BR112019007436B1 - Processo e dispositivo para gaseificar biomassa - Google Patents

Abstract

A invenção se refere a um processo (10) para a gaseificação de biomassa (B) e um dispositivo adaptado para tal. O processo é efetuado em pelo menos 3 etapas processuais (12, 12i, 12ii, 13, 14). Na primeira etapa processual (12) em uma configuração exemplar resíduos biogênicos (biomassa) podem ser fornecidos a uma zona de aquecimento (ZE) para secar a biomassa (B) e possibilitar o escape de constituintes voláteis para gerar um gás de pirólise (PY) a partir deles. O gás de pirólise é fornecido a uma zona de oxigenação (ZO) onde se oxida sub-estequiometricamente para formar um gás bruto (R). O resíduo carbonáceo semelhante ao coque (RK) formado na zona de aquecimento (ZE) é gaseificado parcialmente junto com o gás bruto (R) numa segunda etapa processual (13) numa zona de gaseificação (ZV). A zona de aquecimento pode ser aquecida de forma indireta. Da mesma forma, a zona de gaseificação pode ser aquecida de forma indireta. A zona de aquecimento (ZE) e a zona de oxidação (ZO) são, de preferência, zonas separadas localizadas em câmaras separadas (23, 24). Na gaseificação formam-se carvão ativado (AK), bem como um produto gasoso quente (PH). O processo de acordo com a invenção (10) ou, respectivamente, o dispositivo (11) são configurados para resfriar uma determinada (...).

Description

[001] A invenção refere-se a um processo, bem como a um dispositivo para gaseificar biomassa. Entende-se por biomassa qualquer massa biogênica contendo carbono tal como, por exemplo, resíduos de madeira, resíduos agrícolas, resíduos de poda e corte, resíduos de fermentação, lodo de esgoto ou similares.

[002] Na prática são utilizadas pequenas instalações predominantemente descentralizadas com uma vazão inferior a 200 kg por hora, por exemplo, em fazendas ou em áreas comuns, para evitar o transporte de biomassa e substâncias residuais e poder utilizar o calor residual no local. Até hoje, essas instalações não são aceitas no mercado. Uma razão substancial para isso é o alcatrão que é formado durante a pirólise e a gaseificação da biomassa. Até o momento, o alcatrão tinha que ser removido de uma maneira dispendiosa e, via de regra, isso requer grandes despesas para a operação e manutenção de tais instalações. Se o gás formado durante a gaseificação é para ser usado subsequentemente em uma planta de cogeração, é mesmo necessário que o alcatrão seja completamente removido do gás de produto gerado. Tanto a manutenção como a aquisição de tais instalações apresentam alto custo, até agora.

[003] Um processo e um dispositivo para gaseificar a biomassa usando um sistema de gaseificação em co-corrente é conhecido na publicação DE 10 2008 043 131 A1. A fim de evitar o carregamento de alcatrão do produto gasoso, este documento sugere um processo de uma etapa o qual utiliza o sistema de gaseificação em co-corrente, em cujo caso o combustível é fornecido à câmara de gaseificação contra a força da gravidade. Um leito fluidizado estacionário se forma na zona de redução acima da zona de oxidação. Destarte, a formação crítica de canal na região das zonas de redução conhecida nos gaseificadores de leito fixo deve ser evitada e, desta maneira, a carga de alcatrão do produto gasoso deve ser reduzida. No entanto, a geração de tal leito fluidizado requer a restrição da gaseificação a certos materiais residuais biogênicos e tamanhos de partículas, respectivamente, porque de outro modo, um leito fluidizado estável não pode ser alcançado.

[004] A publicação EP 1 436 364 B1 descreve um dispositivo compreendendo uma câmara de reação, em que a biomassa é fornecida lateralmente. Dentro da câmara de reação os gases que contêm o alcatrão podem condensar na tampa fechada. Isto permite a remoção do alcatrão condensado da câmara de reação ou o remanejamento do alcatrão às zonas de reação dentro da câmara de redução. Destarte, o grau total de eficácia deve ser aumentado. Um arranjo semelhante também é descrito pela publicação EP 2 522 707 A2. Ali existe adicionalmente uma unidade de pós-tratamento com a qual o material residual deve ser mineralizado da forma mais completa possível, e a “cinza branca” deve ser gerada.

[005] A publicação DE 20 2009 008 671 U1 descreve outra solução para gaseificação de biomassa. Esta publicação propõe um gaseificador de co-corrente com uma câmara de pirólise e um gaseificador. O gás de pirólise contendo alcatrão é incinerado a 1200 °C na zona de oxidação do gaseificador. Por conseguinte, temperaturas extremamente altas são necessárias na zona de oxidação.

[006] A publicação EP 2 636 720 A1 descreve um processo em que um gás de síntese é produzido mediante reforma a vapor de biomassa. Isso requer superfícies de aquecimento extremamente grandes para fins de aquecimento indireto. Um leito fluidizado deve ser gerado por meio de pás móveis nos tubos do gaseificador ou nas bobinas do gaseificador. O gás de síntese é posteriormente limpo em um processo de contracorrente em um filtro de carbono e, ao fazê-lo, também esfria.

[007] A publicação DE 198 46 805 A1 descreve um processo e um dispositivo para a gaseificação e a combustão da biomassa. Neste processo, formam-se gás de pirólise e coque, e o coque é transportado para um reator de gaseificação no qual é parcialmente gaseificado, formando carvão ativado. O carvão ativado é removido da câmara de combustão através de um sistema transportador e é transportado para um filtro fora da câmara de combustão. O produto gasoso formado durante o processo é removido separadamente do carvão ativado do reator de gasificação e resfriado em um trocador de calor. Posteriormente, o produto gasoso resfriado é conduzido através do filtro carregado com carvão ativado. Ao fazê-lo, poluentes devem permanecer no carvão ativado.

[008] A partir deste estado da técnica, pode ser considerado como sendo o objetivo da presente invenção fornecer um processo e um dispositivo para gaseificar biomassa, em que os mais diversos resíduos biogênicos são processados independentemente do tamanho de partícula, e um gás de produto com baixo teor de alcatrão pode ser produzido de maneira econômica.

[009] Este objetivo é alcançado com um processo que exibe as características da reivindicação 1 da patente, bem como por um dispositivo que apresenta as características da reivindicação 13 da patente.

[0010] Considerando o processo de acordo com a invenção, o produto gasoso é produzido a partir da biomassa que é fornecida a um dispositivo para gaseificar a biomassa, por exemplo, de acordo com a reivindicação 13 da patente, em pelo menos três etapas de processo. Em uma primeira etapa de processo, um gás bruto e um resíduo carbonoso são gerados a partir da biomassa fornecida.

[0011] Para tanto, a biomassa é oxidada de modo sub-estequiométrico, por exemplo, em uma zona de oxidação, mediante a alimentação com um gás contendo oxigênio, em particular, ar. O gás contendo oxigênio que deve ser fornecido pode ser pré-aquecido para isso. Durante a oxidação sub-estequiométrica, obtém-se o gás bruto e um resíduo carbonáceo semelhante ao coque.

[0012] Com referência a uma modificação do processo, a biomassa fornecida durante a primeira etapa do processo é aquecida em uma primeira etapa parcial, em uma zona de aquecimento, e/ou é aquecida de tal maneira que os constituintes voláteis podem escapar da biomassa, formando-se um gás de pirólise e o resíduo carbonáceo. A secagem e a pirólise podem ser realizadas em uma zona de aquecimento conjunta. Alternativamente, a secagem da biomassa e a pirólise podem ser realizadas em zonas separadas umas das outras. Em uma segunda etapa parcial, o gás de pirólise advindo da primeira etapa do processo é oxidado sub-estequiometricamente em uma zona de oxidação mediante a alimentação com o gás contendo oxigênio, resultando na produção do gás bruto.

[0013] No processo, de acordo com a invenção, o resíduo carbonáceo e o gás bruto gerados na primeira etapa do processo são parcialmente gaseificados em uma segunda etapa, de tal maneira que o carvão ativado é formado. Ao fazê-lo, de preferência até um máximo de 75% e, mais preferencialmente ainda, até um máximo de 60% a 65% do resíduo carbonoso é gaseificado na zona de gaseificação. Em uma configuração exemplificadora, a temperatura na zona de gaseificação pode estar a um mínimo de 800 °C e a um máximo de 1000 °C. Um produto gasoso quente e carvão ativado são formados na zona de gaseificação.

