BR112019006163B1 - Processo para converter material carbonáceo em baixo gás de síntese de alcatrão e aparelho para tal processo - Google Patents

Processo para converter material carbonáceo em baixo gás de síntese de alcatrão e aparelho para tal processo Download PDF

Info

Publication number
BR112019006163B1
BR112019006163B1 BR112019006163-0A BR112019006163A BR112019006163B1 BR 112019006163 B1 BR112019006163 B1 BR 112019006163B1 BR 112019006163 A BR112019006163 A BR 112019006163A BR 112019006163 B1 BR112019006163 B1 BR 112019006163B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
pyrolysis
zone
pyrolysis residue
synthesis gas
tar
Prior art date
Application number
BR112019006163-0A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112019006163A2 (pt
Inventor
Steve Kresnyak
Pavel Záhorík
Original Assignee
Expander Energy Inc.
Air Technic S.R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Expander Energy Inc., Air Technic S.R.O. filed Critical Expander Energy Inc.
Publication of BR112019006163A2 publication Critical patent/BR112019006163A2/pt
Publication of BR112019006163B1 publication Critical patent/BR112019006163B1/pt

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B3/00—Coke ovens with vertical chambers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C10B49/04—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/04—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition
    • C10B57/06—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general using charges of special composition containing additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/16—Features of high-temperature carbonising processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/14—Continuous processes using gaseous heat-carriers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/16—Continuous processes simultaneously reacting oxygen and water with the carbonaceous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
    • C10J3/26—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed downwardly
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/34—Grates; Mechanical ash-removing devices
    • C10J3/36—Fixed grates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/34—Grates; Mechanical ash-removing devices
    • C10J3/40—Movable grates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/74—Construction of shells or jackets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/026—Increasing the carbon monoxide content, e.g. reverse water-gas shift [RWGS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/0923—Sludge, e.g. from water treatment plant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0943—Coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0969—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo de gaseificação de múltiplos estágios, sequenciados verticalmente contínuos, para a conversão de material de combustível carbonáceo sólido em gás de síntese puro (baixo alcatrão). O processo envolve formar um leito de resíduo de pirólise, que tem uma profundidade e largura uniformes, para passar o gás de síntese bruto ali, através de uma reação endotérmica, enquanto controlando a queda de pressão da zona de redução, tempo de permanência e velocidade do espaço de fluxo do gás de síntese, durante a reação endotérmica para formar gás de síntese substancialmente livre de alcatrão, para reduzir o teor de carbono no resíduo de pirólise, e para reduzir a temperatura do gás de síntese bruto, quando comparada à temperatura da zona de oxidação parcial.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção refere-se ao campo de gaseificação de matéria-prima/combustível de carbonáceos, e em particular a um processo e sistema para a conversão de materiais de combustível carbo- náceo em gás de síntese de alta qualidade, substancialmente desprovidos de alcatrão, e para a produção de cinza limpa substancialmente desprovida de teor de carbono.
ANTECEDENTES
[0002] A gaseificação pode converter materiais contendo carbono em produtos químicos úteis. Esses produtos químicos tipicamente envolvem gás de síntese (“syngas”), que pode ser ainda queimado para produzir eletricidade, ou quimicamente reagidos para produzir oxigenados, ou hidrocarbonetos em sistemas catalíticos.
[0003] Diversos tipos de métodos de gaseificação e pirólise e apa relhos têm sido desenvolvidos, para realizar conversão eficiente de biomassa em produtos gasosos limpos. Muitos dos processos de gaseificação conhecidos na técnica têm falhado, devido à atenção insuficiente para a baixa produção de alcatrão, eficientes destruições de alcatrão, e total descarbonização de carbonização e cinza.
[0004] Gaseificadores decadentes existentes exigem combustíveis ou biomassa de madeira de qualidade muito alta, tais como blocos de madeira livres de cinza, ou lascas de madeira de alta qualidade, e não podem ser elevados para escalas economicamente atraentes, sem a produção de alcatrão gravemente aumentada. Gaseificadores de múltiplos estágios decadentes, que compreendem zonas separadas para a pirolise de combustível, oxidação parcial, e redução do gás de leito, também têm sido desenvolvidos, entretanto tais gaseificadores conhecidos na técnica também resultam em quantidade substancial de produção de alcatrão, significativos níveis de alcatrão retidos no gás de síntese, e a cinza contendo níveis muito altos de teor de carbono não convertido.
[0005] A Patente CZ No. 295171 revela um gaseificador de bio massa de três zonas, compreendendo recipientes cilíndricos verticalmente orientados, mutuamente encaixados definindo a câmara de secagem, câmara de destilação e uma redução combinada & câmara de combustão, respectivamente. O gaseificador é configurado de tal maneira que a mistura gasosa, sendo gerada na câmara de secagem e nas câmaras de destilação, pode ser evacuada, e introduzida através de uma via secundária (“ bypass ”) para dentro da câmara de redução / combustão combinada para queima adicional, e redução para os componentes desejados do gás. Este gaseificador é estruturalmente complicado, e é conhecido por sua pobre capacidade de controle e flexibilidade de desempenho.
[0006] A Publicação do PCT No. WO 2015/090251 revela um dis positivo para a gaseificação de múltiplos estágios de combustíveis de carbonáceos, que compreende um recipiente vertical hermeticamente lacrado, que é equipado com isolamento. Dentro do recipiente vertical está a câmara de pirólise, que é adaptada para preenchimento com combustível de carbonáceo a partir de cima do recipiente. Sob a câmara de pirólise é provida uma câmara de oxidação parcial para oxidação do produto de pirólise, que é delimitado por um revestimento refratário, e a câmara de oxidação parcial é seguida por uma zona de redução, para a redução química do gás do produto oxidado.
[0007] Os dispositivos / sistemas como revelado em CZ 295.171 e WO 2015/090251, resultam em uma quantidade considerável de alcatrão nos gases do produto, que por sua vez obstrui os dispositivos de limpeza usados para limpar os gases do produto. Além disso, esses sistemas não têm meios de efetivamente gerenciar a reação de redução e falharam para produzir fluxo consistente e qualidade de gás de síntese.
[0008] Por exemplo, no sistema descrito em WO 2015/090251, os resíduos obtidos depois das etapas de pirólise e/ou oxidação escoaram para baixo, e coletas no fundo do gaseificador para formar um leito de redução. Como é bem conhecido na técnica que pirólise/oxi- dação fazem um leito desigual / não uniforme, devido ao ângulo de repouso do material em queda. A diferença na altura entre a porção do centro e a porção periférica de tais leitos é tão grande que a perda da pressão de gases passando através do leito, tem impacto negativo, e uma reação endotérmica eficaz não pode ser realizada para aumentar o valor calórico do gás produzido.
[0009] CZ 28354 revela um gaseificador decadente, compreen dendo câmara de pirólise, câmara de oxidação e câmara de redução verticalmente empilhadas, em que uma tentativa foi feita para melhorar a qualidade do gás de síntese produzido, fornecendo um homogenei- zador no chão da câmara de redução. Entretanto, este arranjo também falhou para fornecer um leito de carbonizar de profundidade uniforme, e promover a canalização do gás de síntese, e leva para resultados indesejáveis.
[0010] WO 2016/075362 descreve um método e aparelho para ga seificação de matérias primas, em uma tentativa de formar produtos gasosos de alcatrão baixo, em que a matéria-prima é pirolisada na presença de ar de pirólise, para formar um produto de pirólise, o produto de pirólise é depois movido para uma parte mais baixa do gaseifi- cador, em que um ar primário é introduzido contra a corrente para a parte mais baixa, seguido pela realização de uma gaseificação final em uma parte mais baixa do gaseificador, a fim de formar um gás ga- seificado. O gás gaseificado é depois introduzido em uma parte de oxidação catalítica, e através de uma camada catalítica da parte de oxidação catalítica, e reformando o gás gaseificado por meio da oxidação catalítica, na presença do ar reformado na parte de oxidação catalítica, a fim de formar um produto gasoso. Esta referência não menciona algum meio para efetivamente gerenciar as reações de redução, e não produziria fluxo consistente e qualidade de gás produzido.
