Os resíduos após a separação são divididos em partículas com o diâmetro de entre 50 e 300 mm e são usados como o combustível do gaseificador e são armazenados no depósito de combustível de biomassa.

[0021] Um dispositivo principal neste método é um triturador.

[0022] 2. Unidade de alimentação de biomassa [0023] A unidade de alimentação de biomassa é formada por um sistema de transporte da biomassa e um sistema de alimentação do gaseificador.

[0024] A biomassa é transportada do local de armazenagem de combustível para um funil de frente do gaseificador por meio de uma correia transportadora ou um transportador raspador provido com um dispositivo de medição, para a diminuição da poeira que escapa e do combustível derramado. A tampa de aço de vidro do transportador está selada. Se o transportador de correia é empregado, um ângulo de montagem do transportador é de preferência controlado a entre 15 ° e 18 e um máximo não superior à 20 °.

[0025] O combustível é alimentado continuamente para dentro do reator do gaseificador por duas vias dispostas nos dois lados do gaseificador para evitar a explosão e intoxicação do gás de síntese bruto vazado do reator do gaseificador. A alimentação do gaseificador adota um dispositivo de alimentação de parafuso que compreende um tampão de vedação, e de preferência um dispositivo de alimentação de parafuso de duas fases que compreende uma tampa de fecho divulgado no CN202040828U. Além disso, um dispositivo de proteção de vedação de nitrogênio e um dispositivo de proteção contra água pulverizada são adicionados para garantir a segurança.

[0026] O gás de nitrogênio tem uma pureza maior de 99,9% e uma pressão de entre 0,3 e 0,7 megapascal.

[0027] O jato de água pulverizada emprega água de fogo, que é acessada a partir de um gasoduto de fogo.

[0028] 3. Unidade de fonte externa de calor

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7/20 [0029] A fonte externa de calor é fornecida por uma tocha geradora de plasma, um gerador de plasma de micro-ondas ou um gerador térmico de laser. Tais fontes externas de calor fornecem fonte de calor altamente qualificado para a gaseificação.

Os materiais inertes são colocados em uma parte inferior do reator de modo a formar uma camada de leito. Características de alta temperatura e de alta atividade do plasma são utilizadas para reforçar o método de gaseificação. Uma zona de reação de alta temperatura, a uma temperatura de entre 1300 e 1750°C, é construída, assim, facilitando e desenvolvendo enormemente o processo de gaseificação.

[0030] A unidade de fonte externa de calor utiliza a tecnologia de tocha geradora de plasma e compreende especificamente: um corpo de tocha de plasma, um dispositivo de ignição do arco, um sistema de fornecimento de meio de tocha, um sistema de fornecimento de energia da tocha, e um sistema protetor de resfriamento da tocha. Uma saída da chama da tocha de plasma está ligada ao gaseificador para fornecer energia térmica para o gaseificador. O sistema de alimentação da tocha de alimentação está ligado a um eletrodo positivo e um eletrodo negativo da tocha para o fornecimento de energia para a tocha de plasma. Um tubo de arrefecimento de água em circulação está ligado a tubos de arrefecimento de eletrodos da tocha de plasma para arrefecer os eléctrodos e aumentar a vida útil dos eletrodos de serviço para ser mais longa do que 2000 horas. Um tubo de alimentação de meio de tocha está ligado a um tubo de entrada do meio da tocha de plasma, e o quarto estado de plasma é ativado entre os eletrodos da tocha e entra no gaseificador como uma energia ativada. O dispositivo de ignição do arco é utilizado para iniciar a tocha de plasma.

[0031] 4. Unidade de gaseificação [0032] O gaseificador é um gaseificador atmosférico de leito fixo, uma pressão de operação do mesmo é entre 0 e 50 kPa, e uma temperatura de uma zona de gaseificação é entre 1300 e 1750°C. Um meio de gaseificação é selecionado a