[0014] Na terceira etapa do processo, o produto gasoso quente e pelo menos uma parte do carvão ativado são arrefecidos juntos, em uma zona de arrefecimento. Nisso ocorre um processo de adsorção, no decurso do qual o alcatrão do produto gasoso quente se liga ao carvão ativado. Desse modo, o alcatrão é removido do produto gasoso quente e o produto gasoso fornecido após a terceira etapa do processo apresenta baixo teor de alcatrão ou é substancialmente livre de componentes de alcatrão. Faz parte do processo de acordo com a invenção, que uma determinada quantidade de carvão ativado gerado na zona de gaseificação e o produto gasoso quente resultante da biomassa fornecida, sejam transportados para a zona de arrefecimento e resfriados juntos na zona de arrefecimento, de modo que um processo de adsorção ocorra durante o resfriamento, no qual a quantidade específica de carvão ativado é enriquecida com alcatrão do produto gasoso quente enquanto é resfriada.

[0015] Uma determinada quantidade de carvão ativado tem uma massa mAK2 (massa de carvão ativado - do alemão Masse aus Aktivkohle), de no mínimo 2% a no máximo 10% da massa de biomassa fornecida, na condição de referência livre de cinzas e água, mBwaf (do alemão Masse aus Biomasse - wasser- und aschefrei). Por exemplo, para um quilograma de biomassa fornecida, na condição de referência, livre de água e de cinzas, 0,05 quilograma de carvão ativado é transportado para a zona de arrefecimento para resfriamento em conjunto com o produto gasoso em questão. Por exemplo, se um fluxo de massa de biomassa bruta mBroh (do alemão Masse aus Biomasse - roh) é fornecido ao dispositivo, essa biomassa, via de regra, contém água e substâncias minerais. Dessa forma, o fluxo de massa mBroh da biomassa fornecida corresponde a um fluxo de massa mBwaf de biomassa na condição de referência, sem água e cinzas, via de regra, menor que o fluxo de massa mBroh. No fornecimento de biomassa a um fluxo de massa constante, um determinado fluxo de massa mAK2 de carvão ativado é transportado de fora da zona de gaseificação para dentro da zona de arrefecimento, estando o fluxo de massa determinado mAK2 em um mínimo de 2% e em um máximo de 10% do fluxo de massa mBwaf da biomassa em relação à condição de referência, isenta de água e cinzas: mAK2 = 0,02 ... 0,1 mBwaf.

[0016] A fim de conseguir que apenas uma determinada quantidade de carvão ativado, seja fornecida à zona de arrefecimento juntamente com o produto gasoso, e resfriada lá junto com o produto gasoso, o processo de gaseificação da biomassa pode ser controlado ou regulado, por exemplo, de tal maneira que apenas a determinada quantidade de carvão ativado seja gerada na zona de gaseificação. Alternativamente ou adicionalmente, o excesso de carvão ativado pode ser separado dentro da zona de gaseificação e/ou entre a zona de gaseificação e a zona de arrefecimento.

[0017] No caso de uma mudança de demanda por produto gasoso puro, por exemplo, na mudança de carga de um motor com ele alimentado, deve ser levado em consideração o tempo de resposta do sistema para o aumento ou diminuição da geração de carvão ativado no reator de gaseificação, ajustando-se apropriadamente o aumento ou a diminuição do fornecimento de biomassa na entrada do dispositivo, para adequação à demanda de produto gasoso. Portanto, a quantidade de carvão ativado a ser separada é determinada a partir da quantidade de biomassa, a partir da qual o carvão ativado e o produto gasoso quente serão gerados.

[0018] Com a ajuda desse processo e de um dispositivo apropriado, que proporciona as etapas de processo, é possível, econômica e simplesmente, produzir um gás com baixo teor de alcatrão na gaseificação da biomassa. Devido ao resfriamento conjunto de pelo menos parte do carvão ativado e do gás quente de produto carregado de alcatrão, o alcatrão não irá precipitar, ou irá precipitar apenas em quantidades não substanciais, na parede da câmara, na qual o produto gasoso quente carregado de alcatrão e a parte do carvão ativado são resfriados juntos. Em vez disso, a quantidade certa de carvão ativado adsorve o alcatrão do produto gasoso quente durante o resfriamento. Destarte, a dispendiosa remoção do alcatrão das paredes da câmara é apenas raramente necessária, quando não totalmente desnecessária.

[0019] A temperatura a que o produto gasoso é resfriado na zona de arrefecimento é, por exemplo, de, no máximo, 50 °C. A remoção do alcatrão torna-se particularmente eficiente se o produto gasoso e a quantidade certa de carvão ativado não forem resfriados abaixo de uma temperatura limite maior que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso, na terceira etapa do processo de adsorção na zona de arrefecimento. Desta maneira, uma alta capacidade de carga do carvão ativado permanece utilizável. De preferência, a temperatura limite mais baixa é no mínimo 10 Kelvin até no máximo 20 Kelvin maior do que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso.

[0020] O produto gasoso que foi limpo como resultado do processo de adsorção pode ser fornecido como combustível a um dispositivo, por exemplo, uma turbina a gás ou outro tipo de motor a gás. Preferencialmente, o fluxo de massa de biomassa é ajustado proporcionalmente aos requisitos de desempenho do dispositivo para o qual o produto gasoso limpo será fornecido. O fluxo de massa correto de carvão ativado transportado da zona de gaseificação para a zona de arrefecimento, é preferivelmente ajustado proporcionalmente, de acordo com o aumento ou diminuição da quantidade de biomassa.

[0021] Além disso, é vantajoso que a gaseificação seja realizada a uma pressão mais elevada que a pressão ambiente - por exemplo, a uma pressão em uma faixa de aproximadamente 5 Bar. O produto gasoso resfriado gerado pode ser, em seguida, usado - sem compressão intermediária - em turbinas a gás ou motores pressurizados. Para conseguir isto, pelo menos uma câmara de reação pode ser pressurizada em conformidade. Por exemplo, o gás contendo oxigênio (por exemplo, ar) pode ser introduzido sob pressão através de um compressor ou outra unidade de compactação adequada em pelo menos uma câmara de reação. Ao realizar o processo a pressão elevada, é além disso possível aumentar a capacidade de carga do carvão ativado.

[0022] Preferencialmente, a gaseificação da biomassa é realizada num processo de múltiplos estágios. Por exemplo, um processo de pelo menos duas etapas é obtido quando o aquecimento usado para secagem e pirólise, por um lado, e o processamento do gás de pirólise e do resíduo carbonáceo através de oxidação e/ou gaseificação, por outro lado, forem realizados em câmaras separadas. É particularmente preferido, por exemplo, se a zona de aquecimento para secagem e/ou pirólise, de um lado, e a zona de oxidação, de outro lado, forem colocados em câmaras separadas. Se, por um lado, o aquecimento da biomassa e/ou a liberação de constituintes voláteis da biomassa para a geração de gás de pirólise, e por outro lado, a oxidação sub- estequiométrica, forem realizados em um processo escalonado em zonas separadas umas das outras, a temperatura desejada na zona de oxidaçãopode ser alcançada e ajustada em grande parte independentemente do tamanho de partícula da biomassa e da umidade da biomassa. Um processo de três etapas é realizado se, além disso, a oxidação sub- estequiométrica, por um lado, e a gaseificação do resíduo carbonáceo, por outro lado, forem realizadas em zonas separadas e em câmaras distintas.

[0023] É preferível que a temperatura na zona de oxidação seja mais baixa do que o ponto de amolecimento das cinzas ou o ponto de fusão das cinzas do resíduo carbonáceo. Ali é vantajoso que a temperatura da zona de oxidação seja tão próxima quanto possível do ponto de amolecimento das cinzas ou do ponto de fusão das cinzas. Por exemplo, a oxidação sub-estequiométrica é realizada a uma temperature mínima de 1000 °C até, no máximo 1200 °C.

[0024] Em algumas construções exemplificadoras, o valor de aquecimento do produto gasoso está entre 1,5 e 2 kWh por metro cúbico. A eficiência do gás frio (CGE) do processo pode ser superior a 80%.

[0025] Com este processo, é possível gaseificar todos os tipos e tamanhos de resíduos biogênicos como biomassa. A formação de um leito fluidizado não é necessária. Nenhuma água poluente de descarte é formada. A remoção de alcatrão do produto gasoso é economicamente viável, mesmo em pequenas instalações, porque nem se necessitam altos custos de investimento para a remoção do alcatrão nem a operação envolve altos custos de manutenção.