[0011] Para esse fim, existe a necessidade de um processo e sis tema para a gaseificação de material carbonáceo, a fim de formar gases de produto de limpeza consistentes, tais como gás de síntese (“syngas”), enquanto reduzindo substancialmente os teores de alcatrão.
[0012] Esta informação de antecedentes é fornecida a fim de reve lar informações acreditadas pelo requerente, para ser de possível relevância para a presente invenção. Nenhuma admissão é necessariamente prevista, nem deve ser deduzido que qualquer informação anterior constitui a técnica anterior contra a presente invenção.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0013] Um objetivo da presente invenção é fornecer um processo para converter material de combustível carbonáceo em gás de síntese de alcatrão baixo.
[0014] De acordo com um aspecto da presente invenção, é forne cido um processo de gaseificação contínuo, de múltiplos estágios ver-ticalmente sequenciado, para a conversão do material de combustível carbonáceo sólido, em um gás de síntese limpo (alcatrão baixo) em um gaseificador compreendendo: i) uma zona de pirólise, ii) uma zona de oxidação parcial, localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, e separada da zona de pirólise através de um membro de separação, que compreende uma pluralidade de respiradores angulados a montante; iii) uma zona de redução localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, e compreendendo um piso perfurado inclinado, uma ou mais aberturas localizadas centralmente, em relação ao piso perfurado, e um defletor localizado centralmente; o piso sendo inclinado para baixo e para dentro, em direção a uma ou mais aberturas, em que o piso perfurado é configurado, dimensionando as perfurações naquele lugar, para em primeiro lugar permitir a passagem de gás de síntese através, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise obtido na zona de pirólise; o processo compreende as etapas de: a) alimentar o material de combustível carbonáceo, através de uma porção superior da zona de pirólise, verticalmente para baixo na direção da porção inferior da zona de pirólise, enquanto piro- lizando o combustível para dentro da pirólise vaporosa, compreendendo material de hidrocarboneto, e resíduo de pirólise bruta que compreende carvão animal e cinza; b) opcionalmente adicionando um primeiro oxidante para a porção inferior da zona de pirólise, a fim de alcançar uma temperatura de mais de 200°C; c) dirigir a pirólise vaporosa para a zona de oxidação parcial (POX), e direcionar o resíduo de pirólise para baixo para a zona de redução, através do membro de separação; d) adicionar um segundo oxidante na zona de oxidação parcial, a fim de alcançar uma temperatura suficiente para reformar a pirólise vaporosa em gás de síntese bruto, contendo níveis de alcatrão significativamente reduzidos; e) formar um leito de resíduo de pirólise, tendo uma profundidade uniforme, a partir do resíduo de pirólise de alcatrão formado na etapa c) sobre o piso da zona de redução; f) passar o gás de síntese bruto da etapa d) para baixo, através do leito de resíduo de pirólise bruta, formado na etapa e), e realizando uma reação endotérmica entre CO2 e/ou H2O, em gás de síntese bruto e carbono de carbonizar, no leito do resíduo de pirólise, enquanto controlando a queda de pressão na zona de redução, o tempo de residência e a velocidade do espaço de fluxo de gás de síntese bruto, durante a reação endotérmica, para formar gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão, e um resíduo de pirólise descarbonizada; g) passar o gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão da etapa f), em um fluxo contra a corrente a montante, para aquecer a zona de pirólise e subsequentemente refrigerar o gás de síntese melhorado substancialmente livre; h) coletar o gás de síntese melhorado; e i) coletar o resíduo de pirólise descarbonizado do fundo do gaseificador.
[0015] De acordo com um aspecto da presente invenção, é forne cido um sistema para um processo de gaseificação contínuo de múltiplos estágios, verticalmente sequenciado para a conversão de material de combustível carbonáceo sólido, em gás de síntese limpo (alcatrão baixo), o sistema compreendendo: i) uma zona de pirólise para converter o combustível em pirólise vaporosa, compreendendo material de hidrocarboneto, e resíduo de pirólise bruta rico em carbono, compreendendo carbonizado e cinza; ii) uma zona de oxidação parcial localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, para a conversão do material de hidrocarboneto em pirólise vaporosa no gás de síntese bruto, compreendendo H2, CO e CO2; iii) uma zona de redução endotérmica localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, para converter o gás de síntese bruto em gás de síntese melhorado, e para reduzir o teor de carbono do resíduo de pirólise bruta, para obter resíduo de pi- rólise descarbonizado; iv) um membro de separação localizado entre a zona de pirólise e a zona de oxidação parcial, o membro de separação compreendendo uma pluralidade de respiradores angulados a montante, para possibilitar a pirólise vaporosa entrar na zona de oxidação parcial, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruta através dela, e o membro de separação sendo configurado para dirigir o resíduo de pirólise para dentro da zona de redução; v) uma porta de saída para o resíduo de pirólise descarbonizado, localizado a jusante da zona de redução; vi) uma saída para o gás de síntese melhorado, localizada a jusante da zona de redução; vii) uma zona de redução compreendendo um piso inclinado perfurado, uma ou mais aberturas localizadas centralmente, em relação ao piso perfurado, de um defletor localizado centralmente, o piso sendo inclinado para baixo e para dentro, em direção a uma ou mais aberturas, e configurado pelo dimensionamento das perfurações naquele lugar, para possibilitar a passagem em primeiro lugar do gás de síntese bruto através da direção da saída, para o gás de síntese melhorado e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruta, e uma ou mais aberturas estando em comunicação fluídica com a porta de saída, e configuradas para possibilitar a passagem do resíduo de pirólise descarbonizada através dela.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0016] A Figura 1 é um desenho esquemático representando o sis tema, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0017] A Figura 2 é um desenho esquemático representando a oxidação e as zonas de redução de um sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0018] A Figura 3 é um desenho esquemático representando a oxidação e as zonas de redução de um sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0019] A Figura 4 é um desenho esquemático representando a oxidação e as zonas de redução, de um gaseificador e o processo da técnica anterior;
[0020] A Figura 5 é um desenho esquemático representando a oxidação e as zonas de redução de outro gaseificador e o processo da técnica anterior;
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0021] Como usado aqui no presente, o termo "cerca de" refere-se a uma variação de +/-10% do valor nominal. Deve ser compreendido que tal variação está sempre incluída em um dado valor fornecido aqui no presente, quer seja ou não seja especificamente referido.
[0022] O termo "material de hidrocarboneto", usado aqui no pre sente, inclui hidrocarbonetos tais como metano, e outro hidrocarboneto contendo material obtido pela pirólise de um combustível, que é co- mumente referido como alcatrão, ou alcatrão orgânico, ou bioalcatrão.
[0023] O termo "carbonizar" usado aqui no presente, inclui um ma terial sólido que permanece depois de gases leves e alcatrão terem sido afastados, ou liberados do material carbonáceo, durante o estágio inicial de decomposição da biomassa, que é conhecido como carbonização, carbonizando, desvolatilização ou pirólise.
[0024] A menos que definido de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos usados aqui no presente têm o mesmo significado, como normalmente entendido por uma pessoa de conhecimento comum na técnica à qual esta invenção pertence.
[0025] Em um aspecto da presente invenção, é fornecido um pro cesso de gaseificação contínuo de múltiplos estágios, verticalmente sequenciado para a conversão de material sólido de combustível car- bonáceo, em um gás de síntese limpo (baixo alcatrão), em um gaseifi- cador compreendendo uma zona de pirólise, uma zona de oxidação parcial localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, e uma zona de redução localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, e compreendendo um piso/base perfurado inclinado, uma ou mais aberturas localizadas radialmente no interior do piso perfura-do, e um defletor localizado centralmente. O piso é inclinado para baixo e para dentro, na direção de uma ou mais aberturas, em que o piso perfurado é configurado, pelo dimensionamento das perfurações naquele lugar, para em primeiro lugar possibilitar a passagem do gás de síntese através delas, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise que pode ser obtido na zona de pirólise.
[0026] O processo da presente invenção é realizado alimentando o material de combustível carbonáceo, através da porção superior da zona de pirólise verticalmente para baixo, na direção da porção inferior da zona de pirólise, enquanto piroliza o combustível dentro da pirólise vaporosa, compreendendo hidrocarbonetos tais como metano e alcatrão, resíduo de pirólise bruto compreendendo carbonização, cinza e carbono. Um primeiro oxidante é opcionalmente adicionado para a porção inferior da zona de pirólise, para alcançar uma temperatura maior do que 200°C.