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8/20 partir do grupo consistindo de ar, ar enriquecido com oxigénio, oxigénio puro, vapor de água ou uma mistura dos mesmos. Por causa da energia térmica fornecida pela fonte externa de calor e a existência de uma grande quantidade de plasma que tem alta atividade, a reação de gaseificação é submetida a uma elevada velocidade de reação e os resultados de uma elevada conversão de carbono, cerca de 99,8% acima. A temperatura da parte inferior do gaseificador está controlada entre 1450 e 1750°C pelo qual realiza a remoção de escória no estado líquido. Remoção da escória do gaseificador adota remoção de escória contínua ou remoção de escória intermitente de acordo com o teor de cinzas. A remoção de escória contínua é adoptada quando a matéria-prima tem um elevado teor de cinzas, e a remoção de escória intermitente é adoptada quando a matéria-prima tem um teor baixo de cinzas. A temperatura da parte superior do gaseificador é controlada entre 800 e 1450°C, uma velocidade de fluxo de gás de síntese em bruto nele é controlada entre 0,5 e 2,0 m/s, de modo que o tempo de retenção de gás de síntese bruto no gaseificador é prolongado e a completa decomposição de hidrocarbonetos de molécula grande do gás de síntese bruto é assegurada. O gás de síntese bruto é finalmente introduzido para fora do gaseificador por meio da parte superior do mesmo, a velocidade do fluxo de gás de síntese bruto a uma saída do gaseificador é controlada entre 8 e 20 m/s, e o teor de poeiras no gás de síntese bruto é <20 g/Nm³.

[0033] A unidade de gaseificação é composta principalmente de um corpo gaseificador e acessórios do mesmo.

[0034] 5. Unidade de refrigeração de gás de síntese bruto [0035] O gás de síntese bruto é introduzido para fora do gaseificador para a unidade de arrefecimento do gás de síntese bruto para recuperar o calor residual. [0036] A unidade de refrigeração de gás de síntese bruto compreende um arrefecimento a água ou arrefecimento do gás ou tubo adiabático, a torre de resfriamento, além da caldeira de recuperação de dois estágios.

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9/20 [0037] O gás de síntese bruto é introduzido a partir do gaseificador por meio de um tubo de arrefecimento de água para a torre de arrefecimento, onde o gás de síntese bruto é arrefecido a uma temperatura abaixo de 850°C por pulverização de água, um pacote de arrefecimento de água ou um pacote de arrefecimento de vapor, e uma escória fundida realizada pelo gás de síntese bruto é curada e separados. O gás de síntese bruto que tendo a temperatura abaixo de 850°C, depois de tratada pela torre de arrefecimento, é transportado a uma caldeira de recuperação de primeiro estágio para recuperar o calor residual, a temperatura do gás de síntese bruto é reduzida para um ponto de condensação acima de um alcatrão pesado, de modo que o alcatrão pesado nela é impedido de condensação, e a temperatura do gás de síntese bruto é diminuída para entre 350 e 450°C. A velocidade do fluxo de gás de síntese bruto na caldeira de recuperação de primeiro estágio é controlada entre 7 e 20 m/s. Uma tremonha de cinzas é proporcionada para retirar cinzas volantes. Uma tremonha de cinzas é fornecida para remover cinzas volantes. O gás de síntese bruto a partir da caldeira de recuperação de primeiro estágio é transportado para caldeira de recuperação de segundo estágio para recuperar o calor residual. O gás de síntese bruto continua sendo arrefecido e a temperatura do gás de síntese bruto é reduzida para entre 85 e 200°C, de modo que o alcatrão pesado é condensado na e é recolhido por uma calha. A velocidade do fluxo de gás de síntese bruto, na caldeira de recuperação de segundo estágio, é controlada entre 7 e 20 m/s. A cinza volante é descarregada pela tremonha de cinzas.

[0038] A unidade de refrigeração de gás de síntese bruto compreende principalmente: a caldeira de recuperação de dois estágios, a torre de arrefecimento, o pacote de arrefecimento a água e uma bomba de água de circulação. A caldeira de recuperação de primeiro estágio é a caldeira de recuperação de um tipo de tubo de água, e a caldeira de recuperação de segundo estágio é a caldeira de recuperação de um tipo de tubo de calor. [0039] 6. Unidade de lavagem de gás de síntese bruto

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10/20 [0040] O gás de síntese bruto após a recuperação de calor tem a temperatura diminuída para entre 85 e 200 °C e o teor de pó de < 20g/Nm³. O gás de síntese bruto é transportado de um tubo a torre de arrefecimento de lavagem ou um depurador Venturi para diminuir ainda mais a temperatura do gás de síntese bruto e remover a poeira temperatura dele. A temperatura do gás de síntese bruto após a lavagem é reduzida para entre 15 e 55°C e água de lavagem é circulada para uso. Um filtro é disposto em um tubo de água de circulação para remover poluentes transportados pela água de lavagem de circulação. Assim, a qualidade da água da água de circulação é prevenida de deterioração, e os tempos para descarga de poluentes são reduzidos. Os poluentes são descarregados em tempo de acordo com a qualidade da água de lavagem de circulação e circulação de água fresca é complementada. A água de circulação é arrefecida por uma torre de arrefecimento vazia de corrente mecânica. Um resíduo do filtro após a cura é devolvido ao gaseificador como a camada de leito, ou seja, transportado para um depósito de cinza, juntamente com a escória fundida, realizando assim uma utilização abrangente.