[0026] O processo de acordo com a invenção pode operar como uma forma mista de gaseificação autotérmica e alotérmica. Em uma configuração exemplificadora, a temperatura na zona de oxidação é ajustada pela quantidade e, de preferência, também pela temperatura, do gás contendo oxigênio fornecido. Desse modo, a produção de gás pode ser adaptada à demanda sem afetar a temperatura na zona de gaseificação. A temperatura na zona de gaseificação pode ser ajustada por aquecimento indireto com um arranjo de aquecimento. Alternativamente ou adicionalmente, o calor para a zona de gaseificação pode ser fornecido pela entrada de calor vinda da zona de oxidação, trazida, por exemplo, pelo resíduo carbonáceo que é parcialmente oxidado ali e/ou pelo gás de pirólise.

[0027] Em uma configuração exemplificadora, um aquecimento indireto da zona de gaseificação requer menos de 10% do conteúdo energético da biomassa fornecida. Consequentemente, em comparação com uma gaseificação estritamente alotérmica, superfícies de aquecimento menores podem ser empregadas na zona de gaseificação.

[0028] O carvão ativado e o produto gasoso quente são preferencialmente resfriados pelo resfriamento indireto na zona de arrefecimento. O produto gasoso resfriado, que também pode ser referido como gás puro, pode ser subsequentemente fornecido à zona de arrefecimento de um filtro e/ou unidade de precipitação de poeira, a fim de reduzir a contaminação por poeira do produto gasoso. O filtro pode ser abastecido com carvão ativado, que foi separado do carvão ativado da zona de arrefecimento como excesso e, portanto, não foi resfriado junto com o produto gasoso carregado de alcatrão. Para a limpeza fina, é possível usar um dispositivo de limpeza com recipientes intercambiáveis para o carvão ativado, como é conhecido por si.

[0029] É preferível que carvão ativado gerado durante o processo - pelo menos a parte com o alcatrão adsorvido da terceira etapa do processo - seja queimada em um reator com o ar previamente usado durante a terceira etapa do processo para resfriar o produto gasoso e o carvão ativado. De preferência, que o gás de escape da combustão seja utilizado para aquecer a zona de aquecimento. Desse modo, a eficácia total é aumentada. O combustível para um reator para gerar calor para secar ou para liberar os constituintes voláteis da biomassa durante a pirólise não precisa ser fornecido separadamente, mas se acumula automaticamente.

[0030] A zona de gaseificação pode ser aquecida pelo calor de um reator. Isso pode ser realizado, em particular, pelo aquecimento indireto de uma câmara de reação contendo a zona de gaseificação ou em uma seção da câmara de reação, na qual a zona de gaseificação se encontra. Em uma configuração exemplificadora, o carvão ativado removido da zona de arrefecimento após o resfriamento pode ser usado como combustível para o reator.

[0031] Durante a combustão do carvão ativado no reator, pode ser vantajoso aumentar a superfície do carvão ativado antes de o colocar no queimador se, por exemplo, o carvão ativado for triturado ou finamente moído após a remoção da zona de arrefecimento. A adoção de uma ou mais das referidas medidas possibilita aumentar ainda mais a eficiência do processo e do dispositivo, respectivamente.

[0032] Além disso, é vantajoso utilizar um gás de escape que se forma durante a combustão no reator para pré-aquecer o gás contendo oxigênio antes de este ser fornecido à zona de oxidação.

[0033] O dispositivo de acordo com a invenção para gaseificar biomassa, com o qual uma configuração exemplificadora do processo da invenção pode ser realizada, compreende pelo menos uma primeira câmara na qual a zona de aquecimento para a biomassa é fornecida. A biomassa pode ser seca e/ou pirolisada na zona de aquecimento. O dispositivo pode proporcionar uma zona de aquecimento com zonas parciais separadas para secagem e pirólise. Por exemplo, as zonas parciais podem estar colocadas nas primeiras câmaras do dispositivo que são separadas umas das outras. O dispositivo compreende um arranjo de suprimento que é configurado para fornecer a biomassa para a zona de aquecimento, a fim de produzir gás de pirólise e resíduo carbonáceo. Além disso, o dispositivo compreende pelo menos uma segunda câmara que proporciona uma zona de oxidação para a oxidação do gás de pirólise e uma zona de gaseificação para gaseificar o resíduo carbonáceo. O dispositivo pode compreender segundas câmaras que são separadas umas das outras, de modo que a zona de oxidação e a zona de gaseificação são dispostas em câmaras separadas. A segunda câmara ou as segundas câmaras com a zona de oxidação e a zona de gaseificação são preferencialmente separadas da primeira câmara com a zona de aquecimento, de modo que a zona de aquecimento, por um lado, e a zona de oxidação, bem como a zona de gaseificação, por outro lado, fiquem separadas umas das outras. O dispositivo compreende um arranjo de fornecimento de gás que é configurado para suprir a zona de oxidação com gás contendo oxigênio, por exemplo, ar, em uma quantidade tal que o gás de pirólise presente na zona de oxidação se oxide sub-estequiometricamente, com a consequente formação de um gás bruto. A produção do produto gasoso pode ser adaptada à demanda através da quantidade de gás contendo oxigênio fornecido e da biomassa fornecida. O dispositivo compreende um meio transportador que é configurado para transportar o gás de pirólise da zona de aquecimento para a zona de oxidação e gás bruto da zona de oxidação para a zona de gaseificação, e que é configurado para transportar o resíduo carbonáceo da zona de aquecimento para a zona de gaseificação. O meio transportador funciona, por exemplo, com pelo menos um arranjo de transportador e/ou por meio da força do peso predominante. O dispositivo compreende, ainda, um meio de aquecimento que é disposto para ajustar a temperatura na zona de gaseificação de tal maneira que o resíduo carbonáceo - opcionalmente com constituintes gasosos do gás bruto que são transportados para a zona de gaseificação para isto - é parcialmente gaseificado, formando, assim, carvão ativado e produto gasoso quente. O meio de aquecimento pode ser um arranjo de aquecimento para, por exemplo indiretamente, a zona de gaseificação.Alternativamente ou adicionalmente, é possível transferir calor da zona de oxidação. O calor resultante da oxidação sub-estequiométrica exotérmica do gás de pirólise e, opcionalmente, também do resíduo carbonáceo na zona de oxidação, pode ser introduzido da zona de oxidação para a zona de gaseificação, por exemplo, por radiação térmica e/ou pelo gás bruto quente ou pelo resíduo carbonoso aquecido.

[0034] O produto gasoso gerado pela gaseificação ainda está carregado com alcatrão. Por isso, o dispositivo é configurado para fornecer uma determinada quantidade - por exemplo, um certo fluxo de massa - do carvão ativado da zona de gaseificação e do produto gasoso para a zona de gaseificação em uma zona de arrefecimento do dispositivo. Por exemplo, o dispositivo é configurado para transportar uma determinada quantidade de carvão ativado e de produto gasoso quente em um meio transportador para fora da zona de gaseificação para uma zona de arrefecimento. O meio transportador compreende, por exemplo, um arranjo de transporte e/ou opera por meio da força do peso predominante. A determinada quantidade de carvão ativado tem uma massa de, no mínimo, 2% até um máximo de 10% da massa fornecida seca e livre de cinzas da biomassa (mwaf), a partir da qual o carvão ativado e o produto gasoso quente se formaram. A quantidade correta tem, por exemplo, uma massa de 5% da massa seca e livre de cinzas da biomassa (mwaf).

[0035] Se, por exemplo, um fluxo de massa bruta mBroh de biomassa é fornecido ao dispositivo, isso corresponde a um fluxo de massa mBwaf de biomassa, em relação à condição de referência, que, via de regra, é menor do que mBroh porque a biomassa fornecida ao dispositivo, via de regra, contém água e cinzas (substâncias minerais). No dispositivo, um fluxo de massa de carvão ativado mAK é formado a partir do fluxo de massa bruta mBroh na zona de gaseificação. O dispositivo é configurado para fornecer uma determinada quantidade de carvão ativado na forma de um determinado fluxo de massa mAK2 para a zona de arrefecimento. De fato, uma determinada quantidade de carvão ativado é fornecida para a zona de arrefecimento com um fluxo de massa mAK2 de no mínimo 2% até um máximo de 10% do fluxo de massa de biomassa (com relação à condição de referência isenta de água e cinzas). No caso de uma demanda alterada por produto gasoso puro, por exemplo, no caso de uma mudança de carga do motor a gás com ele alimentado, o dispositivo é configurado para determinar a quantidade de carvão ativado a ser transportado para a zona de arrefecimento, com base na quantidade de biomassa seca e sem cinzas (waf) que produziu o carvão ativado gerado, como também foi explicado na descrição do processo.