[0027] As pirólises vaporosas são dirigidas para a zona de oxida ção parcial (POX), e o resíduo de pirólise bruta formado na zona de pirólise, é dirigido para baixo para a zona de redução, através de um membro de separação posicionado entre a zona de pirólise e a zona de oxidação parcial. O membro de separação compreende uma pluralidade de respiradores angulados a montante, para possibilitar a piróli- se vaporosa entrar somente na zona de oxidação parcial. Um segundo oxidante é depois adicionado na zona de oxidação parcial, para alcan- çar uma temperatura maior do que 900°C, a fim de reformar a pirólise vaporosa em gás de síntese bruto, contendo níveis de alcatrão signifi-cativamente reduzidos.
[0028] Um leito de resíduo de pirólise que tem uma profundidade uniforme, é formado no piso/base da zona de redução, e o gás de síntese bruto formado em primeiro lugar na zona de oxidação parcial, e opcionalmente na zona de pirólise, é passado para baixo através do leito de resíduo de pirólise, para realizar uma reação endotérmica entre CO2 e H2O, no gás de síntese e no carbono da carbonização, no leito do resíduo de pirólise, enquanto controlando a queda de pressão da zona de redução, o tempo de permanência e a velocidade do espaço de fluxo do gás de síntese, durante a reação endotérmica, para formar gás de síntese bruto, substancialmente livre de alcatrão, para reduzir o teor de carbono no resíduo de pirólise, dessa maneira formando um resíduo de pirólise descarbonizado. Essa etapa pode também reduzir a temperatura do gás de síntese bruto, quando comparado à temperatura da zona de oxidação parcial. O gás de síntese substancialmente melhorado livre de alcatrão, é depois transportado em fluxo contra a corrente a montante, em contato térmico indireto com a zona de pirólise, para aquecer a zona de pirólise e subsequentemente refrigerar o gás de síntese substancialmente livre de alcatrão, antes de coletar o mesmo.
[0029] Em algumas modalidades da presente invenção, o proces so é realizado sob pressão, preferivelmente até vácuo total, vácuo parcial e menos do que 600 psig, mais preferivelmente entre parcial e 100 psig.
[0030] Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo oxidan tes independentemente compreendem ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85% em peso, oxigênio com pureza maior do que 95% em peso, ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro oxidante e/ou o segundo oxidante ainda compreende H2O (vapor) e/ou CO2.
[0031] Em algumas modalidades, o primeiro oxidante e o segundo são os mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro oxidante e o segundo são de composições diferentes.
[0032] Em algumas modalidades, o primeiro oxidante compreende ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85% em peso, oxigênio com pureza maior do que 95% em peso, ou uma combinação dos mesmos, e o segundo oxidante compreende pelo menos um de ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85% em peso, oxigênio com pureza maior do que 95% em peso, pré-mixado com H2O e/ou CO2.
[0033] Em algumas modalidades do processo da presente inven ção, a composição do gás de síntese formado tem um coeficiente de H2:CO a partir de cera de 0.5:1 a cerca de 1.5:1, preferivelmente cerca de 0,8:1 a cerca de 1:1.
[0034] Em algumas modalidades do processo da presente inven ção, o material do combustível de carbonáceo compreende combustível de biomassa selecionado de lascas de madeira, lascas de bloquear via férrea, madeira residual, resíduo de silvicultura, lama de esgoto, coque de petróleo, carvão, Resíduo Sólido Municipal (MSW - “ Municipal Solid Waste”), Combustível Derivado de Resíduo (RDF - “Refuse Derived Fuel”), ou qualquer combinação.
[0035] Em algumas modalidades do processo da presente inven ção, o combustível de biomassa é formado por lascas, trituração, ex- trusão, processamento mecânico, compactação, peletização, granulação ou processo de esmagamento. Em algumas modalidades, o bio- combustível pulverizado com, revestido com ou impregnado com materiais carbonáceos líquidos ou sólidos é usado.
[0036] Em algumas modalidades do processo da presente inven- ção, a temperatura do estágio de POX é maior do que 1250°C, ou maior do que uma temperatura de fusão de cinza para criar escória líquida.
[0037] Em algumas modalidades da presente invenção, o proces so ainda compreende adicionar uma câmara de separação de escória adicional para remover e extinguir a escória líquida, para formar um subproduto não lixiável para disposição segura.
[0038] Em algumas modalidades da presente invenção, o processo ainda compreende processar e refrigerar o gás de síntese sem alcatrão para ser usado para geração de energia elétrica e produção química, tal como metanol, gasolina DME, e líquidos Fischer Tropsch, tais como diesel de síntese, combustível de jato sintético e cera sintética.
[0039] O processo da presente invenção pode ser executado intei ramente em uma câmara, ou em câmaras separadas, ou uma combinação de câmaras, em uma configuração vertical.
[0040] Em outro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema para um processo de gaseificação, para um múltiplo estágio contínuo verticalmente sequenciado, para a conversão do material de combustível carbonáceo sólido em gás de síntese limpo (baixo alcatrão). O sistema da presente invenção compreende uma zona de piró- lise para converter o combustível em pirólise vaporosa, compreendendo hidrocarbonetos, e resíduo de pirólise bruto rico em carbono, compreendendo carbonização e cinza, uma zona de oxidação parcial localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, para a conversão dos hidrocarbonetos na pirólise vaporosa, em gás de síntese bruto compreendendo H2, CO e CO2, e uma zona de redução endotérmica, localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, para converter o gás de síntese bruto em gás de síntese melhorado, e para reduzir o teor de carbono do resíduo de pirólise bruto, a fim de obter resido de pirólise descarbonizado.
[0041] Em algumas modalidades do sistema da presente inven ção, a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução estão contidas dentro do recipiente/câmara. Em algumas modalidades, a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução estão contidas em câmaras separadas, dispostas em uma configuração vertical.
[0042] Em algumas modalidades, a porção mais baixa da zona de pirólise tem um perímetro maior do que aquele da porção superior. Em algumas modalidades, a zona de pirólise tem um perímetro aumentando gradativamente em direção à porção mais baixa.
[0043] Em algumas modalidades da invenção, qualquer uma ou todas as porções das paredes da câmara, definindo a inclinação da zona de pirólise, ligeiramente e/ou gradativamente para fora do topo da biomassa, o nível de preenchimento para o ponto mais baixo, em que a quantidade reduzida de carbonização está presente, em que o fundo da câmara é maior em área/perímetro do que o topo da câmara. Isto possibilita o material de biomassa avançar sem sustentar e estabelecer ligação, o que ainda fornece fluxo estável contínuo avançando o biocombustível e o gás de síntese.
[0044] Um membro de separação é posicionado entre a zona de pirólise e a zona de oxidação parcial. O membro de separação compreende uma pluralidade de respiradores angulados a montante, ou aberturas, para possibilitar a pirólise vaporosa entrar na zona de oxidação parcial, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruto através dela. O membro de separação é também configurado para dirigir o resíduo de pirólise bruto para dentro da zona de redução. O sistema ainda compreende uma porta de saída para o resíduo de pirólise descarbonizado, posicionado a jusante da zona de redução, e uma saída para o gás de síntese melhorado, posicionado depois da zona de redução.
[0045] Em algumas modalidades, o membro de separação é uma membrana aquecida hemisférica inclinada, ou de cerâmica cônica.
[0046] O membro de separação fisicamente suporta o combustível avançando para baixo durante a pirólise, para dirigir o avanço do resíduo de pirólise bruta, compreendendo carbonização e cinza, na direção da zona de redução, e aquecimento dos estágios finais da zona de pirólise.
[0047]A zona de redução é configurada para formar um leito do resíduo de pirólise, que tem uma altura/profundidade e largura radial uniformes. A zona de redução é fornecida com um piso inclinado perfurado, uma ou mais aberturas localizadas no centro do piso perfurado, e um defletor localizado centralmente. O defletor pode ser de qualquer tamanho e forma, tal como quadrado, retangular, cônico ou cilíndrico.
