BR112016023627B1

BR112016023627B1 - Método e dispositivo para o tratamento de um gás de síntese a partir de uma etapa de gaseificação da biomassa

Info

Publication number: BR112016023627B1
Application number: BR112016023627-0A
Authority: BR
Inventors: Frédéric Legrand; Yilmaz Kara; Bernard Marchand
Original assignee: Gdf Suez
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2020-12-29
Also published as: PH12016501950B1; PH12016501950A1; ES2812074T3; EP3132007B1; CA2944692A1; WO2015158737A1; KR20160145021A; FR3019830A1; BR112016023627A2; EP3132007A1; CA2944692C; DK3132007T3; CN106232780A; US20170145327A1; FR3019830B1; MY188104A; US9957452B2

Abstract

TODO E DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE UM GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE UMA ETAPA DE GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA. A invenção se refere a um método (10) para o tratamento de um gás de síntese a partir de uma etapa de gaseificação, a qual inclui:-uma etapa (105) de resfriamento do gás de síntese a fim de condensar impurezas orgânicas pesadas e água;-uma etapa (110) de adsorção, ao final da etapa de resfriamento, de impurezas orgânicas leves e impurezas inorgânicas por pelo menos um leito de adsorção (230); -uma etapa (155) de separação, por decantação (135), da água e alcatrões pesados da etapa (105) de resfriamento do gás de síntese; e -uma etapa (120) de regeneração de pelo menos um leito de adsorção (230) por dessorção modulada por temperatura ou modulada por pressão.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um método e dispositivo para o tratamento de um gás de sintese a partir de uma etapa de gaseificação. Ela se aplica, em particular, à gaseificação de combustíveis hidrocarbonetos para a produção de biometano.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] A chamada produção de biometano de segunda geração se baseia na gaseificação da biomassa lignocelulósica e na metanação catalítica do gás de síntese, ou "syngas"(do inglês "synthesis gas"), então produzido.

[003] Entre a etapa de gaseificação da biomassa e a etapa de metanação catalítica, o gás de síntese deve ser purificado a fim de: -otimizar a eficiência da etapa de metanação; e -evitar a rápida desativação do catalizador requerido para a conversão realizada durante a metanação.

[004] Na saída da etapa de gaseificação, o gás de síntese compreende: -impurezas orgânicas, por exemplo, tipos de alcatrões e resíduos de gaseificação; e -poluentes inorgânicos, tais como sulfeto de hidrogênio, oxissulfeto de carbono, amónia ou ácido clorídrico, por exemplo.

[005] Os poluentes inorgânicos e resíduos de gaseificação podem levar à obstrução ou abrasão dos dutos nos quais estas impurezas e resíduos são circuladas. Em adição, estas impurezas e residues podem causar a desativação do catalizador de metanação, tradicionalmente construídos a base de niquel, no qual a reação de metanação ocorre.

[006] Os poluentes inorgânicos podem irreversivelmente desativar o catalisador de metanação ou acelerar a corrosão do equipamento os quais estes poluentes estão em contato.

[007] Os sistemas atuais para a eliminação ou redução de poluentes orgânicos ou inorgânicos do gás de síntese são divididos em duas categorias. Os chamados sistemas "primários"visam reduzir a quantidade de alcatrão produzido pelo ajuste da geometria, condições de operação ou os catalizadores e aditivos do reator responsável pela conversão da biomassa. Os chamados sistemas "secundários" se referem a todas as unidades instaladas a jusante do reator responsável pela gaseificação da biomassa, e utilizam métodos de separação padrão. Estes métodos padrão podem compreender, por exemplo, depuração úmida, depuração seca ou tratamento do gás a alta temperatura. Atualmente, os sistemas primários não tornam possível evitar o uso de sistemas secundários suplementares.

[008] Um técnico no assunto conhece, em particular, as instalações conhecidas como plantas "Gussing", denominadas em homenagem à cidade em que um dispositivo de gaseificação de referência foi instalado. Estas instalações compreendem meios de purificação secundários posicionados na saída do reator de gaseificação. Estes meios, então, compreendem: -um dispositivo para o resfriamento do gás de síntese, permitindo que o calor latente do gás de síntese sejarecuperado para uso em uma rede de calefação urbana; -um filtro de partículas que permite que as partículas sólidas presentes no gás de síntese sejam presas; e -um dispositivo para a depuração do gás (conhecido como um "depurador") com biodiesel para separar as impurezas do gás de síntese.

[009] Este dispositivo não é atualmente satisfatório, uma vez que as impurezas rapidamente saturam o biodiesel.

[010] Em ambos os casos, o gás de síntese é purificado às custas da eficiência global da instalação.

[011] Um dispositivo e método para a purificação de gás de síntese é também conhecido da patente EP 2445998. De acordo com este documento, o método usado compreende quatro etapas: - uma etapa de resfriamento do gás de síntese; - uma etapa de depuração do gás de síntese com um óleo; - uma etapa de regeneração do óleo; e - uma etapa de tratamento do gás depurado com um adsorvente catalítico.

[012] A etapa de resfriamento torna possível, em particular, separar os compostos mais pesados do gás de síntese e, também, resfriar o gás de síntese a uma temperatura ótima para a depuração. A etapa de depuração do gás de síntese com um óleo permite que os compostos orgânicos do fluxo de gás sejam adsorvidos. A etapa de tratamento do gás depurado com um adsorvente catalítico torna possível adsorver os alcatrões residuais mais leves e os compostos inorgânicos.

[013] No entanto, a adsorção usada durante a etapa de depuração compreende um determinado número de limitações, especialmente uma vez que o solvente usado deve apresentar um determinado número de características complexas, tais como, por exemplo, apresentar uma forte afinidade com os compostos a serem eliminados, baixa viscosidade, alta pressão de vapor. Em adição, as dimensões do adsorvente usado durante a adsorção são difíceis de estimar devido à falta de conhecimento sobre os dados do equilíbrio termodinâmico líquido-vapor dos sistemas composto orgânico / água / solvente usado. Por fim, a regeneração do óleo usado durante a etapa de depuração gera efluentes para serem tratados e, assim, requer uma unidade de tratamento de água suja. Este método requer um absorvente de óleo, cujo óleo é regenerado, e um adsorvente catalítico. A quantidade de resíduo produzida, então, permanece substancial e a regeneração dos óleos é, então, realizada às custas da eficiência global da instalação.

[014] Por todos esses motivos, os sistemas atuais não tornam possível otimizar a eficiência da conversão do carbono em gás de síntese e nem minimizar os resíduos da unidade de produção do gás de síntese.

OBJETO DA INVENÇÃO

[015] A presente invenção objetiva remediar todos ou parte destes empecilhos.

[016] Para este fim, a presente invenção prevê, de acordo com um primeiro aspecto, um método para o tratamento de um gás de síntese proveniente de uma etapa de gaseificação, o qual compreende: - uma etapa de resfriamento do gás de síntese a fim de condensar impurezas orgânicas pesadas e água; - uma etapa de adsorção, ao final da etapa de resfriamento, das impurezas orgânicas leves e impurezas inorgânicas por pelo menos um leito de adsorção; - uma etapa de separação, por decantação, da água e alcatrões pesados da etapa de resfriamento do gás de sintese; e - uma etapa de regeneração de pelo menos um leito de adsorção por dessorção modulada por temperatura ou modulada por pressão.

[017] Executar a etapa de adsorção diretamente ao final da etapa de resfriamento remove a necessidade de depuração com um solvente e regeneração do solvente. Estas provisões tornam possivel reduzir os custos de instalação e operação da unidade de produção de gás de sintese. Adicionalmente, estas provisões tornam possivel reduzir o impacto ambiental do dispositivo e limitar o consumo de energia. Em adição, a presença de inúmeros leitos de adsorção torna possivel garantir a continuidade do tratamento graças à rotina automática simplificada para uso em diferentes leitos.

[018] Em adição, o consumo de energia é reduzido. Isto acontece devido ao fato de a regeneração dos óleos da adsorção ser dificil e custosa, uma vez que as técnicas conhecidas como "remoção" ou destilação requerem grandes quantidades de energia ligada a estas técnicas necessárias para vaporização. No caso da adsorção, as ligações são mais fracas entre os meios do leito de adsorção e as impurezas.

[019] Em algumas modalidades, o gás de sintese é resfriado entre 5°C e 30°C durante a etapa de resfriamento.

[020] Em algumas modalidades, o gás de sintese é resfriado entre 5°C e 10°C.

[021] Estas temperaturas tornam possivel alcançar atemperatura do ponto de condensação dos alcatrões pesados e água.

[022] Em algumas modalidades, o método que é o objeto da presente invenção compreende uma etapa de resfriamento da água de decantação, a partir da etapa de separação, entre 5°C e 30°C, a água de decantação resfriada sendo usada para a etapa de resfriamento do gás de sintese.

[023] Estas modalidades tornam possivel limitar o consumo de água do método.

[024] Em algumas modalidades, durante a etapa de resfriamento da água, a água de decantação da etapa de separação é resfriada entre 5°C e 10°C.

[025] Estas temperaturas tornam possivel alcançar a temperatura do ponto de condensação dos alcatrões pesados e água.

[026] Em algumas modalidades, a etapa de regeneração é realizada pela injeção de um fluido quente contra cada referido leito de adsorção.

[027] Em algumas modalidades, o fluido quente é vapor superaquecido a uma temperatura de 110 °C a 250°C, e com uma taxa de fluxo volumétrico de vapor superaquecido de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico do gás de sintese.

[028] Em algumas modalidades, o fluido quente é um gás puro ou uma mistura de gases escolhidos dentre CO2, CH4, H2, CO, a uma temperatura de 110°C a 250°C e com uma taxa de fluxo volumétrico de gás de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de sintese.

[029] Neste sentido, a regeneração é executada em um tempo inferior ou igual ao tempo de saturação do leito de adsorção.

[030] Em algumas modalidades, uma porção dos produtos da etapa de regeneração é usada na etapa de separação por decantação.

[031] Em algumas modalidades, a etapa de regeneração é executada ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa de adsorção.

[032] Estas modalidades apresentam a vantagem de permitir que a eficiência do método seja otimizada. Preferencialmente, o método utiliza pelo menos dois leitos alternando uma etapa de adsorção e uma etapa de regeneração.

[033] Em algumas modalidades, a etapa de regeneração compreende uma etapa de dessorção do leito de adsorção.

[034] Estas modalidades apresentam a vantagem de permitir a regeneração eficiente do leito de adsorção. Em adição, estas modalidades apresentam a vantagem de aumentar a eficiência do método.

[035] Em algumas modalidades, a etapa de regeneração compreende uma etapa de resfriamento e um leito de adsorção, a qual é executada ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa de adsorção, e ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa de dessorção de um leito de adsorção.

[036] A vantagem destas modalidades está no fato destas permitirem que a eficiência do método seja otimizada. Em adição, em algumas modalidades preferidas, o método utiliza três leitos de adsorção que executam, de uma vez, uma sequência de etapas de adsorção, regeneração e resfriamento de modo que, em qualquer tempo, um único leito executa umadestas etapas.

[037] Em algumas modalidades, o dispositivo que é o objeto da presente invenção, compreende uma etapa de troca entre um primeiro leito de adsorção que executa a etapa de adsorção, e pelo menos um segundo leito de adsorção que executa a etapa de regeneração.

[038] A vantagem destas modalidades é que elas permitem a continuidade na adsorção aplicada a um gás de sintese, enquanto permite a adsorção ótima das impurezas no gás.

[039] Em algumas modalidades, a etapa de regeneração de um leito de adsorção compreende uma etapa de decantação de alcatrões coletados durante a etapa de resfriamento.

[040] Estas modalidades apresentam a vantagem de permitir o melhor uso dos alcatrões coletados. Estas modalidades apresentam a vantagem de tornar possivel separar a água condensada e alcatrões coletados, o volume de efluentes contendo alcatrões é também reduzido neste sentido. Em adição, esta modalidade permite que o BTX seja reciclado.

[041] Em algumas modalidades, a regeneração do leito de adsorção é executada pela injeção de um gás inerte dentro do leito de adsorção.

[042] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção prevê um dispositivo para o tratamento de um gás de sintese a partir de meios de gaseificação, o qual compreende: -um refrigerador para o gás de sintese, para condensar impurezas orgânicas pesadas e água; -pelo menos um meio para a adsorção, na saída do refrigerador, de impurezas orgânicas leves e impurezas inorgânicas, compreendendo pelo menos um leito de adsorção conectado na saída do refrigerador; -um separador, compreendendo meios para a decantação da água e alcatrões pesados na saída do refrigerador, a partir do gás de síntese; e -meios para a regeneração de pelo menos um leito de adsorção por dessorção modulada por temperatura ou modulada por pressão.

[043] Como características particulares, as vantagens e os objetivos do dispositivo são idênticos àqueles do método que é objeto da presente invenção, não serão aqui repetidos.

[044] Em algumas modalidades, o dispositivo que é objeto da presente invenção compreende pelo menos dois leitos de adsorção e meios para a troca entre os leitos de adsorção, configurados para permitir que o gás de síntese circule em pelo menos um dos leitos de adsorção quando um ou outro leito de adsorção está na fase de dessorção.

[045] A vantagem destas modalidades é que elas tornam possível aumentar a eficiência do dispositivo.

[046] Em algumas modalidades, o refrigerador utiliza um líquido para a depuração do gás de síntese.

[047] Estas modalidades permitem que o gás de síntese seja depurado, bem como resfriado.

[048] Em algumas modalidades, o líquido de depuração é água ou óleo.

[049] A vantagem destas modalidades é que elas tornam possível aumentar a eficiência do dispositivo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[050] Outras vantagens, objetivos e característicasparticulares da invenção se tornarão aparentes a partir da descrição não limitativa que segue, de pelo menos um método e dispositivo para o tratamento de um gás de sintese a partir de uma etapa de gaseificação que são objetos da presente invenção, com referência às figuras inclusas em um anexo, em que: -a figura 1 representa, na forma de um diagrama lógico, as etapas em uma modalidade particular do método que é objeto da presente invenção; e -a figura 2 representa, esquematicamente, uma modalidade particular do dispositivo que é objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE EXEMPLOS DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[051] A presente descrição é dada com um exemplo não limitativo.

[052] É então notado que as figuras não estão em escala.

[053] É também notado que a terminologia "um" ou "uma" na descrição que se segue significa "pelo menos um" e é apenas usada por motivo de clareza. Adicionalmente, esta terminologia pode ser substituída por "uma pluralidade de".

[054] A Figura 1 mostra uma modalidade particular do método 10 para o tratamento de um gás de sintese a partir de uma etapa de gaseificação da biomassa que é objeto da presente invenção. Este método 10 compreende: - uma etapa 105 de resfriamento do gás de sintese; - uma etapa 110 de adsorção do gás de sintese por um leito de adsorção; - uma etapa 120 de regeneração de um leito de adsorção por dessorção modulada por temperatura ou modulada por pressão, que pode ser executada ao mesmo tempo com uma etapa de adsorção 110, compreendendo: - uma etapa 125 de dessorção de um leito de adsorção, compreendendo uma etapa 130 de resfriamento dos produtos da dessorção; - uma etapa 140 de troca entre um leito que executa a etapa de dessorção 125 e um leito que executa uma etapa de resfriamento 130; - uma etapa 145 de resfriamento dos produtos da etapa de dessorção 125; e - uma etapa 150 de separação dos produtos resfriados; e - uma etapa 115 de troca entre um leito de adsorção regenerado e um leito de adsorção saturado; e -uma etapa 155 de separação, por decantação 135, da água e alcatrões pesados a partir da etapa de resfriamento 105 do gás de sintese.

[055] A etapa de resfriamento 105 é executada, por exemplo, pelo uso de um condensador que permite a separação dos alcatrões transportados pelo fluxo do gás de sintese. Este condensador reduz a temperatura do gás de sintese a uma determinada pressão de modo a alcançar a temperatura do ponto de condensação dos alcatrões pesados e água. Este condensador é um contator gás-liquido direto, por exemplo, uma coluna empacotada, um depurador Venturi ou uma coluna de pratos. Este condensador é também conectado a meios de refrigeração e meios de troca de calor, por exemplo, um trocador de calor. Em algumas variantes, o gás de sintese resfriado durante a etapa de resfriamento 105 é novamente inserido no refrigerador, de modo a aumentar a eficiência desta etapa 105.

[056] Vantajosamente, a etapa de resfriamento 105 é executada pelo arrefecimento do gás de sintese usando água resfriada. 0 arrefecimento permite que o vapor de água e os alcatrões pesados presentes no gás de sintese sejam condensados. 0 residuo do arrefecimento é, então, tratado por decantação. O resfriamento é executado a uma temperatura entre 5°C e 30°C e, preferencialmente, entre 5 e 10°C. A pressão de operação para o arrefecimento está sob uma leve sobrepressão em relação à atmosfera e a uma pressão próxima à pressão do reator de gaseificação que produz o gás de sintese.

[057] 0 gás de sintese é resfriado entre 5°C e 30°C durante a etapa de resfriamento 105. Preferencialmente, o gás de sintese é resfriado entre 5°C e 10°C.

[058] Os produtos da etapa de resfriamento 105 são, então, separados por decantação. A água é, preferencialmente, reutilizada na etapa de resfriamento 105, após o resfriamento, e os alcatrões pesados são eliminados.

[059] Em algumas modalidades, o método 10 compreende uma etapa 160 de resfriamento da água de decantação, a partir da etapa de separação 155, para entre 5°C e 30°C, a água de decantação resfriada sendo usada para a etapa 105 de resfriamento do gás de sintese.

[060] Em algumas variantes, durante a etapa de resfriamento 160 da água, a água de decantação a partir da etapa de separação 155 é resfriada para entre 5°C e 10°C.

[061] A etapa de adsorção 110 é executada, por exemplo, pelo uso de pelo menos um leito de adsorção, o qual compreende, por exemplo, carbono ativado, zeólitas ou polimeros adsorventes. A temperatura deste leito é escolhida para permitir a alta adsorção de alcatrões leves e impurezas inorgânicas transportadas pelo gás de sintese na saida da etapa de resfriamento 105. Durante esta etapa de adsorção 110, o gás de sintese na saida da etapa de resfriamento 105 passa através do leito de adsorção, a fim de coletar alcatrões e compostos inorgânicos transportados pelo gás de sintese. Em particular, esta modalidade do método 10, que é objeto da presente invenção, compreende uma pluralidade de etapas de adsorção 110 executadas, por exemplo, pela conexão de leitos adsorventes em séries ou em paralelo. Esta pluralidade de etapas de adsorção 110 permite maior flexibilidade para o método de purificação 10. Em algumas modalidades, o método 10 utiliza pelo menos dois leitos de adsorção. Enquanto um destes leitos executa uma adsorção do gás de sintese, pelo menos um outro leito executa a etapa de regeneração 120. Em algumas modalidades preferidas, o método 10 utiliza três leitos de adsorção. Enquanto um destes leitos executa uma adsorção do gás de sintese, um outro leito executa a etapa de dessorção 125 e o terceiro leito executa a etapa de resfriamento 130.

[062] A etapa de regeneração de um leito de adsorção 120 é executada, por exemplo, pela execução de uma etapa 125 de dessorção de um leito de adsorção saturado. Esta etapa de dessorção 125 é, por exemplo, executada, para compostos orgânicos, pela redução da pressão e aumento da temperatura na qual o leito de adsorção é exposto. O vapor de água, aquecido, por exemplo, a 140°C, é também introduzido dentro de meios de dessorção nos quais a etapa de dessorção 125 é executada. As técnicas PSA (adsorção por variação de pressão, do inglês "Pressure Swing Adsorption") e TSA (adsorção por variação térmica, do inglês "Thermal Swing Adsorption") podem, por exemplo, ser empregados para executar uma etapa de adsorção 125.

[063] Em algumas variantes, a etapa de regeneração 120 é executada pela injeção de um fluido quente contra cada referido leito de adsorção. Em algumas variantes, o fluido quente é vapor superaquecido a uma temperatura de 110°C a 250°C, e com uma taxa de fluxo volumétrico de vapor superaquecido de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de sintese.

[064] Em algumas variantes, o fluido quente é um gás puro ou uma mistura de gases escolhidos dentre CO2, CH4, H2, CO, a uma temperatura de 110°C a 250°C e com uma taxa de fluxo volumétrico de gás de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de sintese.

[065] A taxa de fluxo aqui considerada é a taxa de fluxo do gás de sintese a ser tratado pelo método 10.

[066] Em algumas modalidades, uma porção dos produtos da etapa de regeneração 120 é usada para a decantação 135 do gás de síntese.

[067] Em algumas modalidades, a regeneração 120 do leito de adsorção é executada pela injeção de um gás inerte no leito de adsorção.

[068] O método 10 compreende uma etapa 130 de resfriamento do leito no qual a etapa de dessorção 125 é executada. A etapa de dessorção 125 é executada pela injeção de vapor de água sob o leito de adsorção. Esta injeção leva ao aumento da temperatura do leito acima da temperatura de operação do leito na adsorção do gás de síntese. A etapa de resfriamento 130 do leito, após a etapa de dessorção 125, é, então, necessária.

[069] O resfriamento do leito de adsorção é executado pela injeção de um gás inerte para preservar as características fisico-quimicas do leito. Por exemplo, um fluxo de CO2 é injetado no leito, contra a corrente ou paralelamente.

[070] Na saída, a etapa de dessorção 125 produz vapor de água e alcatrões leves. A água e alcatrões leves são, então, enviados para um tanque de decantação para separar a água dos alcatrões. Após resfriamento, a água pode, então, ser reutilizada para resfriar o gás de síntese. Os alcatrões leves, incluindo benzeno, tolueno e xilenos, são, então, injetados na bandeja de decantação 135 das impurezas orgânicas pesadas e água do resfriamento do gás de síntese. A adição dos alcatrões leves permite o fluxo da mistura e evita a formação disseminada de emulsão nas bandejas de decantação.

[071] Em algumas modalidades, o método 10 utiliza um único leito de adsorção. Nestas modalidades, o leito de adsorção primeiramente executa uma etapa de adsorção 110, então, quando este leito está saturado, a entrada de gás de síntese no leito é interrompida. O leito de adsorção, então, executa uma etapa de regeneração 120 compreendendo, em adição, uma etapa de dessorção 125, logo, uma etapa de resfriamento 130. Uma vez resfriado, a entrada do gás de síntese é ativada e o leito executa uma nova etapa de adsorção 110.

[072] Em outras modalidades, o método 10 utiliza dois leitos de adsorção. Nestas configurações, enquanto um leito executa a etapa de adsorção 110, o outro leito executa a etapa de regeneração 120.

[073] Em algumas modalidades preferidas, o método 10 utiliza três ou mais leitos de adsorção. Nestas configurações, enquanto um leito executa a etapa de adsorção 110, um segundo leito executa a etapa de dessorção 125 da etapa de regeneração 120, e um terceiro leito executa a etapa de resfriamento 130 da etapa de regeneração 120 .

[074] Em algumas modalidades, o método 10 não compreende a etapa de resfriamento 130.

[075] A etapa de troca 140 é executada, por exemplo, pelo uso de um comutador configurado para controlar a execução da etapa de resfriamento 130 para um leito no qual a etapa de dessorção 125 tenha sido executada.

[076] A etapa de decantação dos alcatrões 135 é executada, por exemplo, pelo uso de um tanque de compensação. Esta etapa de decantação 135 compreende uma etapa de injeção de um depurador ou liquido de fundição, por exemplo, éster metilico de colza, HANs (nafta aromático pesado, do inglês "Heavy Aromatic Naphtha") ou um dos alcatrões leves obtidos pela dessorção dos leitos de adsorção. Este liquido de depuração acelera a decantação dos alcatrões. Os alcatrões decantados provêm da etapa de resfriamento 105. Os alcatrões pesados são acompanhados pela água também condensada durante a etapa de resfriamento 105 .

[077] A etapa de resfriamento 145 dos produtos de dessorção é executada, por exemplo, com água resfriada a uma temperatura inferior a 30°C, e mais especificamente, a uma temperatura inferior a temperatura do ponto de condensação dos alcatrões pesados.

[078] A etapa 150 de separação dos produtos de dessorção resfriados é executada, por exemplo, pelo uso de um separador ou um tanque de compensação para a água e alcatrões leves.

[079] A etapa de separação 150 é vantajosamente seguida pela etapa de uso de água para a etapa de resfriamento 105, e pela etapa de uso de alcatrões leves no tanque de compensação de água / alcatrões leves.

[080] A troca da etapa 115 é executada, por exemplo, pelo uso de um comutador, ou uma válvula de três vias, configurada para fornecer um leito de adsorção insaturado com a saida do gás de sintese da etapa de resfriamento 105. Quando um leito de adsorção é saturado, o comutador fecha a válvula de injeção de gás de sintese neste leito de adsorção e abre uma válvula de injeção de gás de sintese de outro leito de adsorção insaturado. Quando uma válvula de injeção é fechada neste sentido, uma etapa de regeneração do leito de adsorção 120 é iniciada.

[081] A etapa de troca 115 permite o tratamento continuo do gás de sintese, enquanto permite que um ou outro leito de adsorção saturado seja regenerado ao mesmo tempo que ocorre o tratamento do gás. Portanto, esta etapa de troca 115 torna possivel multiplicar os circuitos de tratamento paralelos. Por exemplo, como descrito na figura 2, o método 10 pode compreender três leitos de adsorção em paralelo: um leito na fase de adsorção e dois leitos na fase de regeneração.

[082] Em algumas modalidades compreendendo três leitos, uma sequência utilizando o método 10 pode ser, por exemplo: - fornecer um gás de sintese a um primeiro leito de adsorção até que o primeiro leito esteja saturado; - quando o primeiro leito está saturado, a entrada do gás de sintese é direcionada em direção a um segundo leito de adsorção e uma etapa de dessorção da etapa de regeneração é executada no primeiro leito; - quando o segundo leito é saturado, a entrada do gás de sintese é direcionada em direção a um terceiro leito de adsorção, a etapa de resfriamento é executada no primeiro leito e a etapa de dessorção da etapa de regeneração é executada no segundo leito; - quando o terceiro leito é saturado, a entrada do gás de sintese é direcionada em direção ao primeiro leito regenerado, a etapa de resfriamento é executada no segundo leito, e a etapa de dessorção da etapa de regeneração é executada no terceiro leito.

[083] Uma vez que esta fase de inicialização tenha sido completada, cada leito alcançando a saturação é substituído por um leito regenerado.

[084] A figura 2 mostra uma modalidade particular do dispositivo para o tratamento de um gás de sintese a partir da etapa de gaseificação da biomassa que é objeto da presente invenção. Este dispositivo compreende: - um refrigerador 205 o qual compreende: - uma entrada 210 para um gás de sintese a partir de meios de gaseificação, não mostrados; - uma saida 215 para o gás de sintese resfriado; - uma saida 220 para os alcatrões pesados e para a água; e - uma entrada 225 para o liquido de resfriamento; -meios 230, 230'e 230" para a adsorção, diretamente na saida do refrigerador 205, o gás de sintese resfriado por um leito de adsorção, o qual compreende: - uma entrada 235 para o gás de síntese resfriado; - uma saída para o gás de síntese purificado e para a água e alcatrões leves; e - meios 245 para a troca entre os meios de adsorção saturados e os meios de adsorção regenerados, compreendendo adicionalmente uma entrada 255 para o líquido de dessorção; - meios 245'para a separação entre alcatrões leves e o gás de síntese purificado, compreendendo uma saída 240 para o gás de síntese purificado e uma saída 260 para a água e alcatrões leves, - um separador 297 compreendendo meios 275 para a decantação da água e alcatrões pesados, na saída do refrigerador, a partir do gás de síntese, o qual compreende: - uma entrada 280 para a água; - uma entrada 285 para o líquido de depuração; e - uma entrada 290 para a água e alcatrões pesados; - meios 295 para resfriamento da água de saída dos meios de decantação 275; - meios 255 e 260 para a regeneração de pelo menos um leito de adsorção pela dessorção modulada por temperatura ou modulada por pressão.

[085] O refrigerador 205 é, por exemplo, uma coluna empacotada, uma coluna de pratos, uma coluna tipo spray ou uma coluna Venturi. Este refrigerador 205 pode estar conectado a um trocador de calor ou a meios para refrigerar o refrigerador 205. Este refrigerador 205 diminui a temperatura do gás de síntese em uma determinada pressão, por exemplo, a pressão atmosférica, de modo a alcançar a temperatura do ponto de condensação para os alcatrões. Este refrigerador 205 compreende uma entrada 210 para o gás de síntese a partir dos meios de gaseificação, o qual é, por exemplo, uma válvula para a injeção de gás de síntese no refrigerador 205. Na entrada do refrigerador 205, o gás de síntese está, por exemplo, a uma temperatura entre 100°C e 250°C. Este refrigerador 205 também compreende uma saída 215 para o gás de síntese resfriado, o qual é, por exemplo, uma válvula de descarga para o gás de síntese condensado. Na saída do refrigerador 205, o gás de síntese resfriado está a uma temperatura entre 5°C e 30°C, e preferencialmente entre 5°C e 10°C. O refrigerador 205 compreende, em adição, uma saída 220 para alcatrões pesados e água, o qual é, por exemplo, uma válvula de descarga. Os alcatrões pesados e a água são o resultado da condensação da entrada do gás de síntese, e correspondem a impurezas a serem removidas a fim de aumentar a eficiência do gás de síntese. Por fim, este refrigerador 205 compreende uma entrada 225 para água, a qual é, por exemplo, uma válvula para a injeção de água dentro do refrigerador 205, tornando possível reduzir a temperatura interna do refrigerador 205. Esta entrada de água 225 também torna possível aumentar a umidade da saída do gás de síntese condensado. Em algumas variantes, a saída 215 para o gás de síntese condensado é ligada à entrada do gás de síntese 210, de modo a aumentar a eficiência do refrigerador 205.

[086], Pode ser notado que, enquanto o líquido usado no refrigerador 205 é vantajosamente água, este líquido pode ser substituído por um óleo térmico ou por outro líquido de depuração cujas características são compatíveis com o presente pedido.

[087] Os meios de adsorção 230 são, por exemplo, um leito de adsorção no qual um gás de síntese resfriado é passado a fim de coletar alcatrões e compostos inorgânicos transportados pelo gás de síntese. Este leito de adsorção compreende, por exemplo, carbono ativado, zeólitas ou polímeros adsorventes. A temperatura deste leito é configurada para permitir a alta adsorção dos alcatrões leves transportados pelo gás de síntese na saída do refrigerador 205. Em adição, a temperatura deste leito é escolhida para fornecer condensação mínima dos alcatrões transportados. Preferencialmente, o leito adsorvente utiliza carbono ativado. Os carbonos ativados apresentam, primeiramente, grande afinidade com os compostos orgânicos, por exemplo, os alcatrões, e, em segundo lugar, a capacidade de adsorver sulfeto de hidrogênio. No entanto, o sulfeto de hidrogênio pode representar até 3% em massa do gás de síntese, sob condições de pressão e temperatura próximas às condições atmosféricas ambiente. As condições de operação deste leito de adsorção são, primeiramente, uma temperatura entre 5°C e 30°C e preferencialmente entre 5°C e 10°C, e, em segundo lugar, uma pressão similar à pressão atmosférica. Estes meios de adsorção 230 compreendem uma entrada 235 para o gás de síntese resfriado, a qual é, por exemplo, uma válvula para a injeção de gás de síntese dentro dos meios de adsorção. Estes meios de adsorção 230 ainda compreendem uma saída para o gás de síntesepurificado, água e alcatrões leves que podem ser fornecidos aos meios de metanação, não mostrados.

[088] Vantajosamente, o dispositivo que é objeto da presente invenção compreende uma pluralidade de leitos de adsorção posicionados em séries ou em paralelo. Em outras variantes usadas preferencialmente e mostradas na figura 2, o dispositivo 10 compreende uma pluralidade de leitos de adsorção usados alternativamente. Neste sentido, quando um leito de adsorção é saturado com impurezas, os meios de troca 245 trocam a injeção do gás de sintese de um leito de adsorção saturado para um leito de adsorção regenerado. Mais geralmente, este meio de troca 245 é um comutador configurado para direcionar o fluxo de gás de síntese condensado a pelo menos um leito de adsorção insaturado. Quando um leito de adsorção é saturado, os meios de troca 245 fecham a válvula de injeção do gás de síntese 235 para este leito de adsorção e um processo de regeneração deste leito de adsorção é começado. Em algumas modalidades preferidas, o dispositivo 10 compreende três leitos de adsorção.

[089] 0 dispositivo 20 compreende um separador 297 entre a água e os alcatrões leves. Este separador 297 compreende um tanque de compensação 275 que compreende uma saída 299 para a água e uma saída (não mostrada) para os alcatrões leves.

[090] A dessorção de um leito de adsorção 230 é executada pela injeção de um fluido de dessorção apropriado para a depuração das impurezas que aderem no leito de adsorção. Preferencialmente, o leito de adsorção 230 é dessorvido pela injeção de vapor superaquecido a uma temperatura de 110°C a 250°C, e com uma taxa de fluxo volumétrico de vapor superaquecido de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico do gás de sintese. Neste sentido, a dessorção é executada em um tempo inferior ou igual ao tempo de saturação do leito de adsorção.

[091] O dispositivo 20 também compreende um tanque adicional de compensação 305 para alcatrões pesados, saidos do refrigerador 205.

[092] As técnicas PSA (adsorção por variação de pressão, do inglês "Pressure Swing Adsorption") e TSA (adsorção por variação térmica, do inglês "Thermal Swing Adsorption")podem, por exemplo, ser empregados para dessorver o leito de adsorção.

[093] Outros fluidos gasosos podem também ser usados, tal como uma gás puro ou uma mistura de gases escolhidos dentre CO2, CH4, H2, CO, a uma temperatura de 110°C a 250°C e com uma taxa de fluxo volumétrico de gás de 3 a 5 vezes inferior a uma taxa de fluxo volumétrico de gás de sintese.

[094] Em uma variante, o leito de adsorção é posicionado em um vácuo.

[095] Os meios de troca 245 compreendem uma entrada 255 para vapor de água, o qual é, por exemplo, uma válvula para injeção de vapor de água aquecido a 140°C. Os leitos de adsorção são equipados com uma saida 260 para alcatrões leves e para vapor de água, o qual é, por exemplo, uma válvula de descarga para alcatrões leves e para vapor de água controlado em uma etapa com os meios de troca 245.

[096] Em algumas variantes, após um leito de adsorção ter executado uma dessorção, este leito é, então, resfriado por meios de refrigeração, por exemplo, um trocador de calor ou pela injeção de um gás inerte no leito de adsorção, preferencialmente CO2, o qual evita os picos de degradação na qualidade do gás de sintese. Nestas variantes, o dispositivo 10 pode ainda compreender meios para a troca entre um leito que tenha executado a dessorção e um leito que tenha passado por um resfriamento. Estes meios de troca são, por exemplo, meios de controle configurados para controlar a dessorção ou o resfriamento de um leito. Em outras variantes, cada leito de adsorção executa um ciclo de adsorção, dessorção e, então, resfriamento, de modo que, a qualquer tempo dado, um único leito executa uma das etapas deste ciclo.

[097] Os meios de decantação 275 são, por exemplo, uma bandeja de decantação que permite que alcatrões sejam eliminados. Estes meios 275 de decantação ainda compreendem uma entrada 290 para água e para alcatrões pesados saida do refrigerador 205, o qual é, por exemplo, uma válvula de injeção. Estes meios de decantação 275 ainda compreendem uma entrada 285 para o liquido de depuração, o qual é, por exemplo, uma válvula que injeta éster metilico de colza. Por fim, estes meios de decantação 275 compreendem uma saida 280 para a água, a qual é, por exemplo, uma válvula de liberação de água da bandeja de decantação.

[098] 0 dispositivo ainda compreende meios 295 para o resfriamento da água de saida dos meios 275 de decantação, os quais são, por exemplo, um trocador de calor configurado para diminuir a temperatura da água de 30°C a 20°C e preferencialmente entre 5°C e 10 °C. Esta água é, então, retornada à entrada de água 225 do refrigerador 205.

[099] 0 dispositivo e o método dados como ilustrativosda invenção são especialmente apropriados para a produção de gás de sintese a partir da biomassa. Entretanto, este dispositivo e este método podem ser facilmente adaptados para a purificação do gás de sintese a partir da gaseificação de outros meios, incluindo carbono.

Claims

1. Método (10) para o tratamento de um gás de síntese a partir de uma etapa de gaseificação caracterizadopelo fato de que compreende: - uma etapa (105) de resfriamento do gás de síntese a fim de condensar impurezas orgânicas pesadas e água; - uma etapa (110) de adsorção, ao final da etapa de resfriamento, de impurezas orgânicas leves e impurezas inorgânicas por pelo menos um leito de adsorção (230); - uma etapa (155) de separação, por decantação (135), de água e alcatrões pesados da etapa (105) de resfriamento do gás de síntese; e uma etapa (120) de regeneração de pelo menos um leito de adsorção (230) por temperatura modulada compreendendo uma etapa de injeção de um gás quente contra cada referido leito de adsorção, o gás quente sendo vapor superaquecido a uma temperatura de 110°C a 250°C, e com uma taxa de fluxo volumétrico de vapor superaquecido de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de síntese, ou um gás puro ou uma mistura de gás escolhida de CO2, CH4, H2 ou CO, a uma temperatura de 110°C a 250°C e com uma taxa de fluxo volumétrico de gás de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de síntese.

2. Método (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que uma porção dos produtos a partir da etapa de regeneração (120) é usada na etapa (155) de separação por decantação.

3. Método (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o gás de síntese é resfriado a entre 5°C e 30°C durante a etapa de resfriamento (105).

4. Método (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o gás de síntese é resfriado a entre 5°C e 10°C.

5. Método (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que compreende uma etapa (160) de resfriamento da água de decantação, a partir da etapa de separação (155), entre 5°C e 30°C, a água de decantação resfriada sendo usada para a etapa (105) de resfriamento do gás de síntese.

6. Método (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que, durante a etapa de resfriamento (160) da água, a água de decantação da etapa de separação (155) é resfriada para entre 5°C e 10°C.

7. Método (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que a etapa de regeneração (120) é executada ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa de adsorção (110).

8. Método (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que a etapa de regeneração compreende uma etapa de resfriamento em um leito de adsorção (230), a qual é executada ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa de adsorção (110), e ao mesmo tempo, pelo menos de forma parcial, com a etapa (125) de dessorção de um leito de adsorção (230).

9. Método (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizadopelo fato de que compreende uma etapa (115) de troca entre um primeiro leito de adsorção (230) que executa a etapa de adsorção (110) e pelo menos um segundo leito de adsorção (230’, 230”) que executa uma etapa de regeneração (120).

10. Método (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizadopelo fato de que a regeneração (120) do leito de adsorção é executada pela injeção de um gás inerte dentro do leito de adsorção.

11. Dispositivo (20) para o tratamento de um gás de síntese a partir de uma etapa de gaseificação, caracterizado pelo fato de que compreende: - um refrigerador (205) para o gás de síntese, para condensar impurezas orgânicas pesadas e água; - pelo menos um meio (230, 230’, 230”) para adsorção, nasaída do refrigerador, de impurezas orgânicas leves e impurezas inorgânicas, compreendendo pelo menos um leito de adsorção conectado à saída do refrigerador; - um separador (297), compreendendo meios (275) para a decantação da água e alcatrões pesados, na saída do refrigerador, a partir do gás de síntese; e - meios (255, 260) para a regeneração de pelo menos um leito de adsorção por dessorção modulada por temperatura compreendendo um injetor de um gás quente contra cada referido leito de adsorção, o gás quente sendo vapor superaquecido a uma temperatura de 110°C a 250°C, e com uma taxa de fluxo volumétrico de vapor superaquecido de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de síntese, ou um gás puro ou uma mistura de gás escolhida de CO2, CH4, H2 ou CO, a uma temperatura de 110°C a 250°C e com uma taxade fluxo volumétrico de gás de 3 a 5 vezes inferior à taxa de fluxo volumétrico de gás de síntese.

12. Dispositivo (20), de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que compreende pelo menos dois leitos de adsorção (230, 230’, 230”) e meios para a troca (245) entre os leitos de adsorção, configurados para permitir que o gás de síntese circule em pelo menos um dos leitos de adsorção quando um ou outro leito de adsorção está na fase de dessorção.

13. Dispositivo (20) para o tratamento de um gás de síntese, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizadopelo fato de que o refrigerador utiliza um líquido para a depuração do gás de síntese.

14. Dispositivo (20) para o tratamento de um gás de síntese, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o líquido de depuração é água ou óleo.