[0036] Por exemplo, o dispositivo pode, dessa forma, ser configurado para transportar apenas uma determinada quantidade, por exemplo, de um determinado fluxo de massa, para a zona de arrefecimento, de modo que o dispositivo, por exemplo, por meio de um arranjo de controle de processo, possa controlar o processo de tal maneira que apenas um determinado fluxo de massa mAK2 de carvão ativado será produzido dentro da faixa de um mínimo de 2% de mBwaf até um máximo de 10% de mBwaf na zona de gaseificação. Alternativamente ou adicionalmente, o dispositivo pode compreender, por exemplo, um arranjo de separação que, por exemplo, está configurado para separar o excesso de carvão antes da zona de arrefecimento, para que o excesso de carvão ativado não seja transportado para dentro da zona de arrefecimento.

[0037] Além disso, o dispositivo compreende um arranjo de arrefecimento que compreende uma câmara de arrefecimento para o arrefecimento conjunto da quantidade separada determinada de carvão ativado e do produto gasoso. O arranjo de arrefecimento é configurado para resfriar a determinada quantidade de carvão ativado separada junto com o produto gasoso quente na zona de arrefecimento fornecida pela câmara de arrefecimento de tal maneira que um processo de adsorção ocorre durante o resfriamento na zona de arrefecimento, no qual o carvão ativado é enriquecido com alcatrão do produto gasoso quente durante o resfriamento.

[0038] Já que a determinada quantidade de carvão ativado e o produto gasoso quente são resfriados juntos na câmara de arrefecimento, e devido à ocorrência da adsorção do alcatrão contido no produto gasoso no carvão ativado durante o resfriamento, o alcatrão não irá, ou somente irá em uma quantidade insignificante, precipitar na parede da câmara de resfriamento do arranjo de arrefecimento. Consequentemente, a câmara de resfriamento não precisa ser limpa de maneira dispendiosa. Desse modo, até uma operação do dispositivo sem intervenção humana é possível.

[0039] Em uma configuração exemplificadora, o dispositivo tem uma câmara de reação compartilhada para a oxidação e a gaseificação. O transporte do gás bruto e do resíduo carbonáceo da zona de oxidação para dentro da zona de gaseificação ocorre, essencialmente, auxiliado pela força do peso, essencialmente na direção vertical. De mesmo modo, o transporte de produto gasoso quente e do carvão ativado da zona de gaseificação para dentro da zona de arrefecimento pode ocorrer, pelo menos, auxiliado pela força do peso. É preferível que a zona de oxidação e a zona de gaseificação estejam colocadas em uma câmara e a zona de arrefecimento em outra câmara, separada dela. Para o transporte das substâncias entre as câmaras e/ou dentro das câmaras, meios transportadores apropriados, tais como, por exemplo, transportadores helicoidais ou similares podem ser disponibilizados.

[0040] Preferencialmente, as zonas de oxidação e gaseificação, por um lado, e a zona de arrefecimento, por outro lado, devem estar colocadas separadas umas das outras. Devido ao arranjo das zonas em câmaras separadas, o dispositivo é configurado para realizar um processo escalonado.

[0041] É preferível que o dispositivo esteja configurado para poder realizar a gaseificação da biomassa a uma pressão elevada em relação à pressão ambiente. Por exemplo, para fazer isso, podemos empregar comportas dispostas numa entrada do dispositivo para a alimentação com biomassa, numa exaustão do dispositivo para descarregar o produto gasoso limpo e/ou em uma saída do dispositivo para descarregar cinzas, dito que as comportas estejam configuradas de tal forma que possam ser operadas com uma pressão elevada em relação à pressão ambiente, na admissão, saída e exaustão de gases, respectivamente.

[0042] Configurações vantajosas do processo e do dispositivo, respectivamente, podem ser deduzidas das reivindicações dependentes da patente, da descrição e dos desenhos. A seguir, configurações exemplificadoras preferidas da invenção são explicadas em detalhes com referência aos desenhos anexos. Eles mostram: Figura 1: um diagrama de blocos de uma configuração exemplificadora do processo da invenção e do dispositivo da invenção, respectivamente, Figura 2: um diagrama de blocos de outra configuração exemplificadora do processo da invenção e do dispositivo da invenção, respectivamente, e a Figura 3: uma configuração exemplificadora do dispositivo com uma câmara de aquecimento separada para secagem e pirólise e uma câmara de reação compartilhada para uma zona de oxidação e uma zona de gaseificação, bem como uma zona de arrefecimento separada em uma câmara de arrefecimento separada.

[0043] A figura 1 mostra um diagrama de blocos em representação esquemática de uma configuração exemplificadora da invenção. O diagrama de blocos ilustra um processo 10 e um dispositivo 11, respectivamente, para gaseificar uma biomassa B. O processo compreende essencialmente três etapas de processo sucessivas 12, 13 e 14. Em uma primeira etapa de processo 12, a biomassa B é fornecida, juntamente com um gás contendo oxigênio, à zona de oxidação ZO. O gás contendo oxigênio usado na configuração exemplificadora é o ar L. A quantidade de ar fornecido L é ajustada em função da demanda de um produto gasoso a ser gerado. Além disso, é possível ajustar a temperatura TO na zona de oxidação ZO através da quantidade de ar L.

[0044] Nesta primeira etapa de processo 12, a biomassa B oxida-se sub-estequiometricamente na zona de oxidação ZO. Ao fazê-lo, um gás bruto R e um resíduo carbonáceo RK se formam. A temperatura TO na zona de oxidação é ajustada abaixo - mas o mais próximo possível -do ponto de fusão das cinzas ou no ponto de amolecimento das cinzas do resíduo carbonáceo RK. Isto evita que as cinzas do resíduo carbonáceo se fundam ou amoleçam na zona de oxidação ZO e que ocorra uma aglutinação na região da zona de oxidação ZO. Por outro lado, mediante a uma temperatura extremamente alta TO na zona de oxidação ZO, já se obtém uma redução do teor de alcatrão no gás bruto R. O gás bruto R e o resíduo carbonáceo RK são subsequentemente parcialmente gaseificados em uma segunda etapa de processo 13 em uma zona de gaseificação ZV. A zona de gaseificação ZV pode ser aquecida indiretamente com o auxílio de um arranjo de aquecimento 15. De outro modo, a temperatura TV na zona de gaseificação ZV pode ser ajustada, por exemplo, pela entrada de calor da zona de oxidação ZO, em particular, pela entrada de calor do resíduo carbonáceo RK, assim como do gás bruto quente R. Em pelo menos uma modalidade preferencial, o arranjo de aquecimento 15 pode compreender pelo menos um queimador 16.

[0045] A temperatura TV na zona de gaseificação ZV pode ser ajustada através do arranjo de aquecimento 15, independentemente da temperatura na zona de oxidação ZO. Na configuração exemplificadora da invenção, a temperatura TV na zona de gaseificação ZV é no mínimo de 800 °C e no máximo de 1000 °C. O resíduo carbonáceo RK é parcialmente gaseificado na zona de gaseificação ZV com constituintes gasosos do gás bruto, em que, na configuração exemplificadora, até aproximadamente 75% do resíduo carbonáceo RK é gaseificado. Os constituintes do gás que são usados para gaseificar o resíduo carbonáceo RK são principalmente vapor de água e dióxido de carbono.

[0046] Sob essas condições, um produto gasoso quente PH que ainda contém uma proporção indesejavelmente alta de alcatrão, bem como carvão ativado AK, são formados. O produto gasoso quente PH e uma determinada quantidade de carvão ativado MAK2 são subsequentemente transportados para a zona de arrefecimento ZK para resfriar o produto gasoso PH e a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 juntos, de modo que o alcatrão seja transferido do produto gasoso quente PH para a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 durante o resfriamento conjunto. Dessa maneira, evita-se uma precipitação do alcatrão na parede da câmara que comporta a zona de arrefecimento ZK porque a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 adsorve o alcatrão. Por outro lado, o carvão ativado AK é utilizado de forma eficiente.

[0047] A quantidade de carvão ativado MAK2 que é resfriada juntamente com o produto gasoso PH é determinada com base na quantidade de biomassa MB fornecida que resultou no carvão ativado AK, bem como no produto gasoso PH. A quantidade fornecida de biomassa MB contém, via de regra, água e cinzas, e contém uma massa bruta mBroh. Isso corresponde a uma massa mBaf na condição de referência, isenta de água e de cinzas (waf). A quantidade de carvão ativado MAK2 que é fornecida para a zona de arrefecimento contém uma massa mAK2 que é no mínimo de 2% até no máximo de 10% da massa mWAF da biomassa fornecida B em relação a uma condição de referência isenta de água e de cinzas da biomassa fornecida B.