[0048] O piso na zona de redução é inclinado para baixo e para dentro, na direção de uma ou mais aberturas, e configurado pelo di-mensionamento das perfurações naquele lugar, para possibilitar a passagem em primeiro lugar do gás de síntese bruto, através dele e na direção da saída para o gás de síntese melhorado, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruto. As uma ou mais aberturas são colocadas em comunicação fluídica com a porta de saída, para possibilitar a passagem do resíduo de pirólise descarbonizado através dela.
[0049] A inclinação do piso é maior do que 0° para maior do que o ângulo do repouso material do resíduo de pirólise bruta. Em algumas modalidades, a inclinação do piso perfurado é a partir de 30% menos do que 30% mais do que o ângulo natural de repouso do resíduo de pirólise. Em algumas modalidades, a inclinação do piso se aproxima do ângulo natural de repouso do resíduo de pirólise.
[0050] Em algumas modalidades, a inclinação do piso perfurado é entre 0° a cerca de 60°. Em algumas modalidades, o ângulo do piso perfurado é cerca de 30° a cerca de 40°.
[0051] Em algumas modalidades, a zona de redução é ainda for necida com um primeiro mecanismo, configurado para intermitentemente ou continuamente mover o resíduo de pirólise do piso perfurado para as uma ou mais aberturas. Em algumas modalidades, o mecanismo compreende um ou mais corpos de impulso, configurados para mover ao longo de uma via ao redor do defletor, os corpos de impulso localizados próximo ao piso perfurado e para fora de uma ou mais aberturas. Em algumas modalidades o corpo de impulso compreende um ou mais braços se estendendo radialmente para fora de uma ou mais aberturas. Em algumas modalidades os braços radiais têm uma face angulada, configurada para entrar em contato e empurrar uma porção do resíduo de pirólise na direção de uma ou mais aberturas, durante o movimento do corpo de impulsionar. Em algumas modalidades, o mecanismo é configurado para mover uma dada distância ao longo do caminho.
[0052] Em algumas modalidades, o mecanismo é associado com um controlador configurado para operar o mecanismo, dependendo de uma pressão diferencial medida em um local antes do leito de resíduo de pirólise, e um local depois do piso perfurado.
[0053] Em algumas modalidades, a zona de redução ainda com preende um segundo mecanismo, operável para empurrar o resíduo de pirólise descarbonizado, da porção inferior de um leito para esse fim em direção aos portos de saída.
[0054] Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo meca nismos são operáveis, independentemente um do outro. Em algumas modalidades, o primeiro e o segundo mecanismos são integrais.
[0055] Em algumas modalidades da invenção, o sistema ainda compreende um invólucro externo, que tem uma entrada de invólucro em comunicação com a saída do gás de síntese, e um invólucro de saída, em que o invólucro de saída rodeia / circunda a zona de piróli- se, a zona de oxidação parcial e a zona de redução, a fim de formar um canal para o fluxo do gás de síntese, na direção da saída do invólucro. Em algumas modalidades, a saída do invólucro é fornecida em uma porção superior do invólucro, para possibilitar o gás de síntese se mover para cima no canal, para fornecer contato térmico indireto entre o gás de síntese e a zona de pirólise.
[0056] Em algumas modalidades do sistema da presente inven ção, a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução estão compreendidas dentro de recipientes/câmaras separadas.
[0057] Detalhes adicionais em relação ao sistema e ao processo da presente invenção, são discutidos com referências às figuras.
Sistema e Aparelho
[0058]A Figura 1 ilustra um diagrama esquemático simplificado mostrando a configuração geral de um sistema, para um processo de gaseificação sequenciado verticalmente de múltiplos estágios, para a conversão de material de combustível carbonáceo sólido em gás de síntese limpo (alcatrão baixo). As Figuras 2 e 3 ilustram um diagrama simplificado, mostrando componentes do sistema da presente invenção.
[0059]Com referência à Figura 1, o sistema 1 compreende uma zona de pirólise 20 verticalmente sequenciada, uma zona de oxidação 30 parcial POX e uma zona de redução 40, dentro de uma câmara alongada 10. A zona de pirólise 20 e a zoina de POX 30 são separadas por um membro de separação 32, tal como uma membrana de cerâmica aquecida, invertida ou inclinada hemisférica ou cônica. O membro de separação ainda compreende respiradouros angulados para cima 34, para fornecer um meio de separação para a pirólise vaporosa, em que a pirólise vaporosa 26 é dirigida para dentro da zona de POX, enquanto se eleva para cima na zona de POX, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise 24 através dela, enquanto dirigindo a mesma para a zona de redução. O ângulo dos respiradouros pode ser qualquer ângulo, entre substanci- almente horizontal para substancialmente vertical.
[0060] A zona de redução 40 compreende um piso inclinado perfu- rado/base 42, uma ou mais aberturas 46 localizadas centralmente em relação ao piso perfurado, e um defletor/difusor 48 centralmente localizado. O piso é inclinado para baixo e para dentro na direção de uma ou mais aberturas, e configurado pelo dimensionamento das perfurações 44 a esse respeito, para possibilitar em primeiro lugar a passagem do gás de síntese bruto através dela, em direção à saída 50 para o gás de síntese 49 melhorado, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruto, e a uma ou mais aberturas 46 estão em comunicação fluídica com a porta de saída 56, e configuradas para possibilitar a passagem do resíduo de pirólise descarbonizado 52, através dela em direção da porta de saída 56.
[0061] Como mostrado na Figura 2, o piso perfurado/base é espa çado a uma distância D do membro de separação, de tal maneira que o resíduo de pirólise bruto, compreendendo cinza/carbonização bruta 24 caindo da zona de pirólise, é dirigido pela gravidade para efetivamente se acumular sobre o piso inclinado perfurado, para formar um leito de resíduo de pirólise 28 tendo uma profundidade uniforme desejada d, (em que o valor de "d’ é igual a ou menor do que "D"), e uma largura radial uniforme desejada "h".
[0062] A inclinação do piso θ é maior do que 0° para maior do que o ângulo do material em repouso do resíduo de pirólise bruto, ou de 30% menos do que 30% mais do que o ângulo natural do repouso do resíduo de pirólise. Em algumas modalidades, o ângulo do piso se aproxima do ângulo natural de repouso do resíduo de pirólise.
[0063] Na modalidade ilustrada na Figura 1, as câmaras definindo a zona de pirólise, a zona de POX e a zona de redução são circundadas por um invólucro 60, que tem uma entrada de invólucro 62 na porção mais baixa, em comunicação fluídica com a saída do gás de sínte- se melhorado 50, fornecido a jusante do leito de pirólise 28, uma saída do invólucro 64 na sua porção superior, em que a entrada do invólucro 62 recebe um gás de síntese melhorado 49 da saída do gás de síntese 50, e o invólucro forma um canal para o fluxo do gás de síntese para cima, na direção da saída do invólucro 64.
[0064] A Figura 3 mostra um exemplo em que a zona de redução do sistema compreende um primeiro mecanismo 70, que compreende um corpo de impulsionar 72 compreendendo dois ou mais braços 74 que se estendem radialmente para fora, em relação à abertura 46 para intermitentemente ou continuamente mover o resíduo de pirólise do piso perfurado 42 em direção à abertura 46. O sistema também compreende um segundo mecanismo 80, mecanismo operável para impulsionar o resíduo de pirólise descarbonizado 52, de um leito mais baixo 54 em direção às portas de saída 56.
PROCESSO DE GASEIFICAÇÃO ESTÀGIO 1: Reação de pirólise na Zona 20
[0065] Com referência à Figura 1, o material de combustível car- bonáceo/biocombustível 12/16 é alimentado na porçãode topo 18 da zona de pirólise, em aproximadamente 50°C a 100°C e o processo de pirólise é iniciado por gradativamente aquecer a zona de pirólise para mais de 100°C, preferivelmente maior do que 200°C, mais preferivelmente maior do que 400°C, em que a pirólise vaporosa 26 (principalmente metano CH4, hidrogênio e alcatrão) e resíduo de pirólise bruto 24, compreendendo cinza e carbonizado são formados enquanto, avançando verticalmente através da gravidade para baixo. O primeiro oxidante 22, que pode ser oxidante puro ou misturado, é opcionalmente adicionado à porção mais baixa ou média da zona de pirólise 20, para controlar a temperatura da zone e o avanço do processo de redução de biomassa da pirólise. A reação da pirólise é mostrada no esquema abaixo. BioFuel + energia de aquecimento + oxidante opcional ^ H2 + CH4 + CO2 + carbonização + alcatrão
[0066] A pirólise vaporosa geralmente contém porção relativamen te alta de alcatrões voláteis, derivados do processo de pirólise, que normalmente causam problemas de entupimento e incrustação significativos, se condensados e refrigerados em um sistema a jusante, resultam em uma confiabilidade muito baixa do gaseificador e um desempenho em fluxo.
