BR112016018424B1 - Método para a transformação de uma biomassa e biocarvão - Google Patents

Abstract

método para a transformação de uma biomassa e biocarvão. a presente invenção se refere a um método para a transformação de uma biomassa em, pelo menos, um biocarvão, que compreende as seguintes etapas de: (a) fornecer uma biomassa moída e seca, dita biomassa que contém, pelo menos, 30% de uma biomassa lignocelulósica, em massa em relação à massa secada de dita biomassa moída e seca; (b) progressivamente aquecer esta biomassa a uma temperatura superior a 140º c e inferior a 350º c, em uma corrente de gás inerte livre de oxigênio, a uma pressão compreendida entre 1 e 40 bar; (c) possibilitar que a reação prossiga, mantendo a temperatura no intervalo de 300 a 700º c e a pressão no intervalo de 1 a 40 bar, e, opcionalmente, (d) resfriar a biomassa derivada a partir da etapa (c) a uma temperatura de, no máximo, 100º c em uma corrente de gás inerte livre de oxigênio, e (e) coletar o biocarvão. a presente invenção também se refere ao biocarvão obtido desta maneira.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]A presente invenção se refere a um método para a transformação de uma biomassa, em pelo menos, um biocarvão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Por biocarvão, se entende, de acordo com a presente invenção, um derivado sólido rico em carbono estável a partir de um tratamento térmico de uma biomassa adequada para as numerosas aplicações industriais. Por conseguinte, consiste, mas não está limitado a um combustível com um alto poder calorífico, representando uma nova alternativa no campo das energias renováveis. Também consiste em um fertilizante para a utilização agrícola para a correção do solo. Também consiste em um produto destinado à indústria química, por exemplo, como um catalisador. Ainda é um excelente absorvedor e consiste em um purificador, um descolorante, um descontaminante e/ou um desodorante, utilizáveis em numerosos campos industriais. Pode ser moldado em qualquer formato, dependendo do seu destino, tais como um pó, grãos e similares.

[003] O método da presente invenção está descrito mais especificamente com referência a uma biomassa lignocelulósica, mas, por analogia, pode ser aplicado em outras biomassas.

[004] Os métodos para a transformação da biomassa lignocelulósica em combustíveis anteriormente são conhecidos, em especial, envolvendo uma etapa de torrefação. A torrefação de uma biomassa consiste em gradualmente aquecer até uma temperatura moderada, em geral, entre 190 °C e 250 °C, em uma atmosfera livre de oxigênio, e, eventualmente, sob pressão. Este tratamento resulta em uma eliminação quase completa da água a partir da biomassa e em uma modificação parcial da sua estrutura molecular, provocando uma alteração de algumas das suas propriedades. Em especial, este tratamento térmico produz uma despolimerização de hemicelulose, tornando a biomassa torrificada quase hidrofóbica e friável, durante o aprimoramento do seu poder calorífico.

[005] Por conseguinte, a patente EP 2.287.278A2 descreve um método para a torrefação de uma biomassa lignocelulósica que compreende uma etapa de secagem da biomassa de maneira a remover cerca de 95% de umidade, em seguida, uma etapa de torrefação em um reator conduzido a uma temperatura de 100 a 1.000 °C, na teoria, de 220 a 300 °C, na prática, a uma pressão de 1 x 105 a 5 x 106 Pa (1 a 50 bar), de preferência, de 5 x 105 a 2 x 106 Pa (5 a 20 bar), em uma atmosfera livre de oxigênio, e, finalmente, uma etapa de resfriamento da biomassa torrificada, este método fornece um sistema de reciclagem de gás.

[006]Também é conhecido de acordo com a publicação WO 2013/003615A2, um dispositivo para a torrefação de uma biomassa rica em hemicelulose, tal como a madeira, e um método para o tratamento desta biomassa implementada neste dispositivo, que compreende uma etapa de secagem da biomassa, uma etapa de torrefação realizada a uma temperatura de 200 a 250 °C, a uma pressão de, pelo menos, 3 x 105 Pa (3 bar), em uma atmosfera inerte, e uma etapa de resfriamento. O dispositivo consiste em um corpo vertical em que está disposta uma sobreposição de placas que constituem os compartimentos de tratamento de biomassa. Estes compartimentos estão equipados com as aberturas para possibilitar que a biomassa, a ser tratada ou tratada anteriormente, flua e os gases ou produtos de tratamento podem ser evacuados por meio de tubos, a fim de serem reciclados.

[007] De acordo com o artigo J. Wannapeera e N. Worasuwannarak, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 96 (2012) 173- 180, os Depositantes estudaram, em escala de laboratório, isto é, em algumas gramas, o efeito da pressão em um método para a transformação, através da torrefação, de uma biomassa com base em Leucaena leucocephala, uma árvore tropical. Este método compreende as etapas seguintes: - A biomassa é triturada, em seguida moída em partículas com um tamanho inferior a 75 μm; - As partículas são posteriormente secadas em um forno a vácuo a 70 °C durante 24 horas; - As partículas são colocadas em um reator sob atmosfera inerte, que em seguida, é introduzido e mantido em um forno a uma temperatura de 200 a 250 °C e uma pressão de 1 x 105 e 4 x 106 Pa (1 e 40 bar), durante 30 min; - Após estes 30 minutos, o reator é imerso em água a fim de interromper a reação; - O produto derivado a partir dessa carbonização é secado em um forno durante 2 a 3 h, em seguida, analisado.

[008] Os valores mais elevados do poder calorífico superior (PCS) são obtidos por um sólido derivado de uma torrefação a uma temperatura na ordem de 250 °C e uma pressão de 4 x 106 Pa (40 bar). Estes trabalhos destacaram o efeito favorável de pressão sobre as reações de torrefação nestas condições.

[009] Os tratamentos conhecidos de torrefação sob pressão, tais como os descritos anteriormente produzem os sólidos que possuem um poder calorífico inferior elevado (PCI), em geral, na ordem de 19 a 23 MJ/kg. O PCI de um sólido obtido de acordo com o método descrito na patente EP 2.287.278A2, na verdade, está nesta ordem. Os Depositantes afirmam no presente que o seu método de torrefação iria resultar em uma redução de massa de 30%, com uma perda de 10% da energia global, que significa que a energia do sólido obtido, que corresponde a 90% da energia da biomassa secada inicial, é concentrada em 70% da massa da biomassa secada inicial, que conduz a uma concentração de PCI por unidade de massa de 0,9 / 0,7, isto é, 1,28. A proporção relatada de secagem da biomassa sendo de 5%, equivalente àquela de um granulado de madeira comercial, cujo PCI está na ordem de 15 a 18 MJ/kg, o PCI do sólido obtido, de acordo com a patente EP 2.287.278A2 está na ordem de 19 a 23 MJ/kg. Além disso, estes valores são aqueles relatados através de numerosos promotores neste campo.

[010] Entretanto, ainda existe uma necessidade crescente de desenvolver métodos que sejam mais eficazes e menos consumidores de energia, com investimentos que são menos dispendiosos, mais fáceis de controlar, e que possibilitam obter um combustível com uma qualidade superior.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] Os Depositantes da presente invenção descobriram que a aplicação de uma torrefação em condições específicas possibilita o início de um fenômeno exotérmico espontâneo, produzindo um combustível sólido, cujo PCI é muito superior, muito mais elevado do que aquele de combustíveis resultantes dos métodos de transformação discutidos anteriormente. Além disso, este combustível sólido possui um teor de carbono muito elevado, em geral, superior a 80%, em massa, e um teor de oxigênio reduzido, na ordem de 10% em massa ou inferior. Os Depositantes também observaram que esse fenômeno poderia ocorrer com numerosos tipos de biomassa.

[012] Este fenômeno exotérmico é evitado nos métodos conhecidos, uma vez que é considerado como um fator desfavorável no balanço energético. Os Depositantes da presente invenção realmente demonstram que é o desenvolvimento deste fenômeno que possibilita a produção de um biocarvão que é mais rico em carbono, e, por conseguinte, mais calorífico.