[0048] Durante uma terceira etapa do processo 14, o produto gasoso quente PH e a quantidade determinada de carvão ativado MAK2 e as cinzas que se formam no gaseificador são indiretamente resfriados com o auxílio de um arranjo de arrefecimento 17. Ao fazê-lo, ocorre um processo de adsorção na zona de arrefecimento ZK, em que o alcatrão do produto gasoso PH liga-se à quantidade determinada de carvão ativado MAK2 durante o resfriamento conjugado. A quantidade de carvão ativado MAK2 é enriquecida com alcatrão do produto gasoso PH durante o resfriamento em uma câmara compartilhada.

[0049] O produto gasoso quente PH pode ser resfriado dentro da zona de arrefecimento ZK, por exemplo, até uma temperatura inferior a 50 °C. Na terceira etapa do processo o produto gasoso PH e a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 são preferencialmente resfriados juntos para o processo de adsorção não abaixo de um limiar de temperatura maior que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso PH. Desta maneira, é possível obter grande uso da capacidade de carga do carvão ativado. Pelo enriquecimento do carvão ativado MAK2 com o alcatrão do produto gasoso PH, surge um produto gasoso resfriado PA no final da zona de arrefecimento ZK, podendo também ser referido como gás puro PR. O gás puro PR é completamente isento de alcatrão ou contém apenas uma parte insignificante de alcatrão. O gás puro PR pode ser usado para gerar energia e, em particular, não requer qualquer pós- tratamento adicional caro para remover o alcatrão. Em particular, o gás puro PR pode ser usado diretamente em instalações da cogeração.

[0050] Junto à quantidade determinada de carvão ativado MAK2 para o resfriamento conjunto, permanece potencialmente uma quantidade em excesso de carvão ativado MAK1 da zona de gaseificação ZV. Tal como indicado pela seta P na figura 1, esta pode ser separada ou, conforme ao caso, removida antes da zona de arrefecimento ZK. A quantidade parcial em excesso MAK1, com um fluxo de massa mAK1, pode ser alimentada - para limpeza fina adicional do gás puro PR - a um recipiente de um arranjo de limpeza de gases para reduzir mais ainda o teor de alcatrão residual do gás puro PR após o resfriamento conjunto. Tais arranjos de recipientes para a limpeza de gás são conhecidos per se, de modo que uma descrição detalhada delas é dispensável.

[0051] Como mostrado nas linhas tracejadas na figura 1, a poeira do produto gasoso resfriado PA ou do gás puro PR pode ser removida em uma unidade de precipitação de poeira adequada 18, por exemplo, usando filtros, arranjos eletrostáticos, ciclones ou similares.

[0052] A quantidade de carvão ativado MAK2 pode ser removida da zona de arrefecimento ZK e triturada ou finamente moída usando um arranjo de moagem 19. O carvão ativado moído, doravante referido como pó de carvão SK, pode ser usado como vetor energético para combustão. Por exemplo, o pó de carvão SK ou pelo menos uma parte dele pode ser transportado para o queimador do arranjo de aquecimento 15, para o aquecimento indireto da zona de gaseificação ZV.

[0053] Além disso, a figura 1 mostra duas opções para usar um gás de escape G do pelo menos um queimador 16 do arranjo de aquecimento. O gás de escape G pode ser usado, por um lado, em um arranjo de secagem 20 para secar a biomassa B antes de ser transportada para a zona de oxidação ZO. Alternativamente ou adicionalmente, o gás de escape G pode ser utilizado em um arranjo de pré-aquecimento 21 para pré-aquecer o ar L ou o gás contendo oxigênio antes da sua introdução na zona de oxidação ZO.

[0054] O processo pode ser realizado como uma forma mista de gaseificação autotérmica e alotérmica. Para o aquecimento indireto opcional da zona de gaseificação ZV na segunda etapa do processo 13, são necessários, no máximo, 10% do conteúdo energético da biomassa, de acordo com um exemplo. O gás puro PR tem um valor de aquecimento entre 1,5 e 2 kWh/m3. Graus de eficácia de gás frio (CGE) acima de 80% podem ser alcançados. A remoção do alcatrão do produto gasoso PH devido à adsorção com o resfriamento simultâneo do produto gasoso PH e a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 na terceira etapa do processo 14 é extremamente econômica e não requer elevados custos de investimento nem elevados custos de manutenção.

[0055] A figura 2 mostra outra modalidade exemplar do processo da invenção e do dispositivo da invenção, respectivamente. Doravante, as diferenças em relação à configuração exemplificadora na figura 1 serão descritas. Além disso, aplica-se a descrição relativa à configuração exemplificadora de acordo com a figura 1.

[0056] Na figura 2, a primeira etapa do processo 12 na configuração exemplificadora é dividida em uma etapa de aquecimento 12i e em uma etapa de oxidação 12ii. Durante a etapa de aquecimento 12i, a biomassa B é fornecida a uma zona de aquecimento ZE. Na zona de aquecimento ZE, a biomassa B é seca e aquecida de tal maneira que os constituintes voláteis escapam da biomassa B. Ao fazê-lo, forma-se um gás dos constituintes voláteis PY (gás de pirólise) e um resíduo carbonáceo RK. Como ilustrado, a zona de aquecimento ZE pode ser aquecida com o gás de escape G do queimador 16 do arranjo de aquecimento 15. Alternativamente ou adicionalmente, mas não ilustrada, a zona de aquecimento ZE pode ser aquecida com gás de escape de um motor a gás que é abastecido com o gás puro PR do processo. A temperatura TE na zona de aquecimento é, por exemplo, de aproximadamente 500 °C. O gás de pirólise PY é introduzido na zona de oxidação ZO. Além disso, a zona de oxidação ZO é munida com um gás contendo oxigênio, por exemplo, o ar L, em uma quantidade que o gás de pirólise PY oxida sub- estequiometricamente na zona de oxidação ZO. O ar L pode ser pré- aquecido em um arranjo de pré-aquecimento 21 que é alimentado com o calor do gás de escape do queimador 16.

[0057] O resíduo carbonáceo RK pode ser introduzido na zona de oxidação ZO juntamente com o gás de pirólise PY e/ou desviando da zona de oxidação ZO, diretamente na zona de gaseificação ZV. Uma parte do resíduo carbonáceo RK pode oxidar sub-estequiometricamente na zona de oxidação ZO.

[0058] O gás de escape do queimador 16 do arranjo de aquecimento 15 pode ser opcionalmente utilizado para aquecer a zona de gaseificação ZV.

[0059] Devido a uma separação espacial de aquecimento para secagem e pirólise, por um lado, e de oxidação, por outro lado, o processo é realizado por etapas. A temperatura desejada TO na zona de oxidação ZO pode ser, dessa forma, alcançada e ajustada em grande parte independentemente do tamanho do pedaço da biomassa B bem como da umidade da biomassa.

[0060] A figura 3 mostra esquematicamente, parcialmente em corte, uma elevação lateral de uma configuração exemplificadora de um dispositivo 11 para gaseificar a biomassa B. O dispositivo 11 compreende um recipiente de reação 22, por exemplo, cilíndrico, disposto essencialmente na vertical, o qual delimita uma câmara de reação compartilhada 23. Em uma seção superior da câmara de reação 23 ou do recipiente de reação 22, são formadas a zona de oxidação ZO e a zona de gaseificação ZV em uma seção adjacente. Devido ao arranjo vertical, pode-se alcançar um transporte simplificado dentro da câmara de reação 23, sem arranjos transportadores dispendiosos. Alternativamente, pelo menos uma câmara de reação 23 pode ser orientada horizontalmente ou inclinada em relação à vertical e à horizontal.

[0061] Alternativamente, a zona de oxidação ZO e a zona de gaseificação ZV também podem ser formadas nas câmaras reacionais que são separadas umas das outras (não mostradas na figura 3). As câmaras reacionais separadas podem ser dispostas em câmaras reacionais que são separadas umas das outras.

[0062] O resíduo carbonáceo RK, bem como o gás de pirólise PY, podem ser fornecidos na extremidade verticalmente superior do recipiente de reação 22 para a câmara de reação 23. O resíduo carbonáceo RK e o gás de pirólise PY podem ser gerados em uma câmara de aquecimento 24 do dispositivo 11, separada da câmara de reação 23, em que a dita câmara de aquecimento proporciona uma zona de aquecimento ZE na câmara de aquecimento 24 para secagem e para a pirólise da biomassa B. A câmara de aquecimento está conectada à câmara de reação 23 através de uma linha 25 para o gás de pirólise PY e o resíduo carbonáceo RK.