[0067] Quando o material de combustível carbonáceo / biocom- bustível avança, verticalmente na direção da porção mais baixa da zona de pirólise vertical 20, o combustível vai reduzir por mais de 70% em peso para carbonizar, ou comumente conhecido como "carvão de madeira", com densidade significativamente mais baixa do que o bio- combustível alimentado. A configuração vertical com perímetro aumentando, revelada no presente pedido, possibilita a gravidade dirigir o biocombustível consistentemente, e uniformemente avançar verticalmente, através do estágio de pirólise. Isto inerentemente fornece uma produção estável e consistente do gás de síntese.
[0068] O resíduo de pirólise 24 é avançado pela gravidade para baixo e distribuído para a região externa da membrana aquecida, e cai através de intervalos horizontais na periferia externa da membrana, verticalmente para baixo para formar um leito de resíduo de pirólise 28 na zona de redução endotérmica. A membrana de cerâmica é tipicamente apropriada para a temperatura operacional máxima contínua de mais do que 2000 °C (3600 °F).
[0069] Um distribuidor mecânico rotativo apropriado (não mostra do) pode ser colocado na superfície 18 da zona de pirólise 20, para uniformemente espalhar a alimentação de biomassa 16 no topo da zona de pirólise. A igual ou mesma altura da biomassa possibilita a redução da biomassa para fluir consistentemente e estavelmente, através do estágio de pirólise, e produzir um fluxo estável muito desejável do gás de síntese. ESTÀGIO 2: Oxidação Parcial POX na Zona 30
[0070] Um segundo oxidante 36, puro ou misturado, é adicionado abaixo da membrana aquecida 32 na zona de POX 30, para criar uma temperatura de oxidação parcial de mais do que 900°C, mais preferível mais do que 1000°C, até 1250°C para não se converter em escória, e maior do que 1250°C, ou uma temperatura de fusão de cinza para se converter em escoria. A pirólise vaporosa 26 passa através de respiradouros angulados para cima 34 da zona de pirólise, e são parcialmente oxidados com o segundo oxidante puro, para reformar a pirólise vaporosa para gás de síntese bruto 38, consistindo principalmente de CO, CO2 e H2, com concentrações mais baixas de CH4, e inertes tais como N2, e Ar, e concentrações significativamente reduzidas de alcatrão. A composição de inertes no gás de síntese bruto 38 é dependente principalmente da composição e qualidade do oxidante.
[0071] O oxidante puro ou misturado pode ser ar (contendo nitro gênio), ar enriquecido (contendo porção baixa de nitrogênio), O2 de pureza relativamente alta ( > 85 % em peso de O2, preferivelmente maior do que 95 % em peso, e mais preferivelmente maior do que 98 % em peso, para evitar depuração inerte não eficiente), ar ou O2 misturado com CO2 e ou vapor (H2O). O CO2 e o H2O podem ser prémistu- rados com o segundo oxidante e usados na zona de POX, a fim de controlar a temperatura, se O2 ou o ar enriquecido é usado. Metano externo CH4 pode também ser misturado no oxidante, para adicionar energia de calor para controlar a temperatura da zona de POX, se necessário. ESTÁGIO 3: Redução Endotérmica na Zona 40:
[0072] Com o leito de resíduo de pirólise uniforme 28, tendo pro fundidade de largura h uniformes, a velocidade do espaço de fluxo do gás de síntese bruto é consistente, e a queda de pressão é baixa e consistente, para maximizar os benefícios e efeito da reação endotér- mica na zona de redução. O gás de síntese bruto vaporoso 38 rico em CO2 e/ou vapor (H2O), e contendo uma concentração reduzida de alcatrão, passa em contato com o leito quente uniforme 28 de cinza / carbonização rico em carbono, dessa maneira as reações a seguir ocorrem para formar o gás de síntese melhorado 49: C + CO2 ^ 2CO 1 ΔH = +13.369 kJ/kg C + H2O ^ CO + H2 2 ΔH = +9.846 kJ/kg
[0073] As temperaturas altas do gás de síntese bruto POX carre gam entalpia física suficiente, CO2 e/ou H2O para dirigir as reações de carbonização endotérmica. Concentrações de alimentação mais elevadas, e quantidades de CO2 e vapor (H2O) variadas, podem ser adicionadas ao segundo oxidante no estágio 2, para otimizar as reações 1 e 2 no estágio 3, e maximizar a conversão de carbono do alcatrão. Os níveis de alimentação de CO2 e H2O, maiores do que os níveis estequiométricos, podem também ser adicionados ao oxidante, para refrigerar a temperatura da zona de POX para abaixo de 1250°C, se o oxidante usado é O2 concentrado, com níveis baixos ou sem níveis de N2.
[0074] O gás de síntese bruto 38, contendo nível reduzido de alca trão, em uma temperatura maior do que 900°C, é dirigido verticalmente para baixo, através do leito de carbonizar distribuido do mesmo modo 28, na zona de redução. Isto resulta nos benefícios a seguir muito desejáveis; 1. O gás de síntese bruto é refrigerado pelas reações endo- térmicas (1) e (2), para uma temperatura menor do que a temperatura da zona de POX. Em algumas modalidades, a temperatura de gás de síntese melhorada, deixando a zona de redução, é de cerca de 600°C ou menos. 2. O gás de síntese bruto é depurado substancialmente claro, de todo alcatrão remanescente, para formar gás de síntese melhorado livre de alcatrão, eliminando todas as ligações ou procuras de um equipamento a jusante. 3. A quantidade maior de gás de síntese melhorada é produzida, melhorando a eficiência total da conversão de carbono e a eficiência do gás refrigerado do processo, 4. O gás de síntese melhorado puro, tendo maior valor calorífico, é formado. 5. A cinza bruta ou carbonização é significativamente reduzida em teor de carbono formando resíduo descarbonizado, e possibilitando o mesmo ser usado com segurança, como fertilizante ou eliminação segura. 6. O teor de carbono da cinza pode ainda ser regularizado reduzindo o tempo de permanência no estágio 3, para intencionalmente produzir uma cinza com carbono, bem conhecida como cinza de carbono, usada para a produção comercial de briquetes, ou fertilizante biocarbonizado.
[0075] Como mostrado na Figura 1, o gás de síntese melhorado limpo 49, em cerca de 600°C e substancialmente livre de todo alcatrão e particulados sólidos, passa concentricamente da redução/estado en- dotérmico e surge verticalmente no canal formado pelo arcabouço (invólucro) 60, em que a energia de calor do gás de síntese é indiretamente transferida contra a corrente, na sequência vertical inversa, para o estágio de pirólise, desse modo ainda refrigerando o gás de síntese bruto, e fornecendo energia de calor para o estágio de pirólise. O gás de síntese melhorado sai do gaseificador abaixo de 600°C, mais preferido entre 500°C a 600°C. Qualquer forma de configuração ou meios de transferir calor melhorado, conhecidos daqueles versados na técnica, podem ser usados para efetuar o processo de transferência máxima de calor. O gás de síntese melhorado refrigerado 66 é coletado no topo do gaseificador, e é transferido para limpeza e processamento adicionais. O gás de síntese limpo, substancialmente livre de todo alcatrão, pode ser usado em motores para gerar energia elétrica e/ou produção química como DME, Metanol, ou produtos de Fischer Tropsch, tais como diesel sintético.
[0076] Os inventores da presente invenção surpreendentemente descobriram que a configuração do membro de separação, para dirigir o resíduo bruto de pirólise/alcatrão para dentro da zona de redução, junto com a presença do piso inclinado perfurado, uma ou mais aberturas localizadas interiormente/centralmente, em relação ao piso perfurado, e um defletor localizado centralmente na zona de redução, como descrito no presente pedido, resulta na formação de um leito de redução do resíduo de pirólise, que tem uma profundidade substancialmente uniforme d, e largura h, como ilustrado na Fig. 2.