[013] Duas condições são essenciais para que esse fenômeno ocorra. Elas se encontram em um controle preciso da distribuição de tamanho de grão da biomassa envolvido e na secagem do último anteriormente à etapa de torrefação, esta secagem deve ser completa. Por conseguinte, a etapa de secagem anterior precisa remover toda a umidade da biomassa, de maneira a alcançar um teor de umidade de cerca de 0, e sempre inferior a 10% em massa. Quanto mais a biomassa tratada estiver próxima da condição anidra, mais o método será eficaz.

[014] Por conseguinte, a presente invenção se refere a um método para a transformação de uma biomassa em, pelo menos, um biocarvão, que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer uma biomassa moída e seca, dita biomassa que contém, pelo menos, 30% de uma biomassa lignocelulósica, em massa em relação à massa secada de dita biomassa moída e seca; (b) progressivamente aquecer esta biomassa a uma temperatura superior a 140 °C e inferior a 350 °C, em uma corrente de gás inerte livre de oxigênio, a uma pressão compreendida entre 1 x 105 e 4 x 106 Pa (1 e 40 bar); (c) possibilitar que a reação prossiga, mantendo a temperatura no intervalo de 300 a 700 °C e a pressão no intervalo de 1 x 105 a 4 x 106 Pa (1 a 40 bar), - e, opcionalmente, (d) resfriar a biomassa derivada a partir da etapa (c) a uma temperatura de, no máximo, 100 °C em uma corrente de gás inerte livre de oxigênio, e (e) coletar o biocarvão.

[015] Este método possibilita a obtenção de um sólido apresentando as características que, em especial, o torna um combustível eficaz, cuja concentração de carbono é superior a 85% em massa e cujo PCI está compreendido entre 25 e 35 MJ/kg, a partir de uma madeira cuja concentração de carbono está na ordem de 45% em massa, cuja concentração de oxigênio está na ordem de 45% em massa e cujo PCI está na ordem de 17 MJ/kg. Este método também conduz a uma redução considerável do teor de oxigênio, que alcança os valores na ordem dos 10% em massa, que resulta em uma redução equivalente da massa total do produto combustível.

[016] Por transformação de uma biomassa em, pelo menos, um biocarvão, se refere, de acordo com a presente invenção, que um ou mais gás(es) combustível(is) é/são coproduzido(s). Eles podem ser injetados na etapa (b) do método, e também ser utilizados para fornecer qualquer outra instalação térmica ou química.

[017]A etapa (b) do método conduz a matéria a uma temperatura, pelo menos, superior à temperatura de ebulição da água à pressão de trabalho, o teor de umidade da matéria tratada nas etapas posteriores, por conseguinte, é quase zero e, de preferência, é zero.

[018]Antes de descrever a presente invenção em maiores detalhes, alguns termos utilizados no texto são definidos no presente e os métodos para analisar os diferentes parâmetros medidos são fornecidos a seguir.

[019] Por biomassa lignocelulósica, se entende, de acordo com a presente invenção, as matérias orgânicas, essencialmente de origem vegetal que compreende, pelo menos, um constituinte selecionado a partir de hemicelulose, celulose, lenhina, carboidratos e oligossacarídeos. Como exemplo, uma biomassa, de acordo com a presente invenção, é selecionada a partir de ou derivada a partir de produtos e subprodutos de atividades de silviculturas, agrícolas e agroalimentares.

[020]Salvo indicado em contrário, as temperaturas indicadas são as temperaturas do núcleo da biomassa tratada.

[021] O teor de umidade da biomassa representa o seu teor de água; é expresso como uma porcentagem, em massa, de água em relação à massa da biomassa bruta. Diversos métodos possibilitam a sua medição, um retido pelos Depositantes da presente invenção é o método de Karl-Fisher, bem conhecido pelos técnicos no assunto. Uma amostra de biomassa moída é mantida durante 24 horas em metanol desidratado, sob agitação, em seguida, o teor de umidade é determinado por meio do aparelho de titulação volumétrico de Metrohm 870KF Trinito plus.

[022] No contexto deste método, as características essenciais de um biocarvão, por exemplo, em que é utilizado como um produto combustível, são o seu teor de umidade, o seu poder calorífico inferior (PCI), o seu teor de cinzas e a sua composição elementar (análise final).

[023] O seu teor em umidade é medido por meio do método descrito acima.

[024] O poder calorífico de um combustível representa a quantidade de energia contida em uma unidade de massa do combustível. O poder calorífico inferior (PCI) e o poder calorífico superior (PCS) são distinguidos. Estão em conformidade com as definições e são medidos, de acordo com a norma ISO 1928.

[025] O PCS é medido em um calorímetro de combustão IKA C 5000.

[026] Em seguida, o PCI é calculado a partir de uma composição elementar da biomassa. Uma análise elementar desta biomassa é realizada em um aparelho de FISONS EA 1108.

[027] O teor de cinza do combustível é obtido através da incineração da amostra moída. O aquecimento é realizado em etapas até 815 °C e mantido a esta temperatura até a obtenção de cinzas que em seguida são ponderadas. O teor de cinza é expresso como uma porcentagem em massa em relação à massa da amostra.

[028] Conforme mencionado anteriormente, os Depositantes observaram que o estado físico da biomassa submetida à etapa de aquecimento (b), é importante a fim de alcançar os desempenhos do método da presente invenção. Ainda observaram que é de preferência fornecer o método com uma matéria que apresenta uma dispersão inferior de tamanho de grão. Por conseguinte, a biomassa precisa ser previamente moída e de maneira vantajosa está na forma de partículas com diversos formatos, mas com dimensões homogêneas. Por conseguinte, as partículas derivadas desta operação de moagem podem possuir a forma de grãos, lascas, bastões, agulhas e/ou qualquer outro aspecto. Independentemente dos seus formatos, é importante que as dimensões das partículas sejam substancialmente homogêneas. Por partículas com dimensões homogêneas, se entende que, pelo menos, 50%, de preferência, pelo menos, 60%, ainda melhor, pelo menos, 70% em peso, e superior das partículas, em relação à massa seca, consistem em partículas cuja dimensão inferior é de, pelo menos, 0,5 mm. Esta dimensão mais inferior corresponde à espessura. De preferência, a dimensão superior de ditas partículas cuja dimensão inferior é de, pelo menos, 0,5 mm, é no máximo de 40 mm. Para a ilustração, as partículas podem estar na forma de grãos cujas dimensões variam a partir de 0,5 a 5 mm, lascas ou agulhas com uma espessura de 0,5 a 3 mm e um comprimento de, no máximo, 40 mm, ainda melhor com um comprimento de 10 a 25 mm. De preferência, é que as partículas sejam as mais homogêneas possíveis, em termos de dimensões, conforme mencionado anteriormente, mas também em termos de formato. Por conseguinte, optaram por uma moagem que produz uma matéria principalmente estando na forma de grãos e, de preferência, pelo menos, 50% da massa em relação à massa da biomassa seca que possui um tamanho que varia a partir de 0,5 a 4 mm. Em outra variante, será selecionada uma moagem que produz uma matéria principalmente estando na forma de lascas e/ou agulhas e das quais, de preferência, pelo menos, 50% em massa em relação à massa da biomassa seca possui uma espessura de, pelo menos, 0,5 milímetros e um comprimento de, no máximo, 40 mm; de maneira vantajosa, a matéria na forma de lascas e/ou agulhas, das quais, pelo menos, 50% possuem uma espessura que varia a partir de 0,5 a 3 mm e/ou um comprimento de 10 a 25 mm.

[029] Uma proporção demasiadamente elevada de partículas finas resulta em uma produção considerável de alcatrões que podem ser nocivos para a eficácia do método. Uma proporção demasiadamente elevada de partículas grandes enfraquece a eficiência do método uma vez que essas partículas não podem eficazmente ser convertidas em biocarvão.

[030] O método da presente invenção de maneira vantajosa responde com as características descritas a seguir, consideradas individualmente ou em combinação. Contribuem para um aumento da eficácia do método.

[031]A etapa (b) pode ser realizada em duas etapas, uma etapa (b1), de acordo com que a biomassa, é pré-aquecida a uma temperatura de, pelo menos, 120 °C, de preferência, pelo menos, 130 °C e, melhor ainda de, pelo menos, 140 °C, e uma etapa (b2) de acordo com que a biomassa pré- aquecida na etapa (b1) é aquecida a uma temperatura de, pelo menos, 220 °C, de preferência, 230 °C, e até mesmo de, pelo menos, 240 °C.

[032] Na etapa (b1), de preferência, a temperatura está entre 180 e 220 °C e/ou a pressão está entre 3 x 105 e 1,4 x 106 Pa (3 a 14 bar).

[033] Na etapa (b2), de preferência, a temperatura está entre 240 e 300 °C e/ou a pressão está entre 3 x 105 e 1,4 x 106 Pa (3 a 14 bar).

[034]As etapas (b1) e (b2) podem parcialmente se sobrepor.

[035] No final da etapa (b), o sólido está nas condições de uma iniciação de uma reação espontânea de carbonização. Na etapa (c), a temperatura está controlada de maneira a ser mantida entre 300 e 700 °C, de preferência, está mantida entre 350 e 500 °C, melhor ainda entre 350 e 400 °C.

[036] O método da presente invenção pode ser conduzido de maneira não contínua ou contínua. Na maneira não contínua, as etapas (b) e (c) são realizadas no mesmo invólucro. De preferência, o método é implementado de maneira contínua, as etapas (b) ou (b1) e (b2), (c) e (d) sendo realizadas em, pelo menos, dois compartimentos diferentes. De acordo com uma variante do método da presente invenção, as etapas (b) ou (b1) e (b2), (c) e (d) são realizadas em diferentes compartimentos, respectivamente, um primeiro e, possivelmente, um segundo, um terceiro e um quarto compartimentos. A priori, esta variante é mais eficaz e econômica, em especial, possibilita a recuperação do calor dos gases produzidos nas etapas (b) e (c), e, possivelmente, a sua reciclagem, a montante do método. Além disso, possibilita um funcionamento mais regular das instalações em que o método é implementado com uma regulação mais constante. De maneira alternativa, as etapas (b) e (c) podem ser realizadas no mesmo compartimento. Além disso, a etapa (b) pode ser realizada dentro de uma caldeira de uma unidade de energia elétrica e/ou geração de calor.

[037] De maneira vantajosa, os diferentes compartimentos são equipados com os seguintes meios: - o primeiro compartimento, para a implementação da etapa (b1), está equipado com os meios de pré-aquecimento de convecção e/ou de leito fluidizado e com os meios de controle de temperatura; de preferência, a transferência de calor é realizada através de convecção; - o segundo compartimento, para a implementação da etapa (b2), está equipado com os meios de aquecimento de convecção, de condução e/ou de radiação e com os meios de controle de temperatura; de preferência, a transferência de calor é realizada através de radiação; - o terceiro compartimento, para a implementação da etapa (c), está equipado com os meios de controle de temperatura e pressão. Em especial, todos os meios de controle de temperatura úteis são elegíveis para equilibrar a quantidade de calor produzido pelas reações com a carga térmica; - o quarto compartimento, para a implementação da etapa (d), está equipado com os meios de resfriamento de convecção e/ou de condução.

[038] Conforme indicado anteriormente, em uma implementação contínua do método, os gases são reciclados; por conseguinte, o calor emitido através do fenômeno exotérmico da etapa (c) no terceiro compartimento é recuperado e reciclado em qualquer um dos primeiro e segundo compartimentos e/ou para a secagem da biomassa necessária na etapa (a). Também é possível fornecer uma circulação dos gases gerados pelas etapas (b2) e (c) em sentindo contracorrente à matéria.

[039] Em tal variante, o método pode ser implementado sem nenhum fornecimento de gás inerte externo. Por conseguinte, é possível considerar isto como totalmente autônomo em termos de energia, a partir das etapas a montante, incluindo o tratamento da biomassa fresca, até que as etapas a jusante, incluindo a moldagem de um combustível sólido e, neste caso, uma unidade de cogeração, de preferência, será instalada.

[040] No método da presente invenção, na etapa (d), o tempo de tratamento varia no intervalo a partir de 50 segundos a 3 minutos. Por conseguinte, os tempos de reação curtos são outra vantagem do método da presente invenção.

[041] O método da presente invenção se aplica à transformação de qualquer biomassa. De preferência, a biomassa é lignocelulósica. Em especial, se pretende a conversão de qualquer biomassa lignocelulósica derivada a partir de produtos e subprodutos de atividades de silviculturas, agrícolas e agroalimentares.

[042]A presente invenção também se refere ao biocarvão que pode ser obtido através do método definido acima. Em especial, apresenta um poder calorífico inferior (PCI) de, pelo menos, 25 MJ/kg, de preferência de, pelo menos, 30 MJ/kg, que pode alcançar 35 MJ/kg e no presente, consiste em um combustível calorífico superior.

[043]A presente invenção é ilustrada a seguir através dos exemplos de tratamento de biomassa de diversas origens, através de um método de transformação de maneira não contínua.

[044]Anteriormente à etapa (c), isto é, na entrada do reator, todos os exemplos são realizados nas seguintes condições.

[045] De 10 a 15 kg de biomassa, moída e seca, são carregados em um tubo de aço inoxidável de tipo AISI 310S, com 200 mm de diâmetro e 1.800 mm de altura. O tubo é preenchido com nitrogênio e a sua inertização (completa ausência de oxigênio) é controlada. Em seguida, uma corrente de nitrogênio gasoso, pré-aquecido a uma temperatura de cerca de 200 °C, é transmitido, a fim de completamente secar as matérias, que é verificado por um lado, através de uma medição da temperatura no interior da matéria, que em todos os casos, deve ser superior à temperatura de ebulição da água, e por outro lado, através de uma medição da composição do gás. O tempo de secagem varia a partir de 1h a 1h30, que possibilita alcançar um teor de umidade de 0.

[046] Finalmente, o reator é colocado sob uma pressão de nitrogênio e o aquecimento progressivo das paredes do reator é iniciado, que inicia a transformação do reativo.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 MÉTODO PARA A TRANSFORMAÇÃO DE SERRAGEM E APARAS DE MADEIRA MACIA, DE ACORDO COM A PRESENTE INVENÇÃO - PRESSÃO A 4 X 106 PA (40 BAR)

[047]As aparas provenientes de um fabricação de enquadramento, pelo menos, 70 a 80% das quais estão na forma de agulhas com uma espessura de 1 mm e um comprimento de 20 mm, e a serragem de madeira macia fina com uma distribuição de tamanho de partículas de 0,2 a 0,5 mm são submetidas ao protocolo de preparação acima no presente.

[048] Em seguida, as resistências do reator são progressivamente elevadas até uma temperatura de 250 °C, em seguida, 270 °C. A 160 °C, uma ligeira exotermicidade geral é observada, e o fenômeno exotérmico inicia a partir de 270 °C provocando um aumento espontâneo da temperatura até 700

[049] Em seguida, o produto é resfriado a uma temperatura inferior a 100 °C; cerca de 30 minutos são necessários.

[050] O produto derivado a partir desta transformação se assemelha a uma espuma de carbono muito porosa e muito friável. Estas características são as seguintes: - o PCI médio obtido é de 32,5 MJ/kg, atingindo localmente 35 MJ/kg. A variação do PCI que pode ser observada resulta a partir da implementação da maneira não contínua do método.

[051]A eficiência energética geral obtida é de 84,8%, 20% dos quais estão na corrente de gás e 80% na corrente de sólido. O rendimento de massa obtido para a massa seca é de 46,2%.

EXEMPLO 2 MÉTODO PARA A TRANSFORMAÇÃO DE SERRAGEM E APARAS DE MADEIRA MACIA, DE ACORDO COM A PRESENTE INVENÇÃO - PRESSÃO A 1 X 106 PA (10 BAR)

[052]As aparas provenientes de uma fabricação de enquadramento, pelo menos, 70 a 80% dos quais estão na forma de agulhas com uma espessura de 1 mm e comprimento de 20 mm, e a serragem de madeira macia bem fina com uma distribuição de tamanho de partículas de 0,2 a 0,5 mm são submetidas ao protocolo de preparação acima no presente.

[053] Em seguida, as resistências do reator são progressivamente elevadas até uma temperatura de 250 °C, em seguida, a 270 °C. A 160 °C, uma ligeira exotermicidade geral é observada, em seguida, o fenômeno exotérmico inicia a partir de 270 °C, provocando um aumento de temperatura até 400 °C.

[054] Em seguida, o produto é resfriado a uma temperatura inferior a 100 °C; cerca de 30 minutos são necessários.

[055]As características, por conseguinte, obtidas do produto combustível são conforme a seguir: - o PCI médio obtido é de 32,5 MJ/kg, atingindo localmente 34,7 MJ/kg.

[056]A eficiência energética geral obtida é de 86,5% e o rendimento de massa obtida à massa seca é de 51,6%.

EXEMPLO 3 MÉTODO PARA A TRANSFORMAÇÃO DA SERRAGEM DA MADEIRA DE LEI PRESSÃO A 5 X 105 PA (5 BAR)

[057]A serragem da madeira de lei, isto é, uma mistura de 80/20 de faia e carvalho, proveniente de uma fabricação de escadas e portas, com uma distribuição de tamanho de partículas de 0,1 a 0,8 mm, é submetida ao protocolo de preparação acima no presente.

[058] Em seguida, as resistências do reator são progressivamente elevadas até uma temperatura de 250 °C, em seguida, 280 °C. A 280 °C, uma reação exotérmica espontânea muito acentuada é observada. A reação eleva a temperatura para 510 °C.

[059] Em seguida, o produto é resfriado a uma temperatura inferior a 100 °C; cerca de 30 minutos são necessários.

[060]As características, por conseguinte, obtidas do produto combustível são conforme a seguir: - o PCI médio obtido é de 33,1 MJ/kg, atingindo localmente 33,7 MJ/kg.

[061]Através desta transformação, uma eficiência energética geral de 77,0% e um rendimento em massa para a massa seca de 43,3%, são obtidos.

[062] Os Depositantes observaram uma considerável produção de alcatrões induzidos através de uma presença significativa de matéria de partículas de tamanho fina.

EXEMPLO 4 MÉTODO PARA A TRANSFORMAÇÃO DE MATÉRIAS FRESCAS “SEM MINÉRIO DE FERRO”(RUN-OF-MINE) - PRESSÃO 1 X 106 PA (10 BAR)

[063]A biomassa fresca, que essencialmente consistia em bétula recém-cortada e triturada com as folhas, galhos e cascas, é secada ao ar livre, em seguida, moída e seca. A sua espessura média está na ordem de 15 mm, com um comprimento de 25 mm. É submetida ao protocolo de preparação acima no presente.

[064] Em seguida, as resistências do reator são progressivamente elevadas até uma temperatura de 250 °C, em seguida a 270 °C. O fenômeno exotérmico inicia a partir de 270 °C, provocando um aumento de temperatura até 500 °C.

[065] Em seguida, o produto é resfriado a uma temperatura inferior a 100 °C; cerca de 30 minutos são necessários.

[066]As características, por conseguinte, obtidos do produto combustível são conforme a seguir: - o PCI médio obtido é de 30,5 MJ/kg, atingindo localmente 31,1 MJ/kg.

[067]Através desta transformação, uma eficiência energética geral de 65,3% e um rendimento em massa para a massa seca de 42,1%, são obtidos.

[068] Em conclusão, enquanto todas as tecnologias de torrefação, tais como aquela uma que consiste no objeto da patente EP 287.278 A2, descrevem os seguintes resultados obtidos para uma madeira com 95% de matéria seca e um PCI inferior, de 17 MJ/kg: uma redução de massa de 30%, um poder calorífico inferior obtido, de 21 MJ/kg e um fator de concentração de energia por unidade de massa global de 1,28, o método da presente invenção apresenta uma redução de massa de 55%, um poder calorífico inferior obtido de, pelo menos, 30 MJ/kg, o que fornece uma concentração de energia por unidade de massa global de 1,76.

Claims (20)

1. MÉTODO PARA A TRANSFORMAÇÃO DE UMA BIOMASSA em pelo menos um biocarvão, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) fornecer uma biomassa moída e seca em que a umidade foi removida, dita biomassa contendo pelo menos 30% de uma biomassa lignocelulósica, em massa em relação à massa seca da biomassa moída e seca, em que a biomassa está na forma de partículas com dimensões homogêneas; (b) progressivamente aquecer esta biomassa a uma temperatura superior a 140 °C e inferior a 350 °C, em uma corrente de gás livre de oxigênio a uma pressão compreendida entre 1 x 105 e 4 x 106 Pa (1 e 40 bar); (c) possibilitar que a reação prossiga pela manutenção da temperatura no intervalo de 300 a 700 °C e da pressão no intervalo de 1 x 105 a 4 x 106 Pa (1 a 40 bar); (d) resfriar a biomassa derivada a partir da etapa (c) a uma temperatura de no máximo 100 °C em uma corrente de gás livre de oxigênio; e (e) coletar o biocarvão.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um gás combustível ser obtido como um coproduto.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela biomassa moída estar na forma de partículas das quais pelo menos 50% em peso em relação à massa seca consistem em partículas cuja dimensão inferior é 0,5 mm.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela biomassa moída estar na forma de partículas das quais pelo menos 50% em peso em relação à massa seca consistem em partículas cuja dimensão inferior é de pelo menos 0,5 mm e cuja dimensão superior é 40 mm.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela etapa (b) ser realizada em duas subetapas, uma etapa (b1), de acordo com a qual a biomassa é pré-aquecida a uma temperatura superior a 120 °C e uma etapa (b2) de acordo com a qual a biomassa pré-aquecida na etapa (b1) é aquecida a uma temperatura superior a 220 °C.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela etapa (b1) ser realizada a uma temperatura situada entre 180 e 220 °C.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizado pela etapa (b2) ser realizada a uma temperatura situada entre 240 e 300 °C.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela etapa (b) ser realizada a uma pressão que varia de 3 x 105 a 1,4 x 106Pa (3 a 14 bar).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por, na etapa (c), a temperatura ser mantida entre 350 e 500 °C, preferivelmente entre 350 e 400 °C.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelas etapas (b) ou (b1) e (b2), (c) e (d) serem realizadas em pelo menos dois compartimentos diferentes e o método ser contínuo.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela etapa (b1) ser realizada em um primeiro compartimento, sendo dito primeiro compartimento equipado com meios de pré-aquecimento de convecção e/ou de leito fluidizado.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa (b2) ser realizada em um segundo compartimento, dito segundo compartimento sendo equipado com meios de aquecimento de radiação.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela etapa (c) ser realizada em um terceiro compartimento, dito compartimento sendo equipado com meios de controle de temperatura e pressão.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela etapa (d) ser realizada em um quarto compartimento, dito compartimento sendo equipado com meios de resfriamento de convecção e/ou de condução.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 14, caracterizado pelo calor emitido pela reação na etapa (c) no terceiro compartimento ser recuperado e reciclado em qualquer um dos primeiro e segundo compartimentos e/ou para secagem da biomassa necessária na etapa (a).

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelos gases gerados nas etapas (b) e (c) serem recirculados a montante do método, em sentido contracorrente à matéria.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pela biomassa ser uma biomassa lignocelulósica que compreende pelo menos um constituinte selecionado a partir de hemicelulose, lignina, celulose, carboidratos e oligossacarídeos.

18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pela etapa (b) ser realizada dentro de uma caldeira de uma unidade de energia elétrica e/ou geração de calor.

19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado por poder ser implementado sem nenhum fornecimento de gás inerte externo.

20. BIOCARVÃO, caracterizado por ser obtido pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19, dito biocarvão apresentando poder calorífico inferior (PCI) de pelo menos 30 MJ/kg.