[0063] A câmara de aquecimento 24 é abastecida com biomassa B de um silo 26 ou de um recipiente intermediário. Para tanto, o silo 26 ou, respectivamente, o recipiente intermediário está conectado à entrada 27 da câmara de aquecimento 24. Entre o silo 26 e a câmara de aquecimento 24 para secagem e pirólise, é colocado uma primeira comporta 28. Por exemplo, usando essa primeira comporta 28, é possível ajustar o fluxo de massa mBroh da biomassa B que é fornecido à câmara de aquecimento 24. Na câmara de aquecimento 24 que é orientada diagonalmente em relação à vertical ou horizontal, um arranjo transportador 29 é colocado como, por exemplo, um transportador helicoidal, para transportar a biomassa B da entrada 27 da câmara de aquecimento 24 através da câmara de aquecimento 24. Na saída 30 da câmara de aquecimento 24, a dita câmara de aquecimento está conectada à câmara de reação 23 através da linha 25, com a dita câmara de reação provendo a zona de oxidação ZO e a zona de gaseificação ZV. A câmara de aquecimento ZE e a câmara de reação 23 são câmaras que são separadas uma da outra de modo que as temperaturas na câmara de reação 23 e na câmara de aquecimento 24 podem ser ajustadas em grande parte independentemente uma da outra. Além disso, na seção superior do recipiente de reação 22, um arranjo de fornecimento de gás 31 para fornecer o gás contendo oxigênio ou o ar L à zona de oxidação ZO está presente. Por exemplo, o ar é direcionado, através de uma linha 32, do arranjo de fornecimento de gás 31 diretamente para a zona de oxidação ZO. Na câmara de reação 23, é disposto um sensor de temperatura 33 para a detecção da temperatura TO na zona de oxidação ZO. Para regular a temperatura, a temperatura detectada é transmitida para um arranjo de controle de processo não especificamente ilustrado. Da mesma forma, sensores de temperatura não especificamente ilustrados podem ser dispostos na zona de aquecimento ZE, assim como na zona de gaseificação ZV, sendo estes capazes de detectar a temperatura na zona de aquecimento ZE e na zona de gaseificação ZV, respectivamente, e distribuí-los no arranjo de controle de processo.

[0064] Na extremidade 34 da câmara de reação 23 - vista na direção de transporte - pode ser disposto um arranjo de ramificação 35 indicado pela seta na figura 3, configurado para separar antes da zona de arrefecimento ZK o excesso de carvão ativado AK que não deve ser usado para o resfriamento conjunto do carvão ativado AK e do produto gasoso PH na zona de arrefecimento ZK. Na extremidade 34 da câmara de reação 23, a dita câmara de reação está ligada a uma câmara de arrefecimento 36 que está contida em um recipiente da câmara de arrefecimento 37. A câmara de arrefecimento 36 proporciona uma zona de arrefecimento ZK. A câmara de arrefecimento 36 também está disposta diagonalmente em relação à vertical e à horizontal. Alternativamente, ela pode ser orientada, por exemplo, verticalmente ou horizontalmente. A câmara de arrefecimento 36 contém um arranjo transportador 38, por exemplo, um transportador helicoidal, que é disposto para transmitir uma determinada quantidade, por exemplo, um determinado fluxo de massa de carvão ativado AK gerado na câmara de reação 23 através da câmara de arrefecimento 36. Além disso, o arranjo transportador 38 pode contribuir para transportar o produto gasoso quente PH para dentro da câmara de arrefecimento 36 ou para a zona de arrefecimento ZK. Na extremidade 39 da câmara de arrefecimento 36 - vista na direção do transportador do carvão ativado AK ou do produto gasoso PH - a dita câmara de arrefecimento é conectada a uma câmara de precipitação 40 que compreende um filtro 18, bem como um escape 41 para o gás puro PR. O filtro 18 pode ser abastecido, por exemplo, com carvão ativado AK separado antes da zona de arrefecimento ZK. No escape 41, é colocado um sensor de temperatura 42 que detecta a temperatura de saída de gás do produto gasoso limpo PR e a transmite para o arranjo de controle de processo. Além disso, a câmara de precipitação 40 inclui, na sua extremidade inferior, um escape 43 para o carvão ativado carregado com alcatrão AK. No escape 43, a câmara de precipitação 40 está conectada a um reator 44 para a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão AK. Entre a câmara de precipitação 40 e o reator 44, é colocada uma segunda comporta 45 através da qual o carvão ativado carregado com alcatrão AK é transportado para dentro do reator 44 para realizar a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão. Além disso, em uma configuração exemplificadora, o reator 44 pode ser abastecido com excesso de carvão ativado AK separado antes da zona de arrefecimento ZK, sendo a correspondente linha de alimentação não mostrada na figura 3. A segunda comporta 45, tal como a primeira comporta 28 na entrada 27 da câmara de aquecimento 24, é configurada de tal maneira que o dispositivo 11 na câmara de aquecimento 24, a câmara de reação 23 da câmara de reação 36, bem como a câmara de precipitação 40, podem operar a uma pressão que é elevada em relação à pressão ambiente, por exemplo, a 5 bar.

[0065] O reator 44 para a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão AK tem um escape 46 para as cinzas, podendo as cinzas ser transportadas para a saída, por exemplo, por meio de uma plataforma giratória 47. No escape 46, o reator 44 compreende uma terceira comporta 48 que, como as outras comportas 28, 45, é configurada de tal maneira que o dispositivo 11 pode ser operado a uma pressão elevada em relação à pressão ambiente.

[0066] A câmara de aquecimento 24 que proporciona a zona de aquecimento ZE, é envolvida por um manto de isolamento 49. Um espaço de aquecimento 51 é formado entre o manto de isolamento 49 e a parede exterior do recipiente 50 para a câmara de aquecimento 24. Na configuração exemplificadora, o espaço de aquecimento 51 é conectado ao reator 44 para a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão através de uma linha correspondente 52, através da qual o espaço de aquecimento 51 pode ser abastecido com o gás de escape G do reator 44. Alternativamente ou adicionalmente, o espaço de aquecimento 51, como indicado pela seta 52, pode ser aquecido com os gases de escape de um motor a gás (não ilustrado) para gerar energia, sendo o dito motor a gás abastecido com o produto gasoso limpo PA, PR que é utilizado como combustível. O gás de escape G pode ser descarregado do espaço de aquecimento 51 através de uma saída 53 no manto de isolamento 49.

[0067] A câmara de reação também é fechada por um manto de isolamento 54 que circunda a zona de oxidação ZO, bem como a zona de gaseificação ZV. Entre o manto de isolamento 54 e a câmara de reação 23, pode haver um espaço de aquecimento para o aquecimento indireto da zona de gaseificação ZV e/ou a zona de oxidação ZO (não ilustrada) que também pode ser alimentado com o gás de escape G do reator 44.

[0068] O recipiente da câmara de arrefecimento 37 é fechado por um manto 56, sendo um espaço de arrefecimento 57 formado entre o manto 56 e o recipiente da câmara de arrefecimento 37, em que o dito espaço de arrefecimento pode ser abastecido através de uma entrada 58 com um refrigerante C, sendo o dito refrigerante ar, na configuração exemplificadora. O espaço de arrefecimento 57 tem um escape 59 para descarregar o ar C do espaço de arrefecimento 57. O ar C que foi aquecido por arrefecimento indireto da câmara de arrefecimento 36 pode ser fornecido através da linha 60, colocada entre o escape 59 e o reator 44 - ao reator 44 para a combustão do carvão ativado AK.

[0069] O escape 41 para descarregar o gás puro PR, pode ser conectado, por exemplo, a um motor a gás (não ilustrado) que deve ser operado com o gás puro PR. Por exemplo, para a geração do gás puro PR, o dispositivo 11 opera da seguinte maneira:

[0070] No estado estacionário, quando o motor a gás deve fornecer energia mecânica constante, a geração contínua de gás puro PR é demandada, via de regra, pelo dispositivo 11 e pelo processo 10, respectivamente. A fim de gerar o gás puro PR, via de regra, um fluxo de massa constante de biomassa mBroh (condição de referência, bruta) do silo 26 para a biomassa B é proporcionado com a ajuda da primeira comporta 28 e, por exemplo, a força de gravidade, bem como do dispositivo transportador 29, para a câmara de aquecimento 24 para secagem e pirólise da biomassa B. O fluxo de biomassa mBroh corresponde a um fluxo de biomassa mBwaf (condição, isento de água e cinzas). Na câmara de aquecimento 24 e na zona de aquecimento ZE, respectivamente, a biomassa B é seca e aquecida por aquecimento indireto da zona de aquecimento ZE com o gás de escape G do reator 44 e/ou o motor a gás, por exemplo, a aproximadamente 500 °C, e aquecida de tal maneira que os constituintes voláteis se separam da biomassa B (pirólise). Ao fazer isto, o resíduo carbonáceo RK, assim como o gás de pirólise PY que pode ter um teor de alcatrão de vários gramas por metro cúbico, são formados.

[0071] O resíduo carbonáceo RK, assim como o gás de pirólise PY, são transportados para a zona de oxidação ZO com o auxílio do arranjo transportador 29. Na dita zona de oxidação, o gás de pirólise PY é sub-estequiometricamente oxidado com o fornecimento de um gás contendo oxigênio, por exemplo, ar L, a uma temperatura de aproximadamente 1000 °C a 1200 °C, formando um gás bruto R. A maior parte dos constituintes do alcatrão no gás de pirólise PY são craqueados. O ar do gás L contendo oxigênio é controlado para ajustar a temperatura TO na zona de oxidação ZO. Por exemplo, 1 metro cúbico de ar é necessário por quilograma de biomassa (waf). Pelo pré- aquecimento, a quantidade de ar pode ser reduzida ainda e o valor de aquecimento do gás puro PR pode ser aumentado. Na zona de oxidação ZO e na etapa de oxidação 12ii, respectivamente, a proporção de alcatrão no gás bruto R é claramente inferior a 500 mg por metro cúbico.

[0072] O transporte de gás do gás bruto R para dentro da zona de gaseificação ZV localizada abaixo da zona de oxidação ZO é realizado, por exemplo, de modo que o gás contendo oxigênio L é fornecido na extremidade verticalmente superior 61 da câmara de reação 23; o gás L empurra, dessa forma, os gases presentes na câmara de reação 23 verticalmente para baixo. Alternativamente ou adicionalmente, um dispositivo de sucção não ilustrado para o produto gasoso PH pode ser conectado à extremidade 34 da câmara de reação 23 ou do dispositivo 11 para induzir ou auxiliar o transporte de gás dentro da câmara de reação 23.

[0073] Na zona de gaseificação ZV que também pode ser referida como a zona de redução, a parte predominante do resíduo carbonáceo RK é gaseificada endotermicamente, em cujo caso a temperatura do gás diminui adequadamente até 700 °C, por exemplo. Ao fazê-lo, a proporção de resíduo carbonáceo RK pode diminuir de originalmente 20% após a pirólise para, por exemplo, 5% em relação à biomassa fornecida mBwaf (condição de referência, isenta de água e de cinzas). O carbono AK que possui uma estrutura altamente porosa (carvão ativado) é formado.

[0074] O arranjo de controle de processo do dispositivo 11 é configurado para transportar - mediante controle dos parâmetros do processo tais como, por exemplo, a temperatura e, opcionalmente, também a pressão, e/ou por meio do arranjo de ramificação, e/ou pelo arranjo transportador 38 da câmara de arrefecimento 36 - uma determinada massa de carvão ativado MAK2 de uma região de um mínimo de 0,02 quilograma até um máximo de 0,1 quilograma por quilograma de biomassa B fornecida (em relação à condição de referência, isenta de água e cinzas), do qual foi gerado o carvão ativado AK, da zona de gaseificação ZV para a zona de arrefecimento ZK da câmara de resfriamento 36 e para resfriar indiretamente o dito fluxo de massa nesse local, juntamente com o produto gasoso carregado de alcatrão PH que foi produzido durante a gaseificação da biomassa fornecida B, até próximo à temperatura ambiente. Durante o resfriamento em conjunto, o produto gasoso pH é liberado do alcatrão devido ao processo de adsorção e é, posteriormente, transportado como gás puro PR para o motor a gás.

[0075] Se a demanda por gás puro PR for alterada ou se o valor de aquecimento da biomassa atualmente fornecida B for muito alterado, o fluxo de massa mBroh da biomassa B fornecida é alterado em conformidade. Com retardamento temporal, um fluxo de massa alterado de carvão ativado mAK é gerado na zona de gaseificação. O arranjo de controle de processo é configurado de modo a levar em conta que a variação do fluxo de massa mAK do carvão ativado AK ocorre com retardamento em relação à mudança do fluxo de massa do material de biomassa mBroh fornecido. Portanto, mesmo se houver uma demanda variável por gás puro PR, a quantidade MAK2 ou o fluxo de massa mAK2 que deve ser fornecido para a zona de arrefecimento ZK do fluxo de massa mAK de carvão ativado que está atualmente presente na zona de gaseificação ZV, é determinada a partir da quantidade ou do fluxo de massa fornecido de biomassa (quantidade e fluxo de massa em relação à condição de referência waf), a partir do que o fluxo de massa de carvão ativado mAK foi gerado na zona de gaseificação ZV.

[0076] Os constituintes do alcatrão e de outras substâncias prejudiciais do produto gasoso PH são adsorvidos durante o resfriamento conjunto do carvão ativado MAK2. A capacidade de carga (capacidade de adsorção) do carvão ativado AK é tão alta que - com uma carga de apenas 2% por peso em peso por quilograma de biomassa B (waf), por exemplo, 1 grama de constituintes de alcatrão pode ser removido do produto gasoso PH. O produto gasoso PH e a determinada quantidade de carvão ativado MAK2 são resfriados durante o resfriamento conjunto, preferivelmente não abaixo de um limite de temperatura mais baixo acima do ponto de orvalho do produto PH, porque a capacidade de carga do carvão ativado AK diminui acentuadamente à medida que a umidade relativa do produto gasoso PH se aproxima de 100%. Na configuração exemplificadora, é utilizado ar C para o resfriamento indireto na zona de arrefecimento ZK, sendo o ar de arrefecimento aquecido C introduzido no reator para a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão MAK2.

[0077] Em uma configuração exemplificadora, o produto gasoso PA, PR é separado, a jusante da zona de arrefecimento ZK, mediante um filtro de pó 18 do carvão ativado MAK2 que é carregado com poluentes. O carvão ativado MAK2 que é carregado com poluentes é transportado para o reator 22 através da segunda comporta 45 e queimado com o ar de arrefecimento consumido C. As cinzas são precipitadas, por exemplo, por meio do prato giratório 47 e da terceira comporta 48.

[0078] Se a biomassa B apresentar umidade elevada, pode ser conveniente aquecer a zona de aquecimento ZE por aquecimento indireto tanto com os gases de escape do motor a gás, quanto também com o gás de escape do reator 44 para a combustão do carvão ativado carregado com alcatrão MAK2.

[0079] A gaseificação sob pressão elevada com as comportas correspondentes 28, 45 e 48 na entrada e na saída do gaseificador 11 tem a vantagem de o produto gasoso limpo PR poder ser fornecido ao motor a gás pressurizado sem compressor. Além disso, como resultado disso, a capacidade de carga de carvão ativado AK pode ser aumentada.

[0080] Com o processo da invenção 10 e com o dispositivo da invenção 11 para limpeza fina, é possível gerar um produto gasoso PR apto para motores, sem a necessidade de limpeza subsequente (por exemplo, usando um depurador por via úmida, eletrofiltro ou similar). A eficácia do gás frio (CGE) do gaseificador fica acima de 80%, mesmo no caso de uma biomassa com alto teor de umidade.

[0081] A invenção refere-se a um processo 10 para gaseificação de biomassa B, bem como um dispositivo 11 configurado para tal. O processo é efetuado em pelo menos três etapas do processo 12, 12i, 12ii, 13, 14. Em uma primeira etapa do processo 12 em uma configuração exemplificadora, o resíduo biogênico - biomassa - pode ser fornecido a uma zona de aquecimento ZE para secar a biomassa B e permitir que os constituintes voláteis escapem de modo a gerar um gás de pirólise PY a partir daí. O gás de pirólise PY é fornecido a uma zona de oxidação ZO e oxidado sub-estequiometricamente, gerando um gás bruto R. O resíduo carbonáceo semelhante ao coque RK gerado na zona de aquecimento ZE é - juntamente com o gás bruto R - parcialmente gaseificado em uma segunda etapa do processo 13 em uma zona de gaseificação ZV. A zona de aquecimento ZE pode ser aquecida indiretamente. A zona de gaseificação ZV também pode ser aquecida indiretamente. A zona de aquecimento ZE e a zona de oxidação ZO são preferencialmente zonas separadas uma da outra em câmaras separadas 23, 24. A gaseificação forma carvão ativado AK e um gás de processo quente PH. O processo de acordo com a invenção 10 ou, respectivamente, o dispositivo 11 é configurado para resfriar uma determinada quantidade do carvão ativado não menor do que 0,02 kg a não maior do que 0,1 kg por quilograma de biomassa fornecida (isenta de água e de cinzas, waf) da qual o carvão ativado se formou na zona de gaseificação ZV assim como o produto gasoso quente PH em uma terceira etapa do processo 14 em uma zona de arrefecimento, por exemplo, até um máximo de 50 °C. É preferível que o dispositivo é adaptado de tal maneira ou o processo compreende o resfriamento conjunto do carvão ativado AK e do gás de processo quente PH de modo que a temperatura do gás de processo PH na zona de arrefecimento ZK durante o resfriamento conjunto com o carvão ativado AK permanece acima de uma temperatura limiar mais baixa que é mais alta do que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso PH. O processo de adsorção que ocorre durante o resfriamento conjunto do carvão ativado AK e do produto gasoso PH tem como resultado que, durante o resfriamento, o alcatrão do gás de processo quente PH se liga ao carvão ativado AK na zona de arrefecimento. Consequentemente, após a terceira etapa do processo 14, obtém-se um gás puro PR, PA, que é essencialmente isento de alcatrão. O carvão ativado enriquecido com alcatrão AK pode ser queimado pelo menos parcialmente para aquecer a zona de aquecimento ZE e/ou a zona de gaseificação ZV.

Claims (15)

1. Processo (10) para gaseificação da biomassa (B), CARACTERIZADO pelo fato de que a biomassa (B) é fornecida a um dispositivo (11) para gaseificação, em que, em uma primeira etapa do processo (12, 12i, 12ii), é gerado um gás bruto (R) e um resíduo carbonáceo (RK) a partir da biomassa fornecida (B), em que, em uma segunda etapa do processo (13), o resíduo carbonáceo (RK) é parcialmente gaseificado com constituintes gasosos do gás bruto (R) em uma zona de gaseificação (ZV), em consequência do que carvão ativado (AK) e um produto gasoso quente (PH) são formados, em que, por unidade de massa da biomassa fornecida (B) em relação ao estado de referência isenta de água e de cinzas (waf), entre um mínimo de 0,02 unidade de massa e um máximo de 0,1 unidade de massa de carvão ativado (AK) e o produto gasoso quente (PH) ao qual a biomassa fornecida (B) resultou são removidos da zona de gaseificação (ZV) , são transportados para uma zona de arrefecimento (ZK) e são resfriados conjuntamente na zona de arrefecimento (ZK) em uma terceira etapa do processo (14), de modo a que ocorra um processo de adsorção, em que o carvão ativado (MAK2) é enriquecido com alcatrão do produto gasoso quente (PH) durante o resfriamento.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que na terceira etapa do processo (14) para o processo de adsorção na zona de arrefecimento (ZK), o produto gasoso (PH) e o carvão ativado (MAK2) são resfriados juntos na zona de arrefecimento (ZK) não abaixo de uma temperatura limiar mais baixa que é maior do que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso (PA, PR).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura limite mais baixa é maior entre um mínimo de 10 K e um máximo de 20 K do que a temperatura do ponto de orvalho do produto gasoso (PA, PR).

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que, durante a primeira etapa do processo (12, 12i, 12ii), a biomassa fornecida (B) é seca durante uma primeira etapa parcial (12i) em uma zona de aquecimento (ZE) e é aquecida de tal maneira que os constituintes voláteis da biomassa (B) escapam, formando um gás de pirólise (PY) e o resíduo carbonáceo (RK), e em que pelo menos o gás de pirólise (PY) é oxidado sub-estequiometricamente durante uma subsequente etapa parcial (12ii) da primeira etapa do processo (12) em uma zona de oxidação (ZO) mediante o fornecimento de um gás contendo oxigênio (L), formando o gás bruto (R).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de aquecimento (ZE), por um lado, e a zona de oxidação (ZO), por outro lado, são zonas separadas uma da outra.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a oxidação sub- estequiométrica dos gases de pirólise (PY) e a gaseificação do resíduo carbonáceo (RK) são realizadas em zonas separadas uma da outra.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a oxidação sub- estequiométrica é realizada na zona de oxidação (ZO) a uma temperatura (TO) de um mínimo de 1000 °C até um máximo de 1200 °C.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura (TO) na zona de oxidação (ZO) é ajustada por meio da quantidade do gás contendo oxigênio (L) fornecido.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo é realizado a uma pressão que é elevada em relação à pressão ambiente.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o produto gasoso (PA, PR) que foi limpo devido ao processo de adsorção, é fornecido como combustível a um dispositivo, por exemplo, a um motor a gás, em que a quantidade de biomassa fornecida (MB) e a quantidade de carvão ativado (AK) separada da zona de gaseificação (MAK2) é adaptada proporcionalmente aos requisitos de desempenho do dispositivo.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás bruto (R) e o resíduo carbonáceo (RK) são aquecidos na zona de gaseificação (ZV) por aquecimento indireto, e/ou em que o carvão ativado (AK) e o produto gasoso quente (PH) são resfriados na zona de arrefecimento (ZK) por resfriamento indireto.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o carvão ativado (AK) com o alcatrão adsorvido da terceira etapa do processo (14) é incinerado em um reator (44) com o ar que foi utilizado na terceira etapa do processo (14) para resfriar o produto gasoso (PH) e o carvão ativado (AK), caso em que o gás de exaustão (G) da incineração é preferencialmente usado para aquecer a zona de aquecimento (ZE).

13. Dispositivo (11) para gaseificar a biomassa (B), CARACTERIZADO pelo fato de compreender pelo menos uma câmara (24) com uma zona de aquecimento (ZE), um arranjo de suprimento (28, 29) configurado para fornecer a biomassa (B) à zona de aquecimento (ZE) a fim de gerar gás de pirólise (PY) e resíduo carbonáceo (RK), pelo menos uma câmara (23) com uma zona de oxidação (ZO) para a oxidação do gás de pirólise (PY) e uma zona de gaseificação (ZV) para a gaseificação do resíduo carbonáceo (RK), um meio transportador (29) configurado para transportar o gás de pirólise (PY) para fora da zona de aquecimento (ZE), para dentro da zona de oxidação (ZO) e um gás bruto (R) da zona de oxidação (ZO) para dentro da zona de gaseificação (ZV), e configurado para transportar o resíduo carbonáceo (RK) para fora da zona de aquecimento (ZE) para dentro da zona de gaseificação (ZV), um arranjo de fornecimento de gás (31) que é configurado para suprir a zona de oxidação (Z)) com um gás contendo oxigênio (L) em uma quantidade tal que o gás de pirólise (PY) presente na zona de oxidação (Z) se oxida sub-estequiometricamente, formando o gás bruto (R), com um meio de aquecimento para aquecer a zona de gaseificação, sendo o dito meio de aquecimento configurado para ajustar a temperatura (TV) na zona de gaseificação (ZV) de tal modo que o resíduo carbonáceo (RK) com os constituintes gasosos seja parcialmente gaseificado, formando, assim, carvão ativado (AK) e um produto gasoso quente (PH), em que o dispositivo (11) é configurado para fornecer uma determinada quantidade (MAK2) do carvão ativado (AK) e do produto gasoso (PH) da zona de gaseificação (ZV) em uma zona de arrefecimento (ZK), sendo que a determinada quantidade (MAK2) de carvão ativado tem uma massa de, no mínimo, 2% até um máximo de 10% da massa fornecida da biomassa fornecida (B) em relação ao estado de referência, isenta de água e de cinzas, a partir da qual o carvão ativado (AK) e o produto gasoso quente (PH) se formaram, com um arranjo de resfriamento (ZK) que é disposto para resfriar conjuntamente a determinada quantidade (MAK2) de carvão ativado e o produto gasoso quente (PH) na zona de arrefecimento (ZK) de tal maneira que ocorra um processo de adsorção, ao longo do qual o carvão ativado (MAK2) é enriquecido com alcatrão do produto gasoso quente (PH) durante o resfriamento.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de aquecimento (ZE), por um lado, e a zona de oxidação (ZO), por outro lado, estão colocadas em câmaras separadas (23, 24) e/ou em que a zona de gaseificação (ZV), por um lado, e a zona de arrefecimento (ZK), por outro lado, estão colocadas em câmaras separadas (23, 36).

15. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (11) é configurado de modo a realizar a gaseificação a uma pressão que é elevada em relação à pressão ambiente.

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