[0041] O gás de síntese bruto a partir da a uma torre de arrefecimento de lavagem ou um depurador Venturi é introduzido a um coletor de pó úmido elétrico, em que a poeira e outras impurezas no gás de síntese bruto são removidas sob a ação de um campo elétrico de alta voltagem produzido nele. O gás de síntese fresco do coletor de pó úmido elétrico é transportado por um ventilador impulsionador do gás de carvão para o tanque de armazenamento de gás ou diretamente fornecido aos dispositivos do processo posterior como um gás de alimentação.

[0042] A unidade de lavagem de gás de síntese bruto compreende principalmente: a torre de lavagem, o coletor de pó elétrico, torre de arrefecimento, o filtro, o ventilador impulsionador, e a bomba de circulação de água.

[0043] 7. Unidade de armazenamento de gás fresco

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11/20 [0044] O gás fresco após o resfriamento e lavagem é transportado pelo ventilador impulsionador do gás de carvão e pelo tubo para o tanque de armazenamento de gás de um tipo úmido ou de um tipo seco para a distribuição aos processos subsequentes.

[0045] A unidade de armazenamento de gás fresco é sobretudo o tanque de armazenamento de gás.

[0046] 8. Unidade de tratamento de águas residuais e de cinza [0047] As cinzas e escórias produzidas na ilha de gaseificação de biomassa: a escória fundida produzida na unidade de gaseificador e a cinza produzida nas unidades de arrefecimento e de lavagem. A escória fundida a alta temperatura produzida no gaseificador é granulada e utilizada como um material de construção para utilização abrangente. As cinzas das unidades de arrefecimento e de lavagem são curadas e utilizadas como a camada de leito do gaseificador para reciclagem.

[0048] Um sistema de remoção de escória do gaseificador é composto de uma calha de remoção de escória e um tanque de escória, e um sistema de escape. [0049] A cinza na unidade de lavagem é filtrada a partir da água de lavagem que circula pelo filtro e pelo coletor.

[0050] A água residual produzida no método inclui água residual da lavagem do gás de síntese e de um condensado de gás de síntese produzido no tanque de armazenamento de gás. A água na água residual a partir da lavagem do gás de síntese é levada essencialmente pelo combustível, entra na unidade de lavagem, juntamente com o gás de síntese em bruto, e é, em seguida, precipitado no processo de lavagem.

[0051] A água residual é transportada pelo tubo de água residual para o dispositivo de tratamento de água residual para a reciclagem.

[0052] Em comparação com o estado da técnica, o método para a gaseificação da biomassa da presente invenção tem as seguintes vantagens:

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12/20 [0053] 1) A tocha geradora de plasma é utilizada para fornecer a fonte externa de calor para a gaseificação. A escória é descarregada no estado líquido. A reação de gaseificação tem uma temperatura elevada, elevada velocidade de gaseificação, e uma elevada conversão de carbono. A qualidade do gás bruto é alta.

[0054] 2) A gaseificação é realizada no leito fixo atmosférico. O corpo do gaseificador tem estrutura simples, pequeno investimento, e de fácil operação. Além disso, o sistema de alimentação, o sistema de coleta de escória e o sistema de purificação são simples.

[0055] 3) A adaptabilidade da matéria-prima é ampla e biomassa de diferentes tipos, como MSW, carvão e escória, estão disponíveis. Assim, a gaseificação mista de vários tipos de matérias-primas pode ser realizada.

[0056] 4) Ar, ar enriquecido com oxigénio, oxigénio puro, vapor de água, ou uma mistura destes é usado como o oxidante.

[0057] 5) A caldeira de recuperação de dois estágios é usada para recuperar o calor sensível, de modo que a eficiência térmica global do gás de carvão é melhorada.

[0058] 6) A ilha de gaseificação tem curto fluxo e pequeno investimento nos dispositivos.

[0059] 7) A ilha de gaseificação tem curto tempo de início e boa propriedade de regulação.

[0060] 8) A ilha de gaseificação tem um sistema maduro, o alto grau de localização, baixa taxa de falha do sistema, e alta disponibilidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0061] A FIG. 1 é um diagrama da estrutura de uma ilha de gasificação da presente invenção.