[0077] O leito uniforme fornece a queda de pressão uniforme críti ca, e a distribuição de fluxo do gás de síntese bruto, a partir da zona de pirólise sobre o resíduo inteiro ou leito de alcatrão, que facilita o fluxo consistente e a qualidade consistente do gás de síntese bruto e cinza limpa.
[0078] O leito de resíduo de pirólise uniforme, promove uma rea ção endotérmica eficiente entre CO2 e H2O no gás de síntese e teor de carbono no resíduo de pirólise, e controlando a zona de redução do tempo de permanência e a velocidade de espaço de fluxo do gás de síntese, durante a reação endotérmica, com risco reduzido de canalização, resulta na formação de gás de síntese bruto substancialmente livre de alcatrão, redução do teor de carbono no resíduo de pirólise, e redução na temperatura do gás de síntese bruto, quando comparado à temperatura da zona de oxidação parcial.
[0079] Em algumas modalidades, o gás de síntese substancial- mente livre de alcatrão compreende menos do que 200 ppm de alcatrão. Em algumas modalidades o alcatrão é menos do que 100 ppm, ainda em algumas modalidades, o alcatrão é menos do que 50 ppm. Em algumas modalidades, o gás de síntese substancialmente livre de alcatrão compreende menos do que 10 ppm de alcatrão.
[0080] Na modalidade, quando a temperatura do Estágio 2 é ope rada acima da temperatura de fusão de cinza, tipicamente acima de 1200°C, então uma escória líquida é formada, que pode ser separada, extinta e convertida para sólido vitrificado, que não é lixiviado e seguro para dispor em meios normais. A cinza, em qualquer forma, é removida do gaseificador e refrigerada para armazenamento e remoção.
[0081] Com ilustrado na Figura 4, em gaseificadores da técnica anterior precoce, não tendo defletor no centro do piso da zona de redução 142, resultou na formação de leito de carbonização desigual 128. Devido ao ângulo de repouso muito alto do resíduo de piróli- se/alcatrão caindo 124, a diferença de altura entre a porção central do leito de redução e as porções periféricas e tão grande que o gás de síntese bruto simplesmente canaliza através da via de queda de pressão mais baixa, e elimina qualquer efeito de redução. Como visto na Figura 4, para uma quantidade crítica de gás de síntese bruto 138, passando através da área central do leito de redução, que representa o máximo ou quase todo o gás, a perda da pressão do gás é significativamente menor do que a área da borda, e o gás passando através dessa área não seria capaz de e submeter à reação endotérmica, para alcançar os resultados desejados de formar gás de síntese melhorado e resíduo de pirólise descarbonizada.
[0082] A Figura 5 ilustra outro gaseificador da técnica anterior, que incorpora um cilindro de homogeneizar 148 no centro do piso da zona de redução. Entretanto, este arranjo também falta fornecer um leito de carbonizar de profundidade uniforme, e promove a canalização do gás de síntese com resultados indesejáveis. Como visto nesta figura, o resíduo bruto de pirólise 124 cai com ângulo substancial de permanência, para formar um leito desigual 128, que também resulta em uma reação de redução não eficaz, levando a gás de síntese de baixa qualidade 149 e resíduo de pirólise 152.
[0083] Fluxos de alimentação típicos 12 podem incluir madeira lascada, peletizada, em pedaços ou processada mecanicamente, entulho de madeira de construção, carvão, coque de petróleo, madeira de resíduos florestais com ou sem material verde e casca, escória sólida de esgoto, resíduo sólido municipal selecionado (MSW), combustível derivado de lixo controlado (RDF), contendo composições específicas de plástico e biomassa, resíduo agrícola, ou qualquer mistura ou combinações dos materiais acima. O Valor do Aquecimento desses materiais varia de 3000 a 6000 BTU/lb por MSW, para 7000 BTU/lb por RDF, para 7000 BTU/lb por lascas de madeira, a 10000 BTU/lb para carvão, para 13000 BTU/lb para coque de petróleo. Em uma modalidade adicional, o combustível de biomassa pode ser pulverizado, revestido ou impregnado com materiais carbonáceos líquidos ou sólidos, para melhorar o processo gaseificador. Todos os materiais de alimentação de biomassa 12 podem conter níveis de umidade de 0 a 50% em peso, dessa maneira o resíduo de calor do gaseificador é usado para secar materiais para 5 a 15 % em peso, preferido para 10 a 12 % em peso, antes de ser alimentado para o gaseificador. Meios de secagem integrados 14, usando excesso de nível de energia de calor do processo de Gaseificar Biomassa, aumenta toda a eficiência térmica da unidade. O teor de umidade da biomassa pode variar das estações de verão para as de inverno. O material de biomassa é tipicamente dimensionado de +1mm a -100 mm, bem conhecido daqueles versados na técnica, para facilitar o manuseio favorável do material e as propriedades de fluxo.
[0084] O tamanho ou forma física de cada estágio do processo e zona de gaseificador, pode variar e ser ajustado por aqueles versados na técnica, e podem ou não podem ser fisicamente os mesmos para cada estágio. A chave é que os estágios e zonas são configurados na sequência correta, ou mais preferido, na sequência vertical correta para realizar os resultados desejados como descrito.
[0085] O processo de gaseificação de biomassa pode ser realiza do em vasos separados, ou agrupamentos de vasos ou, mais preferido, em um único vaso desde que a sequência do processo e a sequência de fluxo vertical sejam realizadas como revelado, para criar o desempenho novo do processo desejado.
[0086] O processo pode ser operado em qualquer pressão, para acomodar a integração econômica com os processos a jusante, ou o processo de gaseificação da biomassa deve ser apropriadamente equipado, com meios de compressão de gás de síntese. A título de exemplo, o processo pode ser operado em condições ligeiramente de vácuo a pressão quase atmosférica, para aplicações de geração de energia elétrica, em que uma ventoinha de soprador impusionador de gás de síntese, é usada para criar uma pressão de 1 a 10 psig, para alimentar para os motores de gás de síntese dirigindo geradores elétricos. Em outro exemplo, o processo do gaseificador de biomassa pode operar a 10 até 100 psig, alimentando gás de síntese para um compressor de gás apropriado, bem conhecido daqueles versados na técnica, para intensificar a pressão para 300 a 500 psig, para o processo em uma unidade Fischer-Tropsch, para a produção de produtos sintéticos tais como diesel sintético.
[0087] Outras características, tais como várias operações da uni dade de limpeza de gás de síntese, incluindo operações da unidade tais como alta eficiência, separador particulado de temperatura alta ou filtro de cerâmica, são adiconados para remover partículas finas do gás de síntese bruto. Essas características podem ser integradas diretamente na unidade do gaseificador, ou ser instaladas diretamente a jusante do gaseificador para efetuar o processo.