[0062] A FIG. 2 é um diagrama da estrutura de um gaseificador em uma ilha de gasificação da presente invenção; e

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13/20 [0063] A FIG. 3 é um diagrama da estrutura de uma unidade de arrefecimento e uma unidade para arrefecimento e purificação de gás de síntese bruto.

[0064] Nos desenhos, os seguintes números de referência são utilizados: 17. tubo de arrefecimento de água; 18. torre de arrefecimento de água; 19. caldeira de recuperação do tubo de água; 20. caldeira de recuperação do tubo de calor;

21. torre de arrefecimento de lavagem; 22. coletor de pó úmido elétrico; 23ventilador impulsionador do gás de carvão.; 24. tanque de gás úmido.; e 25. chama.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO [0065] Um processo para a gaseificação da biomassa a uma temperatura elevada e à pressão atmosférica usando uma ilha de gaseificação é ilustrado, combinada com formas de realização específicas e os desenhos.

[0066] Como mostrado na FIG. 1, um processo para a gaseificação da biomassa a uma temperatura elevada e à pressão atmosférica é conduzido numa ilha de gaseificação compreendendo uma unidade de pré-tratamento e uma unidade de armazenagem (1) para o tratamento de matérias-primas, uma unidade de alimentação de biomassa (2), uma unidade de fonte externa de calor (3), uma unidade de gaseificador (4), uma unidade de arrefecimento (5) para o arrefecimento do gás de síntese bruto, uma unidade de lavagem (6) para a lavagem de gás de síntese bruto, uma unidade de armazenamento (7) para o armazenamento de gás de síntese fresco, e uma unidade de tratamento (8) para o tratamento de águas residuais e de cinzas. Estes dispositivos, juntos, formam uma ilha de gaseificação eficiente e fornecem gás de síntese fresco para posterior processo de síntese de biodiesel ou de ciclo combinado de gaseificação integrada (IGCC).

[0067] O processo de alimentação de biomassa utiliza uma tecnologia de alimentação de parafuso de duas fases para a alimentação de biomassa de acordo com Pedido de Patente Chinês No. 201120140199.x.

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14/20 [0068] Exemplo: a ilha de gaseificação emprega um gaseificador de leito fixo atmosférico fornecido com uma fonte externa de calor e um de dois estágios caldeira de recuperação. Especificamente, a ilha de gaseificação compreende: unidade de fonte externa de calor, a unidade de gaseificador, a unidade de arrefecimento para o arrefecimento do gás de síntese bruto, a unidade de lavagem para a lavagem de gás de síntese bruto, a unidade de armazenamento para o armazenamento de gás de síntese fresco, e a unidade de tratamento para o tratamento de águas residuais e de cinzas.

[0069] O processo para a gaseificação da biomassa é especificamente realizado como se segue:

[0070] 1) combustível de biomassa é coletado e simplesmente quebrado até um diâmetro do mesmo seja reduzido para menos 300 mm, a biomassa quebrada é então transportado por uma correia transportadora para a unidade de alimentação de biomassa.

[0071] 2) materiais inertes (tais como o resíduo do filtro após a cura) são adicionados a uma parte inferior do gaseificador por um dispositivo de alimentação para formar uma camada de leito, tendo uma espessura determinada. O gaseificador emprega um modo de arrefecimento ou isolamento adiabático.

[0072] 3) A unidade de fonte externa de calor (3) é iniciada, uma temperatura de o gaseificador é controlada entre 1300 e 1750°C, e uma pressão a uma saída do gaseificador é controlada entre 0 e 50 kPa. Enquanto isso, um oxidante, é pulverizado para o gaseificador. Matérias derretidas formam-se em regiões da camada de leito inerte e na camada de combustível. O gás de alta temperatura de combustão gaseifica o combustível de biomassa, de modo que compostos orgânicos no combustível são pirolisado em CO e H2, e cinza inorgânica é fundida para formar uma escória fundida, que é depois descarregada a partir do leito inerte e para fora do gaseificador por meio da parte inferior da mesma.

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15/20 [0073] 4) O gás de síntese bruto flui para cima, passa através de um tubo de saída disposto na parte superior do gaseificador, e entra na caldeira de recuperação de dois estágios, de modo que a temperatura do gás de síntese bruto é reduzida para entre 85 e 200°C, e calor sensível é recuperado.

[0074] 5) O gás de síntese bruto entra na unidade de lavagem para diminuir ainda mais a sua temperatura para entre 15 e 55°C, substâncias perigosas como o pó são removidas dali para formar gás de síntese que é transportado por um ventilador impulsionador do gás para um tanque de armazenamento de gás para o armazenamento ou para o processo a jusante para utilização.

[0075] 6) As cinzas e as águas residuais produzidas no processo de gaseificação são tratadas para reciclagem ou para utilização global.

[0076] A unidade de fonte externa de calor é um dispositivo que emprega um dispositivo de geração de fonte externa de calor para fornecer energia térmica para a gaseificação de combustíveis. O dispositivo de geração de fonte externa de calor é um dispositivo que produz calor por energia elétrica, como uma tocha geradora de plasma e um gerador de plasma de micro-ondas, ou por fonte de luz, como um gerador térmico a laser.

[0077] O oxidante é uma mistura de gases compreendendo ar, oxigénio, vapor de água, ou um gás misto que compreende ar e o vapor de água, ou uma mistura de gases compreendendo oxigénio e o vapor de água.

[0078] Como mostrado na FIG. 2, a unidade do gaseificador na ilha de gaseificação compreende: um dispositivo de alimentação de parafuso (9) que compreende um tampão de vedação, o gaseificador (10), o vapor superaquecido (12), um compressor de ar (13), uma fonte de alimentação de tocha (14), e a tocha geradora de plasma (15). Uma saída do dispositivo de alimentação de parafuso (9) está ligada a uma entrada de alimentação do gaseificador (10). Tanto uma saída de gás do compressor de ar (13) quanto um tubo de vapor superaquecido estão ligados a um meio de entrada de gaseificação dispostos sobre um lado de uma parte inferior do gaseificador (10). O combustível de

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16/20 biomassa quebrado é continuamente alimentado para o gaseificador (10) através do dispositivo de alimentação de parafuso (9). O tampão de vedação do dispositivo de alimentação de parafuso (9) impede as altas temperaturas do gás de síntese do refluxo e aguenta certa flutuação da pressão no gaseificador. A quantidade de combustível é regulada por regulação de uma velocidade de rotação do dispositivo de alimentação de parafuso (9).

[0079] O gaseificador (10) é um projeto superior gaseificador de leito fixo compreendendo uma saída de gás de síntese em bruto (11) disposta numa parte superior do mesmo, uma saída de escória (16), disposto no fundo da mesma, e a entrada do meio de gaseificação, disposta na lado da parte inferior do mesmo por baixo do leito fixo. O gaseificador é de forma adiabática, uma parte exterior do mesmo é um invólucro de aço, um revestimento do mesmo é feito de um material isolante adiabático, e uma superfície virada para o fogo é feita de tijolos de alto teor de cromo, de modo que o gaseificador é capaz de suportar a alta temperatura, bem como impedir a corrosão do meio de gaseificação. O gaseificador (10) é fornecido com uma zona de escória fundida, uma zona de oxidação, uma zona de redução, uma zona de pirólise, e uma zona de dessecação, de baixo para cima. Variações de temperatura são correspondentemente controladas de acordo com características termoquímicas de zonas diferentes, atingindo assim um melhor efeito de reação. Por exemplo, as variações de temperatura são as seguintes: a zona de escória fundida entre 1400 e 1750°C, na zona de oxidação e redução entre 1000 e 1300°C, e em uma zona de folga da parte superior do gaseificador de entre 900 e 1200°C. A saída de gás de síntese bruto (11) é uma saída através da qual o gás de síntese bruto é introduzido para fora do gaseificador. O gás de síntese bruto a partir do gaseificador é então arrefecido pela caldeira de recuperação e tratado por uma torre de arrefecimento e purificação para a remoção de poeira para formar um gás de síntese de biomassa qualificado. O gás de síntese de biomassa, após os tratamentos acima, tem um valor calórico de cerca de entre 12 e 15 MJ/Nm³,

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17/20 pertencente a um valor calórico médio, e pode ser usado como um combustível fornecido a uma turbina de gás para geração de energia.

[0080] O compressor de ar (13) fornece ar para o gaseificador e o ar é utilizado como veículo de a produção de energia térmica pela tocha geradora de plasma (15). O ar que entra no gaseificador, juntamente com o vapor de água do tubo de vapor (12), é usado como meio de gaseificação para a gaseificação da biomassa, participa na reação de redução e oxidação, e regula a temperatura do gaseificador (2) até um grau determinado.

[0081] A fonte de alimentação da tocha (14) fornece a energia elétrica para a tocha geradora de plasma (15), de modo que a corrente e a potência de saída da tocha geradora de plasma são controladas e reguladas.

[0082] Como a fonte externa de calor para as reações no gaseificador, a tocha geradora de plasma (15) também mantém a temperatura elevada no gaseificador, assegurando desse modo um ambiente de descarga da escória no estado líquido. Uma saída da tocha geradora de plasma (15), uma saída de gás do compressor de ar (13), e o tubo de vapor sobreaquecido estão todos ligados ao meio de entrada de gaseificação. Um tubo de saída do compressor de ar (13) circunda a saída da tocha geradora de plasma (15), e o tubo de vapor rodeia o tubo de saída do compressor de ar (13). O ar é introduzido a partir de uma posição entre os dois eletrodos e a partir de um anel externo da tocha geradora de plasma em um fluxo linear. O vapor de água entra no gaseificador de fluxo rotacional num revestimento exterior. O fluxo rotativo entra no gaseificador e aumenta o distúrbio, aumentando, assim, o método de gaseificação. A quantidade de ar introduzida no gaseificador é determinada pela quantidade de energia térmica a partir da tocha geradora de plasma a ser realizado. Durante o trabalho, combinando com a situação de carga do gaseificador (10), o conteúdo e o valor calórico do gás de síntese podem ser regulados para um grau determinado através da regulação da potência da tocha e a taxa de fluxo de ar e o vapor, e assim otimizar o método de gaseificação.

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18/20 [0083] O processo de arrefecimento e de lavagem é mostrado na FIG. 3. O gás de síntese bruto produzido no leito fixo de biomassa à alta temperatura tem a temperatura de entre 1000 e 1200°C, um teor de pó de menos de 20 g/Nm³, e um teor de alcatrão de menos de 3 g/Nm3, em referência ao processo de refrigeração e purificação de gás de carvão e gás de coqueria. Um processo de purificação dos gás de síntese bruto é o seguinte: conectar o gás de síntese bruto através de um conduto de arrefecimento de água de alta temperatura, pulverizar a água em uma torre de arrefecimento de água para condensar parcialmente a escória, recuperar o calor residual em uma caldeira de recuperação de um tipo de tubo de água e tubo de calor em duas pressões diferentes, condensar o alcatrão pesado na caldeira de recuperação do tubo de calor, lavar o gás de síntese em uma coluna de enchimento para a diminuição da temperatura e remoção de poeiras, remover ainda mais a poeira e névoa de alcatrão em um coletor de pó úmido elétrico, extrair o gás de síntese por um ventilador do impulsionador do gás de carvão e transportar o gás de síntese para um tanque de gás úmido para armazenamento. Os parâmetros do processo são definidos e controlados. Assim, o gás de síntese é arrefecido em duas etapas, o calor é gradualmente recuperado, e remoção de poeira e remoção de alcatrão são gradualmente realizadas. O gás de síntese após o arrefecimento e a purificação tem tanto o teor de pó quanto o teor de alcatrão de <10 mg/Nm3, uma temperatura de <45°C, e uma recuperação de calor sensível superior a 80%.

[0084] Tanto o de gases de arrefecimento de água de alta temperatura quanto a torre de resfriamento de água adotam estruturas de tubos de refrigeração de água da membrana, diminuindo assim o peso do mesmo, evitando um problema de abscisão de materiais à prova de fogo, e melhorando a confiabilidade da operação. O arrefecimento de água de combustão de alta temperatura, a torre de arrefecimento de água, e a caldeira de recuperação estão na ligação em série de modo a formar um sistema de circulação de água, de modo que o problema

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19/20 de arrefecimento da água de circulação é resolvido, e a recuperação total de a energia térmica é realizada.

[0085] A água é pulverizada para o gás de síntese a alta temperatura na torre de arrefecimento de água para diminuir a temperatura do gás de síntese para 800°C e condensando a escória em gás de síntese; e a escória é descarregada a partir de uma parte inferior da torre. Assim, superfícies de aquecimento das caldeiras de recuperação são prevenidas de poluição escória, e é assegurada estabilidade da troca de calor no desempenho das caldeiras de recuperação.

[0086] A caldeira recuperação inclui uma seção de alta temperatura e uma seção de baixa temperatura. A temperatura do gás de síntese na saída da seção de alta temperatura da caldeira de recuperação situa-se entre 350 e 450°C, que é maior do que um ponto de condensação do alcatrão pesado, evitando assim a condensação do alcatrão. A seção de alta temperatura emprega a caldeira de recuperação do tipo de tubo de água. A pressão de projeto da caldeira de recuperação do tipo de tubo de água é igual a ou maior do que 1,6 megapascal, melhorando assim a qualidade de temperatura do vapor e satisfazendo os requisitos do vapor químico correspondente. A temperatura do gás de síntese na saída da seção de baixa temperatura da caldeira de recuperação é controlada a menos do que 200°C para condensar a alcatrão pesado nesta seção e para recolher o alcatrão pesado pela calha. A seção de baixa temperatura emprega a caldeira de recuperação do tipo de tubo de calor para melhorar o efeito de troca de calor. A pressão de projeto da caldeira de recuperação do tipo de tubo de calor é de 0,5 megapascal, e o vapor de baixa pressão aí produzido é fornecido para o coletor de pó úmido elétrico para varrer.

[0087] O gás de síntese de biomassa tem relativamente baixos teor de poeira e teor de alcatrão. A remoção de poeira preliminar adota um tipo de enchimento torre de lavagem e arrefecimento, em vez de um coletor de pó ciclone ou um coletor de pó Venturi. Não apenas os efeitos de remoção de poeira e a diminuição da temperatura são realizados, mas também gases nocivos, incluindo

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H2S, NH3, e HCN, são removidos por lavagem. Além disso, a resistência do sistema é reduzida e o consumo elétrico do ventilador é baixo.

[0088] O coletor de pó úmido elétrico está configurado na parte traseira do fluxo do processo para assegurar o controle dos objetivos de remoção de poeira e de remoção do alcatrão.

[0089] Enquanto formas de realização particulares da invenção tenham sido mostradas e descritas, será óbvio para os especialistas que alterações e modificações podem ser feitas sem se afastarem da invenção nos seus aspectos mais amplos, e, por conseguinte, o objetivo das reivindicações anexas é abranger todas estas alterações e modificações que se enquadrem dentro do verdadeiro espectro e âmbito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1) quebrar a biomassa recolhida, alimentar a biomassa para o gaseificador (10), enquanto proporciona a fonte de calor externo e um oxidante para o gaseificador (10), controlar a temperatura de operação do gaseificador entre 1300 e 1750°C, permitir que a biomassa entre totalmente em contato com o oxidante, de modo que ocorram dessecação, precipitação de matéria volátil, pirólise e reação de gaseificação, respectivamente, por meio do qual produz gás de síntese bruto e cinza;

1. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA USANDO UMA ILHA DE GASEIFICAÇÃO, compreendendo pré-tratamento e armazenamento de biomassa, gaseificação da biomassa em um gaseificador (10), esfriamento de um gás de síntese bruto, lavagem e remoção de poeira a partir de gás de síntese bruto e armazenamento do gás de síntese fresco, em que:

a energia de calor para gaseificar a biomassa no gaseificador é fornecida por uma fonte externa de calor (3), uma temperatura de reação no gaseificador estar controlada entre 1300 e 1750°C, a biomassa no gaseificador é transformada em gás de síntese bruto e uma escória é removida do gaseificador no estado líquido;

o gás de síntese bruto é arrefecido por uma torre de resfriamento e uma caldeira de recuperação de dois estágios, onde um calor sensível é recuperado;

o gás de síntese bruto após o arrefecimento é lavado e submetido a precipitação sob a ação de campo elétrico, e o gás de síntese fresco e limpo obtido é armazenado por um tanque de armazenamento de gás; e toda a ilha de gaseificação é operada a uma pressão negativa, ou a uma pressão positiva entre 0 e 50 kPa; caracterizado por:

o gaseificador (10) ser um gaseificador de leito fixo atmosférico, a pressão de operação do mesmo ser entre 0 e 50 kPa e a temperatura da zona de gaseificação ser entre 1300 e 1750°C;

um meio de gaseificação ser selecionado a partir do grupo consistindo de ar, ar enriquecido com oxigênio, oxigênio puro, vapor de água ou uma mistura dos mesmos;

uma temperatura de uma parte inferior do gaseificador ser controlada entre 1450 e 1750°C em que se realiza a remoção de escória no estado líquido;

a remoção da escória do gaseificador é contínua ou intermitente, sendo adotada remoção contínua quando a matéria-prima tem um elevado teor de

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2) introduzir o gás de síntese bruto na torre de arrefecimento (18) e na caldeira de recuperação de dois estágios para diminuir a temperatura do gás de síntese bruto a entre 85 e 200°C e recuperar o calor sensível; e

2. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o método compreender as seguintes etapas:

2/5 cinzas, e remoção intermitente de escória quando a matéria-prima tiver um teor baixo de cinzas;

uma temperatura de uma parte superior do gaseificador (10) ser controlada entre 800 e 1450°C, uma velocidade de fluxo de gás de síntese bruto nele é controlada entre 0,5 e 2,0 m/s; e o gás de síntese bruto ser conduzido para fora do gaseificador (10) por meio da parte superior do mesmo, a velocidade do fluxo de gás de síntese bruto em uma saída do gaseificador (11) ser controlada entre 8 e 20 m/s, e o teor de poeiras no gás de síntese bruto ser de <20 g/Nm³.

3. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, na etapa 1), a fonte externa de calor (3) ser fornecida por uma tocha geradora de plasma (15), um gerador de plasma de micro-ondas, ou um gerador térmico de laser.

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3) lavar o gás de síntese bruto após a recuperação de calor sensível e remover o pó do mesmo para se obter gás de síntese limpo e fresco possuindo um teor em pó e um teor de alcatrão de <10 mg/Nm3 e uma temperatura <45°C; e transportar o gás de síntese limpo e fresco para o tanque de armazenamento de gás para a armazenagem ou diretamente para um processo a jusante para uso.

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4. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o gás de síntese bruto ser arrefecido como se segue:

o gás de síntese bruto é introduzido a partir do gaseificador (10) por meio de um tubo de arrefecimento de água (17) para a torre de arrefecimento (18), onde o gás de síntese bruto é arrefecido a uma temperatura abaixo de 850°C por pulverização de água, sistema de arrefecimento a água ou sistema de arrefecimento a vapor, e uma escória fundida transportada pelo gás de síntese bruto é curada e separada;

o gás de síntese bruto com temperatura abaixo de 850°C, depois de tratado pela torre de arrefecimento (18), é transportado a uma caldeira de recuperação de primeiro estágio (19) para recuperar o calor residual, a temperatura do gás de síntese bruto é reduzida para um ponto de condensação acima daquele de um alcatrão pesado, e uma velocidade do fluxo de gás de síntese bruto na caldeira de recuperação de primeiro estágio é controlada entre 7 e 20 m/s; e o gás de síntese bruto a partir da caldeira de recuperação de primeiro estágio é transportado para caldeira de recuperação de segundo estágio (20) para recuperar o calor residual, onde o gás de síntese bruto continua sendo arrefecido e a temperatura do gás de síntese bruto é reduzida para entre 85 e 200°C, e a velocidade do fluxo de gás de síntese bruto na caldeira de recuperação de segundo estágio é controlada entre 7 e 20 m/s.

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5/5 o gás de síntese bruto a partir da torre de arrefecimento de lavagem (21) ou um depurador Venturi é introduzido a um coletor de pó úmido elétrico (22), em que a poeira e outras impurezas no gás de síntese bruto são removidas sob a ação de um campo elétrico de alta voltagem produzido nele; e o gás de síntese fresco do coletor de pó úmido elétrico (22) é transportado por um ventilador impulsionador do gás de carvão para o tanque de armazenamento de gás (24) ou diretamente fornecido a dispositivos do processo posterior como um gás de alimentação.

5. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o gás de síntese bruto entrar na caldeira de recuperação de primeiro estágio (19) para recuperar o calor residual, e a temperatura do gás de síntese bruto ser reduzido para entre 350 e 450°C.

6. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o gás de síntese bruto ser lavado como se segue:

o gás de síntese bruto, após a recuperação de calor, tendo o teor de pó de < 20g/Nm³ é transportado através de um tubo a uma torre de arrefecimento de lavagem (21) ou um depurador Venturi, para diminuir ainda mais a temperatura do gás de síntese bruto e remover o pó dele, a temperatura do gás de síntese bruto após a lavagem sendo reduzida para entre 15 e 55°C e água de lavagem sendo circulada para o uso;

um filtro é disposto em uma tubulação de água de circulação para remover poluentes transportados pela água de lavagem da circulação; poluentes são descarregados periodicamente de acordo com a qualidade da água de lavagem de circulação, e água de circulação fresca é complementada;

a água de circulação é resfriada por uma torre de arrefecimento (18) vazia de corrente mecânica; e um resíduo do filtro após a cura é devolvido ao gaseificador (10) como uma camada de leito ou é transportado para um depósito de cinza, juntamente com a escória fundida, permitindo assim sua utilização abrangente.

7. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a remoção de pó do gás de síntese bruto ser conduzida como se segue:

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8. PROCESSO ILHA DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA SOB ALTA TEMPERATURA E PRESSÃO ATMOSFÉRICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a escória fundida de alta temperatura produzida no gaseificador (10) ser granulada e utilizada como um material de construção para utilização abrangente; e a cinza das unidades de arrefecimento e de lavagem ser curada e utilizada como uma camada de leito do gaseificador para reciclagem.