[0088] É óbvio que as modalidades anteriores da invenção são exemplos, e podem ser variadas de muitas maneiras. Tais variações presentes ou futuras não devem ser interpretadas como uma saida do espírito e escopo da invenção, e todas tais modificações, como deverá ser óbvio para a pessoa versada na técnica, são destinadas para ser incluídas dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (29)

1. Processo de gaseificação contínua de múltiplos estágios verticalmente sequenciada, para a conversão de material de combustível carbonáceo sólido em um gás de síntese de baixo alcatrão em um gaseificador caracterizado pelo fato de que compreende: i) uma zona de pirólise, ii) uma zona de oxidação parcial localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, e separada da zona de pirólise através de um membro de separação, que compreende uma pluralidade de respiradores angulados a montante; iii) uma zona de redução localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, e compreendendo um piso perfurado angulado, uma ou mais aberturas localizadas centralmente, em relação ao piso perfurado angulado, e um defletor localizado centralmente; o piso perfurado angulado sendo inclinado para baixo e para dentro, em direção a uma ou mais aberturas, em que o piso perfurado é configurado, dimensionando as perfurações naquele lugar, para permitir a passagem de um gás de síntese bruto através dele, e para inibir a passagem de um resíduo de pirólise bruto obtido na zona de pirólise, em que a inclinação do piso perfurado é de 30% menos do que a 30% mais do que um ângulo natural de permanência do resíduo de pirólise, ou maior do que zero grau e menor do que 60 graus; o dito processo compreendendo as etapas de: a) alimentar o material de combustível carbonáceo sólido, através de uma porção superior da zona de pirólise, verticalmente para baixo na direção da porção inferior da zona de pirólise, enquanto pirolizando o combustível carbonáceo sólido para dentro da pirólise vaporosa, compreendendo um material de hidrocarboneto, e o resíduo de pirólise bruta que compreende carbonização e cinza; b) opcionalmente adicionando um primeiro oxidante para a porção inferior da zona de pirólise, a fim de alcançar uma temperatura de mais de 200°C; c) dirigir a pirólise vaporosa para a zona de oxidação parcial, e direcionar o resíduo de pirólise bruto para baixo para a zona de redução, através do membro de separação; d) adicionar um segundo oxidante na zona de oxidação parcial, a fim de alcançar uma temperatura maior do que 900°C para reformar a pirólise vaporosa em gás de síntese bruto, contendo níveis de alcatrão significativamente reduzidos; e) formar um leito de resíduo de pirólise, tendo uma profundidade uniforme, a partir do resíduo de pirólise de alcatrão formado na etapa c) sobre o piso da zona de redução; f) passar o gás de síntese bruto da etapa d) para baixo, através do leito de resíduo de pirólise bruta, formado na etapa e), e realizando uma reação endotérmica entre CO2 e/ou H2O, em gás de síntese bruto e carbono de carbonizar, no leito do resíduo de pirólise bruto, enquanto controlando uma queda de pressão na zona de redu- ção, um tempo de residência e uma velocidade do espaço de fluxo de gás de síntese bruto, durante a reação endotérmica, para formar um gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão, e um resíduo de pirólise descarbonizada; g) passar o gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão da etapa f), em um fluxo contra a corrente a montante, para aquecer a zona de pirólise e subsequentemente refrigerar o gás de síntese substancialmente livre de alcatrão; h) coletar o gás de síntese substancialmente livre de alcatrão; e i) coletar o resíduo de pirólise descarbonizado do fundo do gaseificador.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo é realizado sob pressão, maior do que o vácuo cheio e menor do que 600 psig.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição do gás de síntese tem uma rela- ção de H2:CO de cerca de 0,5:1 a cerca de 1,5:1.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material de combustível carbonáceo compreende combustível de biomassa, selecionado de lascas de madeira, lascas ligadas à ferrovia, madeira residual, resí- duos florestais, lama de esgoto, coque de petróleo, carvão, Resíduo Sólido Municipal (MSW), Combustível derivado de Lixo (RDF), ou qualquer combinação dos mesmos.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o combustível de biomassa sólido é formado por umas lascas, pedaços, extrusão, processamento mecânico, compactação, peletização, granulação ou processo de esmagamento.
6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o combustível de biomassa foi pulverizado com, revestido com, ou impregnado com materiais carbonáceos líquidos ou sólidos.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a zona de oxidação parcial tem um suficiente para criar uma escória líquida, onde a temperatura é maior do que 1250°C, ou maior do que a temperatura de fusão de cinza.
8. Processo de qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ainda compreender refrigeração e limpeza de gás de síntese substancialmente livre de alcatrão, para uso na gera- ção de energia elétrica e produção química, tal como metanol, gasolina DME, e líquidos Fischer Tropsch, tais como diesel sintético, combustível a jato sintético e cera sintética.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro oxidante e o segundo oxidante compreendem, independentemente, ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85 % em peso, oxigênio com pureza maior do que 95 % em peso.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro oxidante e o segundo oxidante são o mesmo.
11. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro oxidante e o segundo oxidante são diferentes.
12. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro oxidante, o segundo oxidante ou ambos, ainda compreende H2O, CO2 ou uma combinação deles.
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro oxidante compreende ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85 % em peso, ou oxigênio com pureza maior do que 95 % em peso, e o segundo oxidante compreende pelo menos um de ar, ar enriquecido, oxigênio com pureza maior do que 85 % em peso, oxigênio com pureza maior do que 95 % em peso, pré-mixados com H2O e/ou CO2.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende agitar, girar ou ambos agitar e girar o leito do resíduo de pirólise.
15. Aparelho para um processo de gaseificação verticalmente sequenciado contínuo, caracterizado pelo fato de que é para a conversão de um material de combustível de carbonáceo sólido em um gás de síntese de baixo alcatrão, o aparelho compreendendo: i) uma zona de pirólise para converter o combustí- vel de carbonáceo sólido em pirólise vaporosa, compreendendo um material de hidrocarboneto, e um resíduo de pirólise bruto rico em carbono, compreendendo carbonização e cinza; ii) uma zona de oxidação parcial localizada verticalmente a jusante da zona de pirólise, para a conversão do material de hidrocarboneto em pirólise vaporosa no gás de síntese bruto, compreendendo H2, CO e CO2; iii) uma zona de redução endotérmica localizada verticalmente a jusante da zona de oxidação parcial, para converter o gás de síntese bruto em gás de síntese substancialmente livre de alcatrão, e para reduzir o teor de carbono do resíduo de pirólise bruta rico em carvão, para obter um resíduo de pirólise descarbonizado; iv) um membro de separação localizado entre a zona de pirólise e a zona de oxidação parcial, o membro de separação compreendendo uma pluralidade de respiradores angulados a montante, para possibilitar a pirólise vaporosa entrar na zona de oxidação parcial, e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruta para a zona de oxidação parcial, o membro de separação sendo configurado para dirigir o resíduo de pirólise rico em carvão para dentro da zona de redução; v) uma porta de saída para o resíduo de pirólise descarbonizado, localizado a jusante da zona de redução; e vi) uma saída para o gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão, localizada a jusante da zona de redução; em que uma zona de redução compreende um piso inclinado perfurado, uma ou mais aberturas localizadas centralmente, em relação ao piso perfurado angulado, de um defletor localizado centralmente, o piso perfurado angulado sendo inclinado para baixo e para dentro, em direção a uma ou mais aberturas, e configurado pelo diPetição 870220031058, de 11/04/2022, mensionamento das perfurações naquele lugar, para possibilitar a passagem do gás de síntese substancialmente livre de alcatrão em direção à saída para o gás de síntese melhorado substancialmente livre de alcatrão e para inibir a passagem do resíduo de pirólise bruta e descarbonizada rico em carvão, e uma ou mais aberturas estando em comunicação fluídica com a porta de saída, e configuradas para possibilitar a passagem do resíduo de pirólise descarbonizada através dela, em que a inclinação do piso perfurado é de 30% menos do que e 30% mais do que um ângulo natural de permanência do resíduo de pirólise, ou maior do que zero grau e menor do que 60 graus.
16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um primeiro mecanismo em comunicação com a zona de redução, configurado para intermitentemente ou continuamente movimentar o resíduo de pirólise rico em carvão e/ou resíduo de pirólise descarbonado do piso perfurado na dire- ção de uma ou mais aberturas.
17. Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro mecanismo compreende um corpo de impulsionar, configurado para se movimentar ao longo de uma passagem ao redor do deflector, o corpo de impulsionar localizado próximo ao piso perfurado angulado, e fora de uma ou mais aberturas.
18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o corpo de impulsionar compreende um ou mais braços, se estendendo radialmente para fora, em relação a uma ou mais aberturas.
19. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os braços têm face angulada, configurada para contatar e empurrar uma porção do resíduo de pirólise rico em carbono e/ou o resíduo de pirólise descarbonado na direção de uma ou mais aberturas, durante o movimento do corpo de empurrar.
20. Aparelho de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que operar o primeiro mecanismo compreende fazer o mecanismo se mover em uma dada distância ao longo do caminho.
21. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 17 a 20, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um controlador, configurado para operar o primeiro mecanismo, dependendo de uma pressão diferencial, medida em um local acima de um leito do resíduo de pirólise compreendendo o resíduo de pirólise rico em carbono e/ou o resíduo de pirólise descarbonado, e um local abaixo do piso perfurado angulado.
22. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 16 a 21, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um segundo mecanismo operável para impulsionar o resíduo de pirólise descarbonizado do leito inferior para a porta de saída.
23. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo mecanismos são operá- veis, independentemente um do outro.
24. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 23, caracterizado pelo fato de que a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução, são localizadas dentro de um recipiente/câmara.
25. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 24, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um invólucro externo, que tem uma entrada de invólucro em comunicação com o gás de síntese saída, e uma saída de invólucro, em que o invó- lucro externo circunda a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução, para formar um canal para o fluxo do gás de síntese em direção à saída do invólucro.
26. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 25, caracterizado pelo fato de que a saída do invólucro exPetição 870220031058, de 11/04/2022, terno é fornecida em uma porção superior do invólucro, para possibilitar o gás de síntese substancialmente livre de alcatrão se mover para cima no canal, para fornecer contato térmico indireto entre o gás de síntese e a zona de pirólise.
27. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 26, caracterizado pelo fato de que a zona de pirólise, a zona de oxidação parcial e a zona de redução são localizadas em recipientes/câmaras separados.
28. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 27, caracterizado pelo fato de que o perímetro de uma por- ção inferior da zona de pirólise é maior do que o perímetro de uma porção superior da mesma.
29. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 15 a 28, caracterizado pelo fato de que o piso perfurado angulado da zona de redução é configurado para ser agitado.
BR112019006163-0A 2016-09-29 2017-09-29 Processo para converter material carbonáceo em baixo gás de síntese de alcatrão e aparelho para tal processo BR112019006163B1 (pt)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662401711P 2016-09-29 2016-09-29
US62/401,711 2016-09-29
US15/419,722 US20180086994A1 (en) 2016-09-29 2017-01-30 Process For Converting Carbonaceous Material Into Low Tar Synthetic Gas
US15/419,722 2017-01-30
PCT/CA2017/051161 WO2018058252A1 (en) 2016-09-29 2017-09-29 Process for converting carbonaceous material into low tar synthesis gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112019006163A2 BR112019006163A2 (pt) 2019-06-18
BR112019006163B1 true BR112019006163B1 (pt) 2022-08-09

Family

ID=61687679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112019006163-0A BR112019006163B1 (pt) 2016-09-29 2017-09-29 Processo para converter material carbonáceo em baixo gás de síntese de alcatrão e aparelho para tal processo

Country Status (15)

Country Link
US (1) US20180086994A1 (pt)
EP (1) EP3519537B1 (pt)
CN (1) CN109906264A (pt)
AU (1) AU2017333732B2 (pt)
BR (1) BR112019006163B1 (pt)
CA (1) CA2989862C (pt)
CL (1) CL2019000833A1 (pt)
CZ (1) CZ308375B6 (pt)
DK (1) DK3519537T3 (pt)
HR (1) HRP20220785T1 (pt)
MX (1) MX2019003588A (pt)
PH (1) PH12019500607A1 (pt)
RU (1) RU2714816C1 (pt)
SI (1) SI3519537T1 (pt)
WO (1) WO2018058252A1 (pt)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101617392B1 (ko) * 2015-11-13 2016-05-09 김현영 산업용 고온 개질기 및 개질 방법
FR3067038B1 (fr) * 2017-05-31 2020-02-14 Raymond Guyomarc'h Dispositif et installation de conversion de matieres premieres carbonees et/ou hydrocarbonees seches en gaz de synthese
BR112021010385B1 (pt) * 2018-11-28 2024-02-15 African Rainbow Minerals Limited Método para gaseificar uma matéria-prima carbonácea
CN110699120A (zh) * 2019-09-29 2020-01-17 安徽香杨新能源科技发展股份有限公司 生物质气化炉除焦油装置
CN112725038B (zh) * 2019-10-29 2021-12-17 中国石油化工股份有限公司 一种煤与石油焦共气化系统及方法
WO2021163095A1 (en) * 2020-02-10 2021-08-19 Eastman Chemical Company Treatment of light pyrolysis products by partial oxidation gasification
EP4136195A1 (en) * 2020-04-13 2023-02-22 Eastman Chemical Company Vitrification materials to partial oxidation gasifier
CN111718737B (zh) * 2020-06-29 2021-07-09 中国科学院过程工程研究所 一种低粘结煤热解制备高品质油气的工艺方法及系统装置
CN112552933B (zh) * 2020-11-17 2021-12-10 玉环市维道科技有限公司 一种避免粘煤的炼焦炉用传输设备
GB2621637A (en) * 2022-08-19 2024-02-21 Getgo Recycling Ltd Method and system for processing waste material
GB2622377A (en) * 2022-09-13 2024-03-20 Gasification Consultancy Ltd Gasification

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2569715B1 (fr) * 1984-08-29 1986-09-05 Hissung Wolfgang Gazogene a sciure resineuse avec bruleur
DE102007005799B4 (de) * 2006-10-18 2018-01-25 Heinz-Jürgen Mühlen Verfahren zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Produktgases
NZ584044A (en) * 2007-09-18 2012-06-29 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Gasification reactor and method for entrained-flow gasification
RU2495076C1 (ru) * 2012-07-25 2013-10-10 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Компания "Интергаз" Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов, реактор для его осуществления (варианты) и установка для переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов
DE202012008777U1 (de) * 2012-09-13 2015-10-06 Big Dutchman International Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Brenngas aus einem festen Brennstoff
CZ26592U1 (cs) * 2013-12-18 2014-03-10 Tarpo Spol.S R.O. Zařízení pro vícestupňové zplyňování uhlíkatých paliv
CZ28354U1 (cs) * 2015-03-31 2015-06-23 Pavel Záhořík Generátor plynu na zplyňování biopaliva, zejména dřevní štěpky

Also Published As

Publication number Publication date
EP3519537A1 (en) 2019-08-07
MX2019003588A (es) 2019-08-16
CZ308375B6 (cs) 2020-07-08
CA2989862C (en) 2022-01-11
AU2017333732B2 (en) 2023-01-05
AU2017333732A1 (en) 2019-04-18
EP3519537B1 (en) 2022-03-23
CZ2017802A3 (cs) 2018-04-11
DK3519537T3 (da) 2022-06-27
EP3519537A4 (en) 2020-06-10
RU2714816C1 (ru) 2020-02-19
CN109906264A (zh) 2019-06-18
US20180086994A1 (en) 2018-03-29
HRP20220785T1 (hr) 2022-10-14
CL2019000833A1 (es) 2019-08-16
CA2989862A1 (en) 2018-03-29
BR112019006163A2 (pt) 2019-06-18
PH12019500607A1 (en) 2019-06-03
SI3519537T1 (sl) 2022-09-30
WO2018058252A1 (en) 2018-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112019006163B1 (pt) Processo para converter material carbonáceo em baixo gás de síntese de alcatrão e aparelho para tal processo
US4699632A (en) Process for gasification of cellulosic materials
US4592762A (en) Process for gasification of cellulosic biomass
US6941879B2 (en) Process and gas generator for generating fuel gas
US8888875B2 (en) Methods for feedstock pretreatment and transport to gasification
US20100273899A1 (en) Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas
US20090151253A1 (en) Methods and apparatus for producing syngas and alcohols
JP5756231B2 (ja) バイオマスのガス化装置
CN108026459B (zh) 带有碳捕集的全蒸汽气化
US8043390B2 (en) Apparatus and method for controlling the gas composition produced during the gasification of carbon containing feeds
GB2539518A (en) A gasification system
US10982151B2 (en) Process for converting carbonaceous material into low tar synthesis gas
EP3083886A1 (en) Apparatus for pyrolysing carbonaceous material
JP2004204106A (ja) 有機物のガス化装置
WO2021191925A1 (en) Gasification system design and process for reduction in tar formation
EP3383975B1 (en) Method and apparatus for storing renewable energy as gas
CZ20032307A3 (cs) Třízonový zplyňovač biomasy rostlinného původu s obchvatem
BRPI1104392A2 (pt) Sistema de gaseificador, método para a conversão de um fluxo carbonáceo em um gás de produto em um sistema de gaseificador e sistema de gaseificador que é configurado para gaseificar um estoque de alimentação carbonáceo
US20230151285A1 (en) Tar free cross flow gasification system for moisture containing feed
CZ29748U1 (cs) Zařízení pro vícestupňové zplyňování uhlíkatých paliv

Legal Events

Date Code Title Description
B350 Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette]
B06W Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 29/09/2017, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS