BR112020006278A2 - dispositivo de gaseificação de biomassa - Google Patents

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Hisashi Kamiuchi
Mitsuo Kameyama
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Abstract

A presente invenção fornece um dispositivo de gaseificação de biomassa que otimiza a temperatura de pirólise da biomassa, a temperatura de reforma do gás de pirólise e a atmosfera do mesmo para gerar um gás reformado contendo uma grande quantidade de gás valioso, que pode impedir o entupimento e a corrosão da tubulação causada por pentóxido de difósforo e potássio nas cinzas e suprimir a geração de N2O, o que também pode reduzir a ocorrência de alcatrão e fuligem. A presente invenção se refere a um dispositivo de gaseificação de biomassa que é fornecido com um pirolisador de biomassa, um reformador de gás de pirólise e um tubo de introdução de gás de pirólise, em que: o pirolisador de biomassa é ainda fornecido com uma porta de entrada e saída de transportador de calor e executa pirólise em a biomassa pelo calor do transportador de calor; o reformador de gás de pirólise realiza reforma a vapor no gás de pirólise gerado pela pirólise da biomassa; o reformador de gás de pirólise é ainda provido de uma entrada de ar ou oxigênio; e o tubo de introdução de gás de pirólise é fornecido na superfície do lado do pirolisador de biomassa abaixo da superfície superior da camada transportadora de calor formada no pirolisador de biomassa.

Description

“DISPOSITIVO DE GASEIFICAÇÃO DE BIOMASSA” Campo técnico
[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de gaseificação de biomassa, em particular, um dispositivo de gaseificação de biomassa tendo um reator pirolítico de biomassa para a pirólise de biomassa ou para, de preferência, a biomassa ter um conteúdo de cinzas relativamente elevado e um reator de reforme de pirolisados gás para a mistura de gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa com oxigênio ou ar e vapor e, parcialmente, queimar e reformar o gás misto. Antecedentes
[0002] — Após o Grande Terremoto no Leste do Japão, em 11 de março de 2011, as instalações de energia renovável e fornecimento de energia distribuída foram repensadas, e as usinas de energia renovável usando geração de energia fotovoltaica, geração de energia eólica, geração geotérmica, geração de energia hidrelétrica, geração de energia das marés e a geração de energia de biomassa tem sido focada. Nos últimos anos, a produção de hidrogênio por eletrólise da água usando energia elétrica gerada com energia renovável tem sido focada.
[0003] Entre as energias renováveis, a geração de energia fotovoltaica, a geração eólica e a geração de energia das marés devem ser fontes de energia temporárias, mas não podem ser fontes de energia estáveis devido à sua geração instável. Uma usina de pequena escala da geração de energia hidrelétrica ou geração de energia das marés está em certa demanda e o lote vago pode ser facilmente garantido para usinas de pequena escala, enquanto uma usina de grande escala pode ser construída apenas em locais limitados.
[0004] Por outro lado, biomassa como madeira, lodo de esgoto e excremento de animais domésticos existe uniformemente no Japão. Acima de tudo, como o lodo de esgoto e o excremento de animais domésticos são continuamente gerados com pouca variação devido às estações do ano, eles são considerados uma matéria- prima estável de biomassa. Em particular, são geradas cerca de 2,15 milhões de toneladas de lodo de esgoto por ano (com base no peso seco; a quantidade gerada em 2015; a partir de dados do Ministério da Terra, Infraestrutura, Transporte e Turismo), em que 75% em peso do total não é utilizado, e é esperado que seja utilizado efetivamente.
[0005] No entanto, como o lodo de esgoto contém nitrogênio, fósforo, potássio e outras substâncias inorgânicas, além de solo e similares derivados da água da chuva, este possui alto teor de cinzas e é difícil de queimar. Além disso, como possui baixo valor calorífico, a eficiência da incineração é baixa quando a incineração, o que é uma desvantagem. Além disso, gera N2O derivado do nitrogênio durante a combustão. O potencial de aquecimento global de N2O é 298 vezes maior que o de CO» (o potencial de aquecimento global de N2 O foi alterado de 310 vezes para 298 vezes maior que o de CO? desde 2013; de um documento do Ministério da Ambiente), e é necessária combustão a alta temperatura de 850 ºC ou mais para inibir a geração de N2O. Por outro lado, o fósforo é convertido em pentóxido de difósforo por combustão. Sabe-se que o pentóxido de difósforo possui uma alta propriedade de sublimação e também uma propriedade deliquescente, causando, assim, efeito de entupimento em uma porção de baixa temperatura de um tubo. Além do pentóxido de difósforo, também é sabido que o potássio promove o entupimento e a corrosão de um tubo. Portanto, na combustão de lodo de esgoto, a combustão ou o tratamento térmico devem ser realizados sob uma condição para inibir a geração de N2O e pentóxido de difósforo e para inibir a volatilização do pentóxido de difósforo e potássio.
[0006] Para um dispositivo de gaseificação de biomassa com alto teor de cinzas, por exemplo, foi proposto um método para que o lodo de esgoto com um teor de cinzas de 20% em peso seja seco e depois pirolisado de 500 a 800 ºC em um forno de pirólise de leito fluidizado de um ar tipo soprado e o gás pirolisado resultante é queimado com ar a alta temperatura de 1.000 ºC a 1.250 ºC para gerar vapor para geração de energia da turbina pelo calor (Documento de Patente 1). O Documento de Patente 1 descreve que este método pode alcançar uma separação eficiente de cinzas no lodo de esgoto e, ao mesmo tempo, efetivamente utilizar o calor para a secagem do lodo de esgoto e para geração de energia. No entanto, neste método,
uma vez que o ar é soprado no forno de pirólise de leito fluidizado, o valor calorífico do gás pirolisado e, portanto, a eficiência térmica é reduzido. Portanto, uma alta geração de energia de saída não pode ser esperada. Além disso, o método gera energia elétrica e não pode produzir gases valiosos, como gás metano e gás hidrogênio. Além disso, como o método utiliza o forno de pirólise de leito fluidizado, as cinzas geradas não podem ser separadas de um meio fluido. Portanto, a aderência do meio fluente é causada por pentóxido de difósforo e potássio, de modo que o estado fluente se torna instável. Como resultado, o meio fluido deve ser substituído com frequência e, portanto, é assumido um problema como falha na execução de operação contínua estável.
[0007] Foi proposto um método de pirólise de biomassa com alto teor de cinzas como matéria-prima a uma temperatura de 450 ºC a 850 ºC em um forno de pirólise de leito fluidizado de circulação de um tipo de sopro de ar para coletar carvão como resíduo de pirólise por ciclônico. separação enquanto um gás pirolisado contendo alcatrão é reformado de 1.000 ºC a 1.200 ºC na presença de oxigênio (Documento de Patente 2). Este método pode modificar o gás pirolisado a alta temperatura no oxigênio, de modo a obter um gás combustível limpo, no qual o alcatrão foi removido. No entanto, neste método, o carvão separado e coletado pela separação ciclônica é retornado ao forno de leito fluidizado de circulação. Portanto, espera-se um problema de que o estado de fluxo se torne instável devido à aderência, como no Documento de Patente 1 do pentóxido de difósforo e potássio nas cinzas a um meio fluido, por exemplo. Além disso, o gás pirolisado reformado em oxigênio contém uma grande quantidade de monóxido de carbono, de modo que possui um baixo valor calorífico e raramente contém gases valiosos, como metano e hidrogênio, o que é um problema. Além disso, foi proposto um método que, a fim de impedir a aderência do meio fluente, a pirolização e a separação do carvão são realizadas da mesma maneira que a acima, então o carvão é granulado e fornecido em um forno de reforma de leito fluidizado de circulação, e o carvão é sinterizado a uma temperatura de 900 ºC a 1000 ºC para produzir um corpo sinterizado granulado (Documento de Patente 3) Este método tem uma vantagem deimpedir a aderência de pentóxido de difósforo e potássio ao meio que flui, enquanto um agregado granulado pode ser produzido como subproduto. No entanto, também neste método, o gás pirolisado contém uma grande quantidade de monóxido de carbono, de forma que possui um baixo valor calorífico e raramente contém gases valiosos, como metano e hidrogênio, o que é um problema.
[0008] Um método típico de gaseificação de materiais orgânicos, como a biomassa lenhosa, usa transportadores de calor. Por exemplo, um dispositivo foi divulgado, o dispositivo tendo: uma pluralidade de transportadores de calor, por exemplo, esferas de alumina (com um diâmetro de 10 mm) para transportar calor; um pré-aquecedor para aquecer os transportadores de calor; um reator de reforma para reforma a vapor de um gás pirolisado; um reator pirolítico para pirólise de uma matéria-prima de biomassa lenhosa; um separador para separar os transportadores de calor e o carvão; e um fogão a jato quente para queimar o carvão e gerar uma explosão quente, e o pré-aquecedor, o reator de reforma e o reator pirolítico sendo dispostos verticalmente nessa ordem de cima para baixo (Documento de Patente 5). Neste dispositivo: os transportadores de calor são pré- aquecidos a uma temperatura alta no pré-aquecedor e, em seguida, são sucessivamente descartados no reator de reforma e no reator pirolítico; no reator de reforma, o gás pirolisado gerado no reator pirolíico é colocado em contato direto com os transportadores de calor e, portanto, é reformado para alcançar a redução do teor de alcatrão e o aumento da concentração de hidrogênio no gás; e então, no reator pirolítico, a biomassa é colocada em contato direto com os transportadores de calor e, portanto, é pirolizada para gerar o gás pirolizado. Como descrito acima, os transportadores de calor caem devido à gravidade e a reação prossegue sucessivamente. No entanto, como o pré-aquecedor, o reator de reforma e o reator pirolítico estão dispostos verticalmente nesta ordem de cima para baixo, a altura geral do dispositivo é significativamente aumentada, o que é um problema. Por exemplo, para processar 1 tonelada (com base no peso seco) de aparas de madeira por dia como biomassa, a altura do dispositivo atinge cerca de 23 me cerca de 1.320 kg de transportadores de calor são usados no pré-aquecedor,
cerca de 1.320 kg no reator de reforma e cerca de 1.000 kg no reator pirolítico. Portanto, o dispositivo se torna de larga escala.
[0009] Para resolver o problema acima mencionado, de que a altura e a escala do dispositivo aumentam demais, foi proposto um dispositivo que possui um reator pirolítico em uma zona de pirólise e um reator de reforma em uma zona de reação individualmente como componentes básicos para permitir tanto a configuração de conexão e uma configuração de conexão paralela. Por exemplo, um método de produção de gás de alta caloria a partir de um material orgânico ou mistura contendo material orgânico é conhecido (Documento de Patente 4). Os transportadores de calor circulam através de uma zona de aquecimento a cerca de 1.100 ºC, uma zona de reação de 950 ºC a 1.000 ºC, uma zona de pirólise de 550 ºC a 650 ºC, uma zona de separação e a zona de aquecimento novamente. Durante a circulação, o material orgânico ou a mistura contendo material orgânico entra em contato com os transportadores de calor aquecidos na zona de pirólise e é separado em um resíduo sólido contendo carbono e gás pirolisado como fase gasosa. Depois que os transportadores de calor passam pela zona de pirólise, o resíduo sólido contendo carbono é separado dos transportadores de calor através da operação de separação. O gás pirolisado é misturado ao vapor que serve como meio de reação, adquire parte do calor dos transportadores de calor aquecidos na zona de reação e, portanto, é ainda mais aquecido, para produzir gás de alta caloria. O gás pirolisado é misturado com vapor na zona de pirólise, todo o resíduo sólido contendo carbono é transportado para outro dispositivo de combustão e queimado no dispositivo de combustão, e os gases de escape quentes do dispositivo de combustão passam pelos transportadores de calor acumulados no aquecimento zona tal que a maior parte do calor sensível seja transferida para os transportadores de calor. Nesse método, a mistura é separada no coque pirolítico e os transportadores de calor imediatamente após a saída de um reator pirolítico, o coque pirolítico resultante é queimado no dispositivo de combustão e o calor sensível gerado pela combustão é usado para aquecer os transportadores de calor em a zona de aquecimento. O método, portanto, pode produzir gás de alta caloria a baixos custos. Além disso, este método tem uma vantagem de que a pirólise é realizada sem que o ar seja soprado para que o gás reformado contendo uma grande quantidade de gás valioso, como metano e hidrogênio, possa ser obtido. Além disso, o método tem uma vantagem de que o coque pirolisado (carvão vegetal) é eficientemente separado e coletado para reutilizá-lo ainda mais como fonte de calor, para que possa alcançar alta eficiência térmica. Além disso, mesmo quando a biomassa com alto teor de cinzas e alto teor de nitrogênio, como lodo de esgoto, é usada como matéria-prima, espera-se que este método iniba a geração de pentóxido de difósforo enquanto inibe a geração de N20O em pirólise. Entretanto, neste método, o gás pirolisado gerado na zona de pirólise, ou seja, o reator pirolítico, foi introduzido de uma parte superior do reator pirolítico em uma parte inferior da zona de reação, ou seja, o reator de reforma de gases pirolisados através de um tubo. Desta maneira de introduzir o gás pirolisado no reator em reforma, havia um problema em que o alcatrão, a fuligem e similares aderiam a uma parede interna do tubo, válvulas e similares pelos quais o gás pirolisado passava, o que causava entupimento inevitável problemas. Além disso, quando o coque pirolisado (carvão) é queimado, fósforo, potássio e similares concentrados no coque pirolisado (carvão) são dispersos como óxidos, que se depositam em um dispositivo de combustão e em um tubo a jusante do dispositivo de combustão e absorvem umidade para exibir um efeito deliquescente. Assim, existe a preocupação de que o tubo esteja entupido, o tubo esteja danificado devido à corrosão alcalina e similares. Portanto, o coque pirolisado (carvão) não pode ser queimado quando a biomassa com alto teor de cinzas é usada como matéria-prima, o que é uma desvantagem. Ao mesmo tempo, o carvão obtido por pirólise da biomassa com alto teor de cinzas tem um teor ainda maior de cinzas devido à concentração de cinzas nela e, portanto, o carvão não é adequado para combustão. Portanto, o próprio processo acima mencionado é difícil de ser incorporado, o que é uma desvantagem. Lista de citações Literatura patentária
[0010] Documento de Patente 1: Publicação do Pedido de Patente Não
Examinado Japonês No. 2002-322902
[0011] Documento de Patente 2: Publicação do Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2004-51745
[0012] Documento de patente 3: Publicação de patente concedida japonesa No 4155507
[0013] Documento de patente 4: Publicação de patente concedida japonesa No 4264525
[0014] Documento de Patente 5:Publicação do Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2011-144329 Resumo da Invenção Problema técnico
[0015] Um objeto da presente invenção consiste em proporcionar um dispositivo de gaseificação de biomassa, que pode otimizar a uma temperatura de pirólise de uma biomassa, de preferência, a biomassa tendo relativamente elevado teor em cinzas, a uma temperatura de reforma do gás de pirólise resultantes, e uma atmosfera de pirólise e reforma, de modo a: gerar um gás reformado com um alto teor de gás variável como hidrogênio; impedir o entupimento e a corrosão de um tubo causado pela volatilização do pentóxido de difósforo e potássio contido nas cinzas da biomassa; inibir a geração de N2O; e reduzir as quantidades de geração de alcatrão e fuligem. Solução para os Problemas
[0016] Os presentes inventores conduziram vários estudos para resolver os problemas da técnica anterior e, como resultado, alcançaram a seguinte concepção. Ou seja, se as temperaturas do reator pirolítico de biomassa e do reator de reforma de gás pirolisado puderem ser controladas separadamente, a temperatura de pirólise da biomassa e a temperatura de reforma do gás pirolisado podem ser otimizadas, respectivamente, para que a geração de alcatrão e fuligem na pirólise da biomassa, bem como a volatilização do pentóxido de difósforo e potássio, possam ser inibidas de modo que a geração de N2O pode ser inibida no reator de reforma. No entanto, na configuração do dispositivo, conforme descrito no
Documento de Patente 4, as temperaturas do reator pirolítico de biomassa e do reator de reforma de gás pirolisado podem ser controladas separadamente, mas em um tubo de introdução de gás pirolisado para introduzir o gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gás pirolisado, alcatrão, fuligem e similares aderem a uma parede interna, válvulas e similares, resultando em problemas de obstrução no tubo de introdução de gás pirolisado.
[0017] Em seguida, os presentes inventores tentaram vários estudos sobre qual configuração do dispositivo de gaseificação deveria ser feita para controlar separadamente as temperaturas internas do reator pirolítico de biomassa e do reator de reforma de gases pirolisados, a fim de otimizar a temperatura de pirólise da biomassa e a temperatura de reforma do gás pirolisado para reduzir a geração de alcatrão e fuligem, volatilização de pentóxido de difósforo e potássio, bem como geração de N2O; e para evitar a adesão de alcatrão e fuligem à parede interna do tubo de introdução de gás pirolisado para introduzir o gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gás pirolisado, resultando no entupimento do tubo de introdução de gás pirolisado.
[0018] Como resultado, os presentes inventores determinaram que os problemas de piche, fuligem e similares aderidos à parede interna do tubo de introdução de gás pirolisado e do tubo de introdução de gás pirolisado ser obstruído podem ser resolvidos por: montagem, do lado do reator pirolítico de biomassa, do tubo de introdução de gás pirolisado que introduz o gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gases pirolisados em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa a um nível abaixo da superfície superior de uma camada de uma camada de uma pluralidade de grânulos pré-aquecidos e / ou caroços (transportadores de calor) formados no reator pirolítico de biomassa; e de preferência, dispor o tubo de introdução de gás pirolisado horizontalmente. Em outras palavras, os presentes inventores determinaram que, quando uma porta de entrada de gás (entrada de gás) do tubo de introdução de gás pirolisado é fornecida na camada transportadora de calor para introduzir os transportadores de calor no reator pirolítico de biomassa no tubo de introdução de gás pirolisado e para permitir que o gás pirolisado passe através da camada transportadora de calor mantida no tubo de introdução de gás pirolisado, alcatrão, fuligem e similares são removidos eficientemente e o alcatrão é efetivamente pirolisado. Além disso, os presentes inventores determinaram, surpreendentemente, que os transportadores de calor que entram no tubo de introdução de gás pirolisado são substituídos sequencialmente devido ao movimento dos transportadores de calor de cima para baixo no reator pirolítico “de biomassa e, portanto, alcatrão, fuligem e similares são extraordinariamente removidos de forma eficaz e o alcatrão é pirolisado ou, de preferência, reformado sem deposição e obstrução dos transportadores de calor no tubo de introdução de gás pirolisado devido ao alcatrão e semelhantes. Além disso, os presentes inventores determinaram que, quando a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado é projetada para se projetar para cima, os transportadores de calor que fluem através do reator pirolítico de biomassa podem ser mais efetivamente impedidos de fluir para o outro reator, isto é, o reator de reforma de gás pirolisado através do tubo de introdução de gás pirolisado e os transportadores de calor no tubo de introdução de gás pirolisado são efetivamente substituídos para que o alcatrão, fuligem e similares possam ser removidos com mais eficiência. Além disso, os presentes inventores determinaram que, quando o aquecimento pelo transportador de calor é usado apenas para a pirólise da biomassa no reator pirolítico, e o calor é gerado por oxidação parcial do gás pirolisado usando oxigênio ou ar em conjunto com vapor de modo para reformar o gás pirolisado no reator de reforma de gás pirolisado usando vapor, a temperatura interna do reator de reforma de gás pirolisado pode ser controlada separadamente do reator pirolítico de biomassa; e controlando adequadamente as quantidades fornecidas de vapor e oxigênio ou ar, metano, monóxido de carbono, alcatrão e similares no gás pirolisado podem ser notavelmente reformados com eficiência, de modo que uma quantidade de alcatrão no gás gerado, ou seja, o gás reformado possa ser notavelmente reduzido e uma concentração de hidrogênio pode ser notavelmente aumentada.
[0019] Deste modo, a presente invenção fornece:
[0020] (1) Um dispositivo de gaseificação de biomassa, com:
[0021] um reator pirolítico de biomassa com uma entrada de biomassa e uma entrada de gás não oxidante e / ou uma entrada de vapor;
[0022] um reator de reforma de gás pirolisado tendo uma entrada de vapor e uma saída de gás reformada;
[0023] um tubo de introdução de gás pirolisado para introduzir um gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gás pirolisado, o tubo de introdução de gás pirolisado sendo fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado,
[0024] em que:
[0025] o reator pirolítico de biomassa tem ainda uma porta de introdução e uma porta de descarga para uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos, e realiza a pirólise da biomassa usando calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos; e
[0026] o reator de reforma de gás pirolisado realiza uma reforma a vapor do gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa,
[0027] o dispositivo de gaseificação de biomassa sendo caracterizado por:
[0028] o reator de reforma de gás pirolisado possuir ainda uma entrada de ar ou oxigênio e executar a reforma de vapor queimando parcialmente o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa usando ar ou oxigênio; e
[0029] o tubo de introdução de gás pirolisado ser fornecido em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa a um nível abaixo da superfície superior de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos formados no reator pirolítico de biomassa.
[0030] Os aspectos preferidos podem incluir:
[0031] (2) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (1), em que o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gases pirolisados para ser substancialmente horizontal em relação a uma direção de gravidade;
[0032] (3) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto
(1) ou (2), em que uma face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração projetada para cima;
[0033] (4) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (1) ou (2), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração projetada para cima com uma inclinação do lado do reator pirolítico de biomassa para um lado do reator de reforma de gás pirolizado;
[0034] (5) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (1) ou (2), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração projetada para cima com uma inclinação de 5 a 45 graus de um lado do reator pirolítico de biomassa para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0035] (6) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (1) ou (2), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração projetada para cima com uma inclinação de 10 a 30 graus de um lado do reator pirolítico de biomassa para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0036] (7) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (1) ou (2), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração que se projeta para cima com uma inclinação de 15 a 25 graus de um lado do reator pirolítico de biomassa para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0037] (8) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (7), em que uma forma interna de uma seção transversal perpendicular a uma direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado (uma direção de fluxo do gás pirolisado) é substancialmente circular ou substancialmente poligonal;
[0038] (9) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (7), em que a forma interna da seção transversal perpendicular à direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado (a direção do fluxo do gás pirolisado) é substancialmente retangular;
[0039] (10) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (9), em que são fornecidos um a três tubos introdutores de gás pirolisado;
[0040] (11) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (9), em que são fornecidos um ou dois tubos introdutores de gás pirolisado;
[0041] (12) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (11), caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado retém a pluralidade de grânulos e / ou nódulos em seu interior;
[0042] (13) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (12), caracterizado pelo fato de que a entrada de vapor é fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: reator pirolítico de biomassa e sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado e seus arredores; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0043] (14) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (12), caracterizado pelo fato de que a entrada de vapor é fornecida: no reator pirolítico de biomassa ou na sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0044] (15) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (12), caracterizado pelo fato de que são fornecidas uma a três entradas de vapor em cada um dos: reator pirolítico de biomassa ou sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0045] (16) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (12), caracterizado pelo fato de que é fornecida uma entrada de vapor em cada um dos: reator pirolítico de biomassa ou sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0046] (17) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (16), caracterizado pelo fato de que a entrada de ar ou oxigênio é fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: o reator de reforma de gás pirolisado e sua vizinhança;e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0047] (18) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (16), caracterizado pelo fato de que a entrada de ar ou oxigênio é fornecida: no reator de reforma de gás pirolisado ou em sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0048] (19) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (16), em que um a três de entrada de ar ou oxigênio s são proporcionados em cada uma: a gás pirolisado reformação do reator ou na sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0049] (20) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (16), caracterizado pelo fato de que uma entrada de ar ou oxigênio é fornecida em cada um dos: reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0050] (21) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (20), em que um pré-aquecedor para pré-aquecimento da pluralidade de grânulos e / ou nódulos é ainda fornecido acima do reator pirolítico de biomassa;
[0051] (22) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (21), caracterizado pelo fato de que a porta de introdução para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção superior do reator pirolítico de biomassa;
[0052] (23) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (21), em que a porta de introdução para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção superior do reator pirolítico de biomassa;
[0053] (24) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (23), em que a porta de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção inferior do reator pirolítico de biomassa;
[0054] (25) O dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (23), em que a porta de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção inferior do reator pirolítico de biomassa;
[0055] (26) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (25), caracterizado pelo fato de que o reator de reforma de gás pirolisado não possui um aquecedor;
[0056] (27) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (26), caracterizado pelo fato de que os grânulos e / ou nódulos são selecionados de um grupo que consiste em esferas de metal e esferas de cerâmica;
[0057] (28) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (27), em que as esferas metálicas são compostas de aço inoxidável;
[0058] (29) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (27), em que as esferas de cerâmica são compostas de um material selecionado de um grupo que consiste em alumina, sílica, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, zircônia e nitreto de silício;
[0059] (30) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (29), em que uma temperatura de fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 400 ºC a 700 ºC;
[0060] (31) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (29), em que a temperatura da fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 500 ºC a 700 ºC;
[0061] (32) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (29), em que a temperatura da fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 550 ºC a 650 ºC;
[0062] (33) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (32), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 700 ºC a 1000 ºC;
[0063] (34) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (32), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 850 ºC a 950 ºC;
[0064] (35) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (32), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 880 ºC a 930 ºC;
[0065] (36) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (35), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas de 5,0% em massa ou mais, com base no peso seco;
[0066] (37) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (35), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas de 10,0% em massa a 30,0% em massa, com base em peso;
[0067] (38) Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (35), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas de 15,0% em massa a 20,0% em massa, com base em peso;
[0068] (39) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (38), em que a biomassa é selecionada de um grupo que consiste em biomassa vegetal, biomassa biológica, lixo doméstico e desperdício de alimentos; e
[0069] (40) O dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (1) a (38), em que a biomassa é selecionada a partir de um grupo que consiste em lodo de esgoto e excremento de animais domésticos.
[0070] Além disso, a presente invenção fornece um método de gaseificação de biomassa usando o dispositivo de gaseificação de biomassa de acordo com (1) descrito acima. Ou seja, a presente invenção fornece:
[0071] (41) Um método de gaseificação de biomassa, em que:
[0072] um dispositivo de gaseificação de biomassa tem:
[0073] um reator pirolítico de biomassa para aquecer a biomassa sob uma atmosfera de gás não oxidante ou sob uma atmosfera de gás misto de um gás e vapor não oxidantes; e
[0074] um reator de reforma de gás pirolisado para reformar um gás gerado no reator pirolítico de biomassa na presença de vapor,
[0075] o método incluindo:
[0076] colocar uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos no reator pirolítico de biomassa, de modo a realizar a pirólise da biomassa usando o calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos; e
[0077] introduzir o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa no reator de reforma de gases pirolisados, de modo a realizara reforma a vapor do gás pirolisado,
[0078] e em que:
[0079] o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa é introduzido no reator de reforma de gás pirolisado através de um tubo de introdução de gás pirolisado fornecido em uma superfície lateral a um nível abaixo da superfície superior de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos formados em o reator pirolítico de biomassa; e
[0080] então o gás pirolisado introduzido é parcialmente oxidado pelo ar ou oxigênio que é introduzido separadamente no reator de reforma de gás pirolisado e, ao mesmo tempo, é reformado pelo vapor que é introduzido simultaneamente com o ar ou o oxigênio.
[0081] Os aspectos preferidos podem incluir:
[0082] (42) O método de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (41), em que o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gases pirolisados para ser substancialmente horizontal em relação a uma direção de gravidade;
[0083] (43) O método de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (41) ou (42), em que uma face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração projetada para cima;
[0084] (44) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (41) ou (42), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração que se projeta para cima com uma inclinação do lado do reator pirolítico de biomassa para um pirolizado lado do reator de reforma de gás;
[0085] (45) O método de gaseificação de biomassa de acordo com o aspecto (41) ou (42), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração que se projeta para cima com uma inclinação de 5 a 45 graus a partir de um pirolítico de biomassa lado do reator para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0086] (46) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (41) ou (42), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração que se projeta para cima com uma inclinação de 10 a 30 graus de um pirolítico de biomassa lado do reator para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0087] (47) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (41) ou (42), em que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma configuração que se projeta para cima com uma inclinação de 15 a 25 graus de um pirolítico de biomassa lado do reator para um lado do reator de reforma de gás pirolisado;
[0088] (48) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (47), caracterizado pelo fato de que uma forma interna de uma seção transversal perpendicular a uma direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado (uma direção de fluxo do gás pirolisado) é substancialmente circular ou substancialmente poligonal;
[0089] (49) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (47), caracterizado pelo fato de que a forma interna da seção transversal perpendicular à direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado (a direção do fluxo do gás pirolisado) é substancialmente retangular;
[0090] (50) O método de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (49), em que são fornecidos um a três tubos introdutores de gás pirolisado;
[0091] (51) O método de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (49), em que são fornecidos um ou dois tubos introdutores de gás pirolisado;
[0092] (52) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (51), caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado retém a pluralidade de grânulos e / ou nódulos em seu interior;
[0093] (53) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), caracterizado pelo fato de que a entrada de vapor é fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: reator pirolítico de biomassa e sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado e seus arredores; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0094] (54) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), em que a entrada de vapor é fornecida: no reator pirolítico de biomassa ou na sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0095] (55) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), caracterizado pelo fato de que são fornecidas uma a três entradas de vapor em cada um dos: reator pirolítico de biomassa ou sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0096] (56) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), caracterizado pelo fato de que uma entrada de vapor é fornecida em cada um dos: reator pirolítico de biomassa ou sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0097] (57) O método de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), em que a entrada de ar ou oxigênio é fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: o reator de reforma de gás pirolisado e seu proximidade; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0098] (58) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), em que a entrada de ar ou oxigênio é fornecida: no reator de reforma de gás pirolisado ou em sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0099] (59) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), caracterizado pelo fato de que são fornecidas uma a três entradas de ar ou oxigênio em cada um dos: reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0100] (60) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (52), caracterizado pelo fato de que uma entrada de ar ou oxigênio é fornecida em cada um dos: reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança; e o tubo introdutor de gás pirolisado;
[0101] (61) O método de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (60), em que um pré-aquecedor para pré-aquecimento da pluralidade de grânulos e / ou nódulos é ainda fornecido acima do reator pirolítico de biomassa;
[0102] (62) O método de gaseificação de biomassa de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (60), em que a porta de introdução para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção superior do reator pirolítico de biomassa;
[0103] (63) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (60), caracterizado pelo fato de que a porta de introdução para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção superior do reator pirolítico de biomassa;
[0104] (64) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (63), em que o orifício de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecido em uma porção inferior do reator pirolítico de biomassa;
[0105] (65) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (63), em que a porta de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção inferior do reator pirolítico de biomassa;
[0106] (66) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (65), caracterizado pelo fato de que, no reator de reforma de gases pirolisados, a reforma a vapor do gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa é realizada apenas usando calor do gás pirolisado, calor do ar ou oxigênio introduzido no reator de reforma de gás pirolisado e calor do vapor introduzido simultaneamente com o ar ou oxigênio e calor gerado pela oxidação parcial do gás pirolisado usando o ar ou o oxigênio;
[0107] (67) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (66), em que os grânulos e / ou nódulos são selecionados a partir de um grupo que consiste em esferas metálicas e esferas cerâmicas;
[0108] (68) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (67), em que as esferas metálicas são compostas de aço inoxidável;
[0109] (69) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com o aspecto (67), em que as esferas de cerâmica são compostas de um material selecionado de um grupo que consiste em alumina, sílica, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, zircônia e nitreto de silício;
[0110] (70) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (4 1) a (69), em que a temperatura da fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 400 ºC a 700 ºC;
[0111] (71) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (69), em que a temperatura da fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 500 ºC a 700 ºC;
[0112] (72) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (4 1) a (69), em que a temperatura da fase gasosa no reator pirolítico de biomassa é de 550 ºC a 650 ºC;
[0113] (73) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (72), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 700 ºC a 1000 ºC;
[0114] (74) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (72), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 850 ºC a 950 ºC;
[0115] (75) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (72), em que a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gases pirolisados é de 880 ºC a 930 ºC;
[0116] (76) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (75), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas igual ou superior a 5,0% em massa, com base no peso seco;
[0117] (77) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (4 1) a (75), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas de 10,0% em massa a 30,0% em massa, com base em peso seco;
[0118] (78) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (75), em que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, com um teor de cinzas de 15,0% em massa a 20,0% em massa, com base em peso seco;
[0119] (79) O método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer um dos aspectos (4 1) a (78), em que a biomassa é selecionada a partir de um grupo que consiste em biomassa vegetal, biomassa biológica, resíduos domésticos e resíduos de alimentos; e
[0120] (80) O método de gaseificação de biomassa com alto teor de cinzas, de acordo com qualquer um dos aspectos (41) a (78), em que a biomassa é selecionada de um grupo que consiste em lodo de esgoto e excremento de animais domésticos. Efeitos da invenção
[0121] Como as temperaturas do reator pirolítico de biomassa e do reator de reforma de gás pirolisado podem ser controladas separadamente no dispositivo da presente invenção, tanto a temperatura de pirólise da biomassa quanto a temperatura de reforma do gás pirolisado resultante podem ser facilmente otimizadas por um longo período. Desse modo, no lado do reator pirolítico de biomassa, a geração de pentóxido de difósforo e potássio contida na biomassa, em particular a biomassa com alto teor de cinzas, pode ser inibida e, no lado do reator de reforma de gases pirolisados, a geração de N2O pode ser inibida, uma quantidade de produção de um gás contendo hidrogênio como produto final pode ser aumentado e, além disso, as quantidades de alcatrão e fuligem geradas pela pirólise da biomassa podem ser reduzidas ao máximo. Além disso, um lado do reator de reforma, ar ou oxigênio, além de vapor, podem ser soprados no reator de reforma para facilitar a decomposição e reforma do alcatrão. Como resultado, os problemas no dispositivo devido à pentóxido de fósforo e de potássio, bem como alcatrão e fuligem podem ser notavelmente reduzidos, e a taxa de gaseificação de alcatrão gerado pode ser maximizada de modo que um gás de alto teor calórico pode ser produzido a partir de biomassa, em particular biomassa com alto teor de cinzas, com alta eficiência térmica e baixo custo. Além disso, como o aquecimento pelos transportadores de calor é realizado apenas no reator pirolítico de biomassa, um tempo do início ao estado estacionário pode ser notavelmente reduzido. Além disso, uma vez que o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado podem ser dispostos em paralelo no dispositivo de acordo com a presente invenção, a altura do dispositivo pode ser notavelmente reduzida em relação ao dispositivo convencional no qual o pré-aquecedor, o reator de reforma e o reator pirolítico é organizado de cima para baixo nesta ordem, para que o custo de fabricação do dispositivo possa ser reduzido significativamente. Breve descrição dos desenhos
[0122] A FIG. 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção.
[0123] A FIG.2 é um diagrama esquemático que ilustra várias modalidades diferentes de um tubo de introdução de gás pirolisado fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado.
[0124] A FIG.3 é um diagrama esquemático que ilustra um dispositivo de gaseificação de biomassa convencional usado no Exemplo Comparativo.
[0125] A FIG.4é um diagrama esquemático que ilustra outra modalidade do tubo de introdução de gás pirolisado no dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção.
[0126] A FIG. 5 é um diagrama esquemático que ilustra outra modalidade do tubo de introdução de gás pirolisado no dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção.
Descrição das Modalidades
[0127] Um dispositivo de gaseificação da presente invenção possui: um reator pirolítico de biomassa com uma entrada de biomassa e uma entrada de gás não oxidante e / ou entrada de vapor; um reator de reforma de gás pirolisado tendo uma entrada de vapor e uma saída de gás reformada; e um tubo de introdução de gás pirolisado para introduzir um gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gás pirolisado, fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado. O reator pirolítico de biomassa tendo ainda uma porta de introdução e uma porta de descarga para uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos, isto é, meio transportador de calor (transportadores de calor), enquanto o reator de reforma de gás pirolisado tem ainda uma entrada de ar ou oxigênio. Além disso, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos é introduzida no reator pirolítico de biomassa e a pirólise da biomassa é realizada usando o calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré- aquecidos. O gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa é transferido para o reator de reforma de gases pirolisados através do tubo de introdução de gases pirolisados e no reator de reforma de gases pirolisados, o gás pirolisado introduzido é parcialmente oxidado por ar ou oxigênio, que é simultaneamente introduzido com vapor, enquanto o gás pirolisado é reformado pelo vapor introduzido. No dispositivo de gaseificação da presente invenção, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é introduzida apenas no reator pirolítico de biomassa para a pirólise da biomassa, e o reator de reforma de gás pirolisado é separado de um fluxo da pluralidade de grânulos e / ou caroços, para que o aquecimento e a reforma do gás pirolisado sejam realizados introduzindo vapor e oxigênio ou ar separadamente. De preferência, o aquecimento e reformação do gás pirolisado são realizadas por única usando: calor do gás pirolisado introduzido no gás pirolisado reformação do reator; calor do vapor e oxigênio ou ar introduzidos no reator de reforma de gás pirolisado; e calor gerado pela oxidação parcial do gás pirolisado pelo oxigênio ou pelo ar. Desta forma, uma vez que o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gases pirolisados não são fornecidos um acima do outro em série no que diz respeito ao fluxo da pluralidade de grânulos e / ou grânulos pré-aquecidos como o dispositivo convencional de gaseificação de biomassa, mas são separados de cada um outro, cada uma de suas temperaturas pode ser controlada separadamente.
[0128] No dispositivo de gaseificação da presente invenção, no lado de um reator pirolítico de biomassa, o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa a um nível inferior à superfície superior de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos, isto é, a camada transportadora de calor formada no reator pirolítico de biomassa. Ou seja, no lado do reator pirolítico de biomassa, a porta de entrada de gás (entrada de gás) do tubo de introdução de gás pirolisado é fornecida na camada que consiste na pluralidade de grânulos e / ou nódulos formados no reator pirolítico de biomassa. Por outro lado, no lado do reator de reforma de gás pirolisado, a posição de uma porta de introdução de gás (saída de gás) do tubo de introdução de gás pirolisado não é particularmente limitada desde que o gás pirolisado introduzido possa ser reformado, mas preferencialmente, o gás A porta de introdução (saída de gás) do tubo de introdução de gás pirolisado é fornecida no fundo ou nas proximidades do reator de reforma de gás pirolisado. Em seguida, o gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa é introduzido no reator de reforma de gases pirolisados através do tubo de introdução de gás pirolisado. Uma vez que a porta de entrada de gás pirolisado do tubo de introdução de gás pirolisado é fornecida na camada que consiste na pluralidade de grânulos e / ou nódulos como mencionado acima, parte da pluralidade de grânulos e / ou nódulos no reator pirolítico de biomassa pode entrar no interior do tubo de introdução de gás pirolisado, e o tubo de introdução de gás pirolisado pode conter a pluralidade de grânulos e / ou nódulos dentro dele. Além disso, uma vez que o tubo de introdução de gás pirolisado é preferencialmente fornecido substancialmente horizontalmente em relação à direção da gravidade, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos entra facilmente no interior do tubo de introdução de gás pirolisado e a pluralidade de grânulos e / ou nódulos mantidos dentro do tubo de introdução de gás pirolisado pode ser contínua e gradualmente substituído pela pluralidade de grânulos e / ou nódulos se movendo de cima para baixo à medida que o fluxo da pluralidade de grânulos e / ou nódulos se move de cima para baixo no reator pirolítico de biomassa por gravidade. Desse modo, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos mantidos no tubo de introdução de gás pirolisado pode manter um novo estado. Além disso, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos que fluem do reator pirolítico de biomassa para o tubo de introdução de gás pirolisado pode ser evitada de ser misturada no reator de reforma de gás pirolisado. Uma vez que a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é mantida no tubo de introdução de gás pirolisado, como mencionado acima, alcatrão, fuligem e similares contidos no gás pirolisado introduzido no reator de reforma de gás pirolisado através do tubo de introdução de gás pirolisado são capturados por contato com a pluralidade de grânulos e / ou nódulos. Então, no reator, uma parte ou a maior parte do alcatrão capturado é pirolisada e gaseificada pelo calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos, e de preferência é reformada ainda mais. Além disso, o alcatrão, fuligem e similares que permanecem sem ser gaseificado são descarregados do fundo do reator pirolítico de biomassa enquanto aderem à pluralidade de grânulos e / ou nódulos. Desse modo, alcatrão, fuligem e similares podem ser efetivamente removidos do gás pirolisado.
[0129] No dispositivo de gaseificação da presente invenção, a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem de preferência uma estrutura que se projeta para cima. Pela estrutura que se projeta para cima da face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado, como mencionado acima, é possível evitar com mais eficácia o problema de que a pluralidade de grânulos e / ou nódulos que fluem do reator pirolítico de biomassa para o tubo de introdução de gás pirolisado entre no reator de reforma de gás pirolisado. Mais preferencialmente, a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado tem uma estrutura que se projeta para cima com uma inclinação do lado do reator pirolítico de biomassa em direção ao lado do reator de reforma de gás pirolisado. O ângulo de clinação 8 é preferencialmente 5 a 45 graus, mais preferencialmente 10 a 30 graus, ainda mais preferencialmente 15 a 25 graus. Além disso, como estrutura saliente, a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado pode ter uma estrutura saliente para cima com uma inclinação do lado do reator pirolítico de biomassa e do lado do reator de reforma de gás pirolisado em direção à porção central. Nesse caso, os ângulos de inclinação 8 no lado do reator pirolítico de biomassa e nolado do reator de reforma de gás pirolisado podem ser iguais ou diferentes um do outro. Ao fornecer tal inclinação, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos que entram do reator pirolítico de biomassa no tubo de introdução de gás pirolisado é impedida de estagnar no tubo de introdução de gás pirolisado e a substituição da pluralidade de grânulos e / ou nódulos no tubo de introdução de gás pirolisado é aprimorado. Em relação ao tubo de introdução de gás pirolisado, uma forma interna da seção transversal perpendicular à direção longitudinal, isto é, a seção transversal perpendicular à direção do fluxo do gás pirolisado é preferencialmente substancialmente circular ou substancialmente poligonal, mais preferencialmente substancialmente retangular. O diâmetro interno do tubo de introdução de gás pirolisado não é particularmente limitado, desde que o diâmetro permita que a pluralidade de grânulos e / ou nódulos fluam facilmente para dentro e a partir do tubo de introdução de gás pirolisado. Além disso, de preferênciaum a três, mais preferencialmente, um ou dois tubos de introdução de gás pirolisado são fornecidos entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado.
[0130] No dispositivo de gaseificação da presente invenção, a entrada de vapor é preferencialmente fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: o reator pirolítico de biomassa e sua vizinhança; o reator de reforma de gás pirolisado e seus arredores; e o tubo de introdução de gás pirolisado. Mais preferencialmente, a entrada de vapor é fornecida em todo o reator pirolítico de biomassa ou em sua vizinhança, no reator de reforma de gás pirolisado ou em sua vizinhança e no tubo de introdução de gás pirolisado. Desse modo, a pirólise da biomassa e a refoima do gás pirolisado podem ser mais preferencialmente alcançadas. Ao reformar o gás pirolisado, o vapor é soprado, de preferência, pelas entradas de vapor fornecidas no reator de reforma de gás pirolisado ou nas proximidades e no tubo de introdução de gás pirolisado, ou mais preferencialmente, na entrada de vapor fornecida no reator de reforma de gás pirolisado ou em seu proximidade. O número de entradas de vapor não é particularmente limitado, mas de preferênciauma a três, mais preferencialmente, uma entrada é fornecida em cada um dos reatores pirolíticos de biomassa ou em sua vizinhança, no reator de reforma de gás pirolisado ou em sua vizinhança e no tubo de introdução de gás pirolisado.
[0131] No dispositivo de gaseificação da presente invenção, a entrada de ar ou oxigênio é preferencialmente fornecida em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste em: o reator de reforma de gás pirolisado e sua vizinhança; e o tubo de introdução de gás pirolisado. Mais preferencialmente, a entrada de ar ou oxigênio é fornecida em todo o reator de reforma de gás pirolisado ou sua vizinhança e no tubo de introdução de gás pirolisado. Desse modo, a reforma do gás pirolisado pode ser mais preferencialmente alcançada. O número de entradas de ar ou oxigênio não é particularmente limitado, mas de preferência uma a três, mais preferencialmente, uma entrada é fornecida em cada um dos reatores de reforma de gás pirolisados ou em sua vizinhança, e no tubo de introdução de gás pirolisado. Como descrito acima, no dispositivo de gaseificação da presente invenção, o gás pirolisado é parcialmente oxidado usando ar ou oxigênio fornecido a partir da entrada de ar ou oxigênio, e a reforma do vapor é realizada usando o calor gerado pela oxidação parcial. Portanto, o reator de reforma de gás pirolisado geralmente não possui um aquecedor, como um aquecedor para fornecer calor a partir do exterior e / ou interior do reator de reforma de gás pirolisado por vapor, aquecedor elétrico ou semelhante, por exemplo.
[0132] No dispositivo de gaseificação da presente invenção, um pré-aquecedor para pré-aquecer a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecido acima do reator pirolítico de biomassa. Desse modo, a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é aquecida a uma temperatura predeterminada. De preferência, um pré-aquecedor é fornecido acima do reator pirolítico de biomassa, onde grânulos e / ou nódulos inteiros são aquecidos a uma temperatura predeterminada, e os grânulos e / ou nódulos aquecidos a essa temperatura podem ser introduzidos no reator pirolítico de biomassa por gravidade. Ao adotar essa configuração, o custo do dispositivo pode ser reduzido e, quando a temperatura de pirólise da biomassa é controlada, dependendo da quantidade de vapor introduzido no reator pirolítico de biomassa, a pirólise pode ser realizada com mais facilidade e eficácia pelo vapor introduzido., enquanto a energia necessária para aquecer os grânulos e / ou nódulos pode ser economizada.
[0133] Além disso, uma porta de introdução para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção superior, de preferência na parte superior do reator pirolítico de biomassa, e por outro lado, uma porta de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos é fornecida em uma porção inferior, de preferência no fundo do reator pirolítico de biomassa. Na porta de introdução e a porta de descarga para a pluralidade de grânulos e / ou nódulos, por exemplo, o chamado sistema de válvulas de dois estágios com uma válvula em cada parte superior e inferior do tubo, ou seja, um total de duas válvulas, é usado. Observe que os sistemas de introdução e descarga acima mencionados são um exemplo, e a presente invenção não está limitada aos sistemas.
[0134] Os grânulos e / ou nódulos, isto é, o meio transportador de calor (transportadores de calor) devem ser preferencialmente compostos de pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em metais e cerâmica. Os metais incluem ferro, aço inoxidável, aço de liga de níquel e aço de liga de titânio, e o aço inoxidável é o mais preferido. As cerâmicas incluem alumina, sílica, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, zircônia e nitreto de silício, sendo a alumina a mais preferida. Cada um dos grânulos e / ou nódulos deve preferencialmente ter uma forma esférica ou globular, mas não precisa ser esférico e pode ter uma seção transversal elíptica ou oval. O diâmetro máximo dos grânulos e / ou nódulos deve preferencialmente ser de 3 a 25 mm, mais preferencialmente de 8 a 15 mm. Grânulos e / ou nódulos com um diâmetro acima do limite superior diminuíram a fluidez no reator pirolítico de biomassa, isto é, caem menos livremente e, portanto,
podem permanecer dentro do reator pirolítico de biomassa ligado. Por outro lado, grânulos e / ou nódulos com um diâmetro abaixo do limite inferior podem ser depositados no reator pirolítico de biomassa ligado e o reator de reforma de gases pirolisados devido ao alcatrão e fuligem aderentes aos grânulos e / ou nódulos. Por exemplo, grânulos e / ou nódulos com um diâmetro menor que 3 mm podem ser depositados e crescidos na parede interna do reator pirolítico de biomassa devido ao alcatrão, fuligem e similares aderidos aos grânulos e / ou nódulos, e em no pior caso, pode obstruir o reator pirolítico de biomassa. Quando esses grânulos e / ou nódulos com diâmetro menor que 3 mm são descarregados através de uma válvula na parte inferior do reator pirolítico de biomassa, os grânulos e / ou nódulos, leves e acompanhados de alcatrão, não caem livremente e podem ser depositado no interior da válvula, levando a entupimento.
[0135] A biomassa na presente invenção indica os chamados recursos de biomassa. Exemplos de recursos de biomassa incluem biomassa vegetal, por exemplo, resíduos florestais, como desbastes, madeira serrada, galhos podados, madeiras remanescentes em florestas e árvores não utilizadas, resíduos agrícolas, como culturas (vegetais e frutas residuais) e palhas e cascos de arroz e trigo, algas e sucata de madeira de edifícios; biomassa biológica, por exemplo, excremento biológica, como excremento de animais domésticos e lodo de esgoto; lixo doméstico, como lixo; e desperdício de alimentos. O dispositivo de acordo com a presente invenção deve preferencialmente ser adequado para a gaseificação de biomassa vegetal e biomassa biológica. Mais especialmente, o dispositivo de acordo com a presente invenção deve ser adequado para a gaseificação de biomassa com alto teor de cinzas, particularmente lodo de esgoto e excremento de animais domésticos, com um teor de cinzas de: preferencialmente 5,0% ou maisem massa; mais preferencialmente 10,0% em massa a 300% em massa;ainda mais preferencialmente 15,0% em massa a 20,0% em massa.
[0136] O dispositivo de gaseificação de acordo com a presente invenção será agora descrito com referência aos desenhos anexos. A FIG. 1 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade do dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção. O dispositivo de gaseificação de biomassa possui: um reator pirolítico de biomassa 1, no qual a biomassa é pirolisada usando calor de uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos 5, isto é, portadores de calor; e um reator de reforma de gás pirolisado 2, no qual um gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa é parcialmente oxidado usando oxigênio ou ar que é introduzido simultaneamente, mas separadamente, com vapor e, em seguida, o gás pirolisado é reformado a vapor usando o calor obtido pela oxidação parcial. Além disso, um pré-aquecedor 3 para pré-aquecer a pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos 5 é fornecido acima do reator pirolítico de biomassa 1. Além disso, um tubo de introdução de gás pirolisado 4 é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gases pirolisados 2, de modo para introduzir o gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa 1 no reator de reforma de gases pirolisados 2. Aqui, no lado do reator pirolítico de biomassa 1, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 é fornecido em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa 1 em um nível abaixo da superfície superior 13 de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos 5 formados no reator pirolítico de biomassa 1. Ou seja, uma porta de entrada de gás (entrada de gás) 4-3 do tubo de introdução de gás pirolisado 4 no lado do reator pirolítico de biomassa 1 é fornecido na camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos 5. Por outro lado, no lado do reator de reforma de gases pirolisados 2, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 é conectado t o um fundo do reator de reforma de gás pirolisado
2. Além disso, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2 para ser substancialmente paralelo em relação a uma direção de gravidade. Aqui, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 pode ser configurado para que, no lado do reator pirolítico de biomassa 1, seja fornecido para ser substancialmente paralelo em relação à direção da gravidade e no seu lado a jusante, ou seja, entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2, ele sobe substancialmente verticalmente em direção ao reator de reforma de gás pirolisado 2 para ser conectado ao fundo do reator de reforma de gás pirolisado 2 (FIG.
4). Alternativamente, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 também pode ser configurado para que, entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2, suba em direção ao reator de reforma de gás pirolisado 2 com um ângulo de inclinação 8 para ser conectado ao fundo do reator de reforma de gás pirolisado 2 (FIG. 5). Além disso, a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado 4 possui, de preferência, uma estrutura que se projeta para cima. Por exemplo, do lado do reator pirolítico de biomassa 1 em direção ao lado 2 do reator de reforma de gás pirolisado, é fornecida uma saliência, que tem um ângulo de inclinação 8 de cerca de 25 graus a partir do fundo do tubo horizontal. Observe que a face inferior interna pode ter uma estrutura plana.
[0137] A pluralidade de grânulos e / ou nódulos 5, ou seja, os transportadores de calor são aquecidos em um pré-aquecedor 3 antes de serem introduzidos no reator pirolítico de biomassa 1. Os transportadores de calor 5 devem ser preferencialmente aquecidos de 650 ºC a 800 ºC, mais preferencialmente 700 ºCa 750ºC.A uma temperatura abaixo do limite inferior, a biomassa, por exemplo, a biomassa com alto teor de cinzas não pode ser suficientemente pirolisada no reator pirolítico de biomassa 1 e, assim, a quantidade de geração do gás pirolisado é reduzida. Por outro lado, a uma temperatura acima do limite superior, ocorre volatilização de fósforo e potássio, o que leva ao entupimento e corrosão de um tubo devido ao pentóxido de difósforo e potássio. Além disso, os transportadores de calor apenas fornecem excesso de calor e não podem fornecer efeitos significativamente aprimorados, resultando em um aumento nos custos e uma redução na eficiência térmica do dispositivo.
[0138] Em seguida, os transportadores de calor 5 aquecidos no pré-aquecedor 3 até a temperatura predefinida são introduzidos no reator pirolítico de biomassa 1. No reator pirolítico de biomassa 1, os transportadores de calor 5 são colocados em contato com a biomassa que é alimentada através de uma entrada de biomassa 7 para o reator pirolítico de biomassa 1 separadamente dos transportadores de calor
5. Aqui, a entrada 7 de biomassa pode ser fornecida no próprio reator pirolítico de biomassa 1, ou pode ser fornecida, como ilustrado na FIG. 1, na vizinhança do reator pirolítico de biomassa 1, por exemplo, em um tubo de alimentação dos transportadores de calor 5 para o reator pirolítico de biomassa 1. O reator pirolítico de biomassa 1 também é alimentado com gás não oxidante, como nitrogênio e vapor, se necessário, através de uma entrada de gás não oxidante 12 e entrada de vapor 11, respectivamente, tendo uma atmosfera não oxidante ou uma atmosfera de gás misto de gás e vapor não oxidante.
A biomassa é decomposta termicamente através do contato com os transportadores de calor 5 para gerar o gás pirolisado.
O reator pirolítico de biomassa 1 em uma atmosfera não oxidante pode impedir a combustão da biomassa e facilitar a pirólise eficiente da biomassa.
O gás pirolisado resultante passa através de um tubo de introdução 4 e é introduzido no reator de reforma de gás pirolisado 2. Neste momento, alcatrão, fuligem e similares contidos no gás pirolisado resultante são capturados pelos transportadores de calor 5 mantidos no gás pirolisado introduzindo o tubo 4, uma parte ou a maior parte do alcatrão é gaseificada por meio de calor através dos transportadores de calor 5,€e o alcatrão restante, fuligem e similares são descarregados do fundo do reator pirolítico de biomassa 1 enquanto aderem aos transportadores de calor 5. Um limite superior de uma temperatura de fase gasosa do reator pirolítico de biomassa 1 deve ser preferencialmente 700 ºC, mais preferencialmente 650 ºC, enquanto um limite inferior deve ser preferencialmente 400 ºC, mais preferencialmente 500 ºC, ainda mais preferencialmente 550 ºC.
Numa temperatura da fase gasosa abaixo do limite inferior, a pirólise da biomassa pode não prosseguir.
Numa temperatura da fase gasosa acima do limite superior, são gerados pentóxido de difósforo e potássio, além de alcatrão pesado.
Embora a maior parte desse alcatrão pesado seja queimada usando oxigênio ou ar no reator de reforma de gás pirolisado 2 e removida, o traço restante não pode ser suficientemente reformado com vapor e, portanto, pode causar problemas no dispositivo.
Aqui, a temperatura em fase gasosa do reator pirolítico de biomassa 1 significa uma temperatura totalmente gerada a partir de uma temperatura gerada pela mistura dos transportadores de calor pré- aquecidos 5, a biomassa como matéria-prima, gás não oxidante e vapor que é opcionalmente soprado no reator pirolítico de biomassa 1, bem como calor radiante ou semelhante da camada dos transportadores de calor 5. A temperatura da fase gasosa do reator pirolítico de biomassa 1 pode ser controlada adequadamente, dependendo da taxa de alimentação e da taxa de descarga do calor transportadores 5, um volume e uma taxa de ocupação da camada dos transportadores de calor 5 no reator pirolítico de biomassa 1, uma taxa de alimentação da biomassa, uma taxa de alimentação de gás e / ou vapor não oxidante e similares. Tipicamente, a taxa de alimentação e a taxa de descarga dos transportadores de calor 5 são determinadas a partir da taxa de alimentação da biomassa; em seguida, a taxa de alimentação do gás e / ou vapor não oxidante é adequadamente alterada, enquanto se altera gradualmente o volume e a taxa de ocupação da camada dos transportadores de calor 5 no reator pirolítico de biomassa 1 e, desse modo, a temperatura da fase gasosa do reator pirolítico de biomassa 1 pode ser controlada para ser uma temperatura predeterminada.
[0139] O gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa no reator pirolítico de biomassa 1 é introduzido no reator de reforma de gases pirolisados 2 através do tubo de introdução de gases pirolisados 4. O gás pirolisado que foi introduzido no reator de reforma de gases pirolisados 2 é parcialmente oxidado usando ar ou oxigênio, de modo a aquecer o interior do reator de reforma de gás pirolisado 2. O gás pirolisado reage, assim, com o vapor a ser transformado em gás rico em hidrogênio. Aqui, parte do alcatrão que acompanha o gás pirolisado é parcialmente oxidada pelo uso de ar ou oxigênio e consumida como fonte de calor, enquanto a outra é reformada pelo uso de vapor e oxigênio. O vapor para reformar o gás é introduzido através das entradas de vapor 111, 112, 113 fornecidas em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste no reator pirolítico de biomassa 1 e sua vizinhança, no reator de reforma de gases pirolisados 2 e em sua vizinhança, e o tubo de introdução de gás pirolisado 4 entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2. De preferência, o vapor para reformar o gás é introduzido através de todas as entradas de vapor 111, 112, 113 fornecidas no reator pirolítico de biomassa 1 ou sua vizinhança, no reator de reforma de gás pirolisado 2 ou em sua vizinhança, e no tubo de introdução de gás pirolisado
4. Mais preferencialmente, o vapor é introduzido através das entradas de vapor 112, 113 fornecidas no reator de reforma de gás pirolisado 2 ou sua vizinhança e o tubo de introdução de gás pirolisado 4, ou o vapor também pode ser introduzido apenas a partir da entrada de vapor 112 fornecida no reator de reforma de gás pirolisado 2 ou em sua vizinhança. Além disso, oxigênio ou ar é introduzido através de entradas de oxigênio ou ar 141, 142 fornecidas em pelo menos uma posição selecionada de um grupo que consiste no reator de reforma de gás pirolisado 2 e sua vizinhança e no tubo de introdução de gás pirolisado 4 entre a reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2. De preferência, o oxigênio ou o ar é introduzido através de todas as entradas de oxigênio ou de ar 141, 142 fornecidas no reator de reforma de gás pirolisado ou em sua vizinhança e no tubo de introdução de gás pirolisado. Um limite superior de uma temperatura de fase gasosa do reator de reforma de gás pirolisado 2 deve preferencialmente ser
1.000 ºC, mais preferencialmente ser 950 ºC, ainda mais preferencialmente ser 930 ºC, enquanto um limite inferior deve preferencialmente ser 850 ºC, mais preferencialmente ser 880 ºC, ainda mais preferencialmente, seja 900 ºC. Uma temperatura da fase gasosa abaixo do limite inferior pode inibir a reação de reforma. Além disso, pode causar a geração de N20. Uma temperatura da fase gasosa acima do limite superior não pode proporcionar efeitos significativamente aprimorados e aumenta o valor calorífico necessário para o aquecimento, resultando em aumento de custo. A uma temperatura de fase gasosa do limite inferior preferido (850 ºC) ou superior no reator de reforma de gases pirolisados 2, o monóxido de carbono é reformado significativamente com vapor. A uma temperatura de fase gasosa do limite inferior mais preferido (880 ºC) ou superior, o metano é significativamente reformado com vapor. Em outras palavras, a temperatura da fase gasosa no reator de reforma de gás pirolisado 2 deve preferencialmente ser 880 ºCou superior para reformar efetivamente o monóxido de carbono e o metano. Embora o gás pirolisado possa ser suficientemente reformado a uma temperatura de fase gasosa do limite superior mais preferido (950 ºC) ou inferior no reator de reforma de gás pirolisado 2, a temperatura da fase gasosa deve preferencialmente ser 930 ºC ou inferior para reduzir a quantidade de combustível usado.
Aqui, a temperatura da fase gasosa do reator de reforma de gás pirolisado 2 significa uma temperatura da fase gasosa dentro do reator de reforma de gás pirolisado totalmente gerado a partir de uma temperatura gerada pela mistura do gás pirolisado, do vapor e do ar ou oxigênio introduzidos no o reator de reforma de gás pirolisado 2. A temperatura da fase gasosa do reator de reforma de gás pirolisado 2 pode ser adequadamente controlada, de controlados, e a temperatura do reator pirolítico de biomassa 1 pode ser controlada dentro da faixa predeterminada. Dessa maneira, a temperatura interna do reator pirolítico de biomassa 1 e do reator de reforma de gases pirolisados 2 pode ser controlada separadamente pela configuração de que os transportadores de calor 5 são introduzidos apenas no reator pirolítico de biomassa 1 e a biomassa é pirolisada usando seu calor, enquanto vapor e oxigênio ou ar são introduzidos no reator de reforma de gás pirolisado 2 e a reforma é realizada com a sua utilização. Desse modo, a reação de reforma no reator de reforma de gás pirolisado 2 pode ser realizada a uma temperatura adequada e, ao mesmo tempo, a pirólise da biomassa no reator pirolítico de biomassa 1 pode serrealizadaa uma temperatura adequada. Além disso, uma eficiência térmica pode ser melhorada. Além disso, os transportadores de calor 5 são introduzidos apenas no reator pirolítico de biomassa 1, e o pré-aquecedor 3 e o reator pirolítico de biomassa 1 são preferencialmente dispostos verticalmente, de modo que os transportadores de calor 5 caem naturalmente por gravidade e, desse modo, um dispositivo de gaseificação eficiente com economia de energia pode ser feita sem a necessidade de energia para mover os transportadores de calor 5.
[0141] Uma taxa significativamente alta da descarga dos transportadores de calor 5 do reator pirolítico de biomassa 1 causa aumentos nas temperaturas do reator pirolítico de biomassa 1. Por outro lado, uma taxa significativamente baixa da descarga causa uma diminuição nas temperaturas do reator pirolítico de biomassa 1 devido à dissipação de calor dos transportadores de calor 5. As taxas de introdução e descarga dos transportadores de calor 5 para e a partir do reator pirolítico de biomassa 1 variam de acordo com a quantidade, tipo, teor de água e cinza fornecidos conteúdo do material (biomassa). Em geral, as taxas são determinadas com base na quantidade fornecida da biomassa. As taxas são tipicamente 5 a 60 vezes por massa a taxa de alimentação do material seco (biomassa seca) para o reator de biomassa pirolítico 1. As taxas devem ser, de preferência 5 a 30 vezes por massa, mais preferivelmente ser de 10 a 20 vezes por massado taxa de alimentação da biomassa seca ao reator pirolítico de biomassa 1. Taxas abaixo do limite inferior não permitem que os transportadores de calor 5 forneçam calorias suficientes para a pirólise da biomassa. Enquanto isso, taxas acima do limite superior apenas aumentam a quantidade fornecida dos transportadores de calor 5, cuja configuração requer um reator pirolítico de biomassa 1 significativamente grande 1 e requer calorias extras para pré-aquecer os transportadores de calor 5.
[0142] Um limite superior de uma pressão no reator pirolítico de biomassa 1 e no reator de reforma de gás pirolisado 2 deve preferencialmente ser 104,33 kPa, mais preferencialmente ser 102,33 kPa, enquanto o limite inferior deve preferencialmente ser 100,33 kPa, mais preferencialmente ser 101,23 kPa. A uma pressão acima do limite superior, o gás pirolisado resultante pode fluir para trás e vazar através da entrada de biomassa 7 para o exterior do reator pirolítico de biomassa 1. Enquanto isso, a uma pressão abaixo do limite inferior, o gás pirolisado resultante não passa homogeneamente através da camada dos transportadores de calor no reator pirolítico de biomassa 1 e no tubo de introdução de gás pirolisado 4, de modo que o gás pirolisado e o alcatrão que as acompanha às vezes não podem ser suficientemente gaseificados e reformados.
[0143] As entradas de vapor 111, 1126113 deve, preferencialmente, ser disposta sobre a biomassa do reator pirolítico 1, a parte inferior do gás pirolisado reformação de reator 2, e o gás pirolisado introdução de tubo 4 entre a biomassa pirolítico reator 1 e o gás pirolisado reforma do reator 2. No reator pirolítico de biomassa 1, ele deve ser preferencialmente disposto na porção superior do reator pirolítico de biomassa 1. Esta configuração pode efetivamente entrar em contato com o vapor com os transportadores de calor 5 introduzidos no reator pirolítico de biomassa 1 e pode manter o vapor em contato não apenas com o gás gerado pela pirólise da biomassa, mas também com os transportadores de calor 5 por um longo tempo. Como resultado, o gás pirolisado e o alcatrão que aderem aos transportadores de calor 5 podem ser eficientemente gaseificados e reformados. Embora as três entradas de vapor 111, 1126113 estejam respectivamente dispostas na porção inferior do reator de reforma de gás pirolisado 2, na porção superior do reator pirolítico de biomassa 1 e no tubo de introdução de gás pirolisado 4 na FIG.1, qualquer outro arranjo também pode ser empregado. Várias entradas de vapor devem ser descartadas em cada uma dessas porções. A temperatura do vapor introduzido é qualquer temperatura, preferencialmente 130 ºCa 200ºC, mais preferencialmente cerca de 160 ºC. O vapor —“superaquecido de 500ºCa 600ºCtambém pode ser usado preferencialmente. Por exemplo, após a introdução do vapor mais preferido a cerca de 160 ºC, o peso fornecido do vapor deve preferencialmente ser substancialmente igual ao peso fornecido do material (biomassa). Observe que a quantidade de vapor pode ser aumentada ou diminuída dependendo da quantidade de umidade do material, portanto, não está limitada às descritas acima.
[0144] As entradas de ar ou oxigênio 14 1, 14 2são preferencialmente fornecidas no fundo do reator de reforma de gás pirolisado 2 e no tubo de introdução de gás pirolisado 4 entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2. Soprando ar ou oxigênio no reator de reforma de gás pirolisado 1, o gás pirolisado da biomassa, ou em particular, alcatrão e similares que acompanham o gás é parcialmente oxidado, e a reforma a vapor pode ser efetivamente realizada usando o calor gerado pela oxidação parcial. Embora duas entradas de ar ou oxigênio 14 1e 14 2estejam respectivamente dispostas na porção inferior do reator de reforma de gás pirolisado 1 e no tubo de introdução de gás pirolisado 4 na FIG. 1, qualquer outro arranjo também pode ser empregado. Várias entradas de ar ou oxigênio devem ser descartadas em cada uma dessas porções. A temperatura do ar ou oxigênio introduzido é qualquer temperatura, preferencialmente de temperatura ambiente a 700 ºC, mais preferencialmente de 300 a 600 ºC.
[0145] A entrada de biomassa 7 só precisa ser disposta em uma posição para alimentar efetivamente a biomassa no reator pirolítico de biomassa 1. A entrada 7 de biomassa deve ser preferencialmente colocada acima do reator pirolítico de biomassa 1, ou seja, em um tubo que permita que os transportadores de calor 5 caem do pré-aquecedor 3 no reator pirolítico de biomassa 1. Essa configuração pode misturar eficientemente a biomassa e os transportadores de calor 5 e pode garantir a duração de contato apropriada no reator pirolítico de biomassa 1 para pirolizar suficientemente a biomassa. Embora a FIG. 1 represente uma única entrada de biomassa 7, qualquer outro arranjo também pode ser empregado. De preferência, pelo menos uma, mais preferencialmente uma a cinco, ainda mais preferencialmente uma a três, ainda mais preferencialmente uma ou duas entradas de biomassa 7 devem ser descartadas. Várias entradas de biomassa 7 podem alimentar simultaneamente diferentes tipos de biomassa através das respectivas entradas.
[0146] O tempo de retenção da biomassa no reator pirolítico de biomassa 1 deve ser preferencialmente de 5 a 60 minutos, mais preferencialmente de 10 a 40 minutos, mais preferencialmente de 15 a 35 minutos. Um tempo de retenção abaixo do limite inferior não permite que a biomassa seja aquecida ou pirolisada uniformemente, resultando em uma diminuição no volume do gás pirolisado resultante. Enquanto isso, um tempo de retenção acima do limite superior não pode proporcionar efeitos significativamente aprimorados, resultando em um aumento nos custos do dispositivo. Aqui, o tempo de retenção da biomassa no reator pirolítico de biomassa 1 pode ser adequadamente controlado com base na velocidade de deslocamento dos transportadores de calor 5 e na quantidade fornecida da biomassa. O tempo de retenção do gás no reator de reforma de gás pirolisado 2 deve ser preferencialmente de 1 a 10 segundos, mais preferencialmente de 2a 5 segundos. O tempo de retenção do gás no reator de reforma de gás 2 pode ser determinado com base na quantidade fornecida de vapor e ar ou oxigênio e na quantidade de gás pirolisado a ser gerado. Quando o reator de reforma de gás pirolisado 2 e o reator pirolítico de biomassa 1 foram conectados um acima do outro em série, como na técnica anterior, um tempo de retenção em cada reator, ou seja, tempos de retenção para pirólise da biomassa e decomposição do alcatrão no gás pirolisado no reator pirolítico de biomassa 1, e um tempo de retenção necessário para a reação de reforma do gás e vapor pirolisados no reator de reforma 2 de gás pirolisado não pôde ser controlado separadamente. No entanto, na presente invenção, o tempo de retenção em cada reator 1, 2 pode ser controlado independentemente, aquecendo apenas o reator pirolítico de biomassa 1 pelo transportador de calor 5 e aquecendo separadamente o reator de reforma de gases pirolisados 2 por oxidação parcial do gás pirolisado via introdução de oxigênio ou ar e, assim, tornou-se possível controlar independentemente a temperatura interna em cada reator 1,2.
[0147] Os transportadores de calor 5, que passaram pelo reator pirolítico de biomassa 1, como explicado acima, são descarregados através do fundo do reator pirolítico de biomassa 1, juntamente com um resíduo da pirólise de biomassa (carvão) e pequenas quantidades de alcatrão e fuligem que são não pirolisados e permanecem nos transportadores de calor 5. Os resíduos que contêm os transportadores de calor descarregados 5 podem ser tratados por qualquer técnica conhecida, como isolar o carvão no dispositivo de processamento de resíduos 9, como mostrado na Fig.1. Por exemplo, métodos e dispositivos divulgados nos Documentos de Patente 4 e 5 podem ser empregados como descrito acima. Os transportadores de calor processados 5 são retornados ao pré-aquecedor 3 e introduzidos no reator pirolítico de biomassa 1.
[0148] A FIG.2 é um diagrama esquemático que ilustra várias modalidades diferentes (1, Il, Il, IV, V, VI) do tubo de introdução de gás pirolisado 4 fornecido entre o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2. À FIG. 2 mostra uma seção transversal em uma direção longitudinal (seção transversal ao longo da direção de fluxo do gás pirolisado) do tubo de introdução de gás pirolisado 4. Além disso, na FIG. 2, (g) mostra esquematicamente a direção do fluxo do gás pirolisado. Na FIG.2, o lado direito do desenho é o reator pirolítico de biomassa 1 (indicado como 1 na FIG. 2) e o lado esquerdo do desenho é o reator de reforma de gases pirolisados 2 (indicado como 2 na FIG. 2). Além disso, apenas os transportadores de calor 5 no tubo de introdução de gás pirolisado 4 são esquematicamente mostrados por coloração, e os transportadores de calor 5 no reator pirolítico de biomassa 1 não são mostrados. Além disso, embora não seja mostrado na FIG. 2, a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado 4 pode ser uma superfície plana que não se projeta para cima. Todos os tubos de introdução de gás pirolisado 4 mostrados na FIG.2 pode ser utilizado para o dispositivo pirolítico de biomassa da presente invenção, por exemplo, o dispositivo pirolítico de biomassa mostrado na FIG. 1. Ou seja, no lado do reator pirolítico de biomassa 1, o tubo introdutor de gás pirolisado 4 é fornecido em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa 11 a um nível abaixo da superfície superior 13 da camada dos transportadores de calor 5 formados no interior do reator pirolítico de biomassa 1. Além disso, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 é de preferência fornecido substancialmente horizontalmente em relação à direção da gravidade, e a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado 4 tem uma estrutura projetada para cima.
O tubo de introdução de gás pirolisado 4 tem de preferência uma estrutura mostrada em (1), (11), (III), (IV), (V) e (VI). Ou seja, a altura (h) da face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado 4 é igual (1, IV) ou superior (Il, II, V, VI) às larguras na direção vertical (altura) (h 1, h 2, da porta de entrada de gás (entrada de gás) e porta de introdução (saída de gás) do tubo de introdução de gás pirolisado 4. A estrutura em que a altura (h) da parte saliente é superior à largura na direção vertical (altura) (H 1, H 2) da entrada de gás e uma porta de introdução do gás pirolisado introdução de tubo 4 é mais preferível (II, Ill, V, VI). Ao adotar uma estrutura deste tipo, os transportadores de calor 5 pode ser mais confiavelmente impedidas de fluir a partir de reator pirolítico de biomassa1 para o reator de reforma de gases pirolisados 2. As estruturas de (VI), (V),e (VI) nafig.2 são mais preferíveis.
Por exemplo, a estrutura tendo ângulos de inclinação 8 em dois estágios, como mostrado em (II) na FIG. 2 pode ser inferior à estrutura de (V) na FIG. 2 tendo os mesmos ângulos de inclinação 8 em termos do efeito para evitar a estagnação dos transportadores de calor 5 no tubo de introdução de gás pirolisado 4. Deste modo, na porção saliente em uma forma saliente em degraus, como mostrado na coluna esquerda da FIG. 2, o número de etapas é preferencialmente aumentado.
O ângulo de inclinação 8 é preferencialmente de 5 a 45 graus, mais preferencialmente de 10 a 30 graus, ainda mais preferencialmente de 15 a 25 graus.
Além disso, embora o tubo de introdução de gás pirolisado 4 seja basicamente um tubo horizontal, como mostrado em (III) e (VI) na FIG. 2, pode também ter uma estrutura em que um recesso é fornecido na superfície superior interna do tubo, como mostrado em (Ill), ou que um recesso com uma inclinação é fornecido na superfície superior interna do tubo, como mostrado em (VI). Além disso, as larguras na direção vertical (altura) (h1, h2) da porta de entrada do gás e a porta de introdução de gás do gás pirolisado introdução de tubo 4 pode ser o mesmo que ou diferente um do outro. O tubo de introdução de gás pirolisado 4 mostrado na FIG. 2 é um exemplo e não uma limitação. Além disso, uma forma interna da seção transversal perpendicular à direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado 4 (seção transversal perpendicular à direção de fluxo do gás pirolisado) é como descrito acima, de preferência é substancialmente circular ou substancialmente poligonal, mais preferencialmente substancialmente retangular. Além disso, o diâmetro interno do tubo de introdução de gás pirolisado 4, ou seja, a largura na direção vertical (altura) (h1) da porta de entrada de gás e a largura na direção vertical (altura) (h2) do gás a porta de introdução não é particularmente limitada desde que o diâmetro permita que os transportadores de calor 5 fluam facilmente para dentro e a partir do tubo de introdução de gás pirolisado 4 e sejam preferencialmente 8 a 50 vezes, mais preferencialmente 10 a 40 vezes e ainda mais preferencialmente 10 a 30 vezes o tamanho (diâmetro máximo) dos transportadores de calor 5.
[0149] A presente invenção será agora descrita em mais detalhes com referência aos exemplos. A presente invenção não deve ser limitada aos exemplos. Exemplos (Exemplo 1)
[0150] Uma matéria-prima de biomassa e um dispositivo de gaseificação usado para pirólise da matéria-prima de biomassa e reforma do gás no Exemplo 1 serão agora descritos.
[0151] O lodo de esgoto foi granulado e utilizado como matéria-prima de biomassa. O tamanho do lodo de esgoto granulado era de aproximadamente 6 a 15 mm. A Tabela 1 mostra as propriedades do lodo de esgoto. A Tabela 2 mostra a composição das cinzas obtidas pela combustão do lodo de esgoto.
[Tabela 1]
FEIRA IO E ss EO np ——————)
[0152] Para cada valor na Tabela 1,
[0153] o conteúdo de água, o conteúdo volátil de matéria e o teor fixo de carbono foram medidos de acordo com JIS M8812,
[0154] o teor de cinzas foi medido de acordo com JIS Z 7302-4: 2009, e
[0155] o valor calorífico mais alto foi medido de acordo com JIS M8814.
[0156] Além disso, o carbono (C), hidrogênio (H) e nitrogênio (N) na composição do elemento foram medidos de acordo com JIS Z 7302-8: 2002,
[0157] o enxofre (S) foi medido de acordo com JIS Z 7302-7: 2002, e
[0158] o cloro (CI) foi medido de acordo com JIS Z 7302-6: 1999,
[0159] Além disso, o oxigênio (O) é determinado subtraindo cada porcentagem em massa de C, H, N, S, Cl e teor de cinzas de 100% em massa.
[0160] Aqui, todo o teor de cinzas, matéria volátil e carbono fixo e a composição elementar foram calculados com base no peso seco. Além disso, o conteúdo de água foi medido quando a matéria-prima de biomassa (lodo de esgoto) foi recebida.
[Tabela 2] Item analisado Óxido férrico Óxido de potássio Pentóxido de difósforo | Óxido de cobre Óxido de manganês
[0161] Para cada valor na Tabela 2, o dióxido de silício, o óxido de alumínio, o óxido férrico, o óxido de magnésio, o óxido de cálcio, o óxido de sódio, o óxido de potássio, o pentóxido de difósforo e o óxido de manganês foram medidos de acordo com o JIS M8815. Além disso, mercúrio, cromo, cádmio, óxido de cobre, óxido de chumbo, óxido de zinco e níquel foram medidos de acordo com JIS Z 7302 - 5: 2002,
[0162] O dispositivo ilustrado na FIG. 1 foi utiizado como dispositivo de gaseificação para pirólise da matéria-prima de biomassa e reforma do gás pirolisado resultante. O dispositivo de gaseificação tipicamente tem um reator pirolítico de biomassa 1, um reator de reforma de gás pirolisado 2 e um pré-aquecedor 3, e o reator pirolítico de biomassa 1 e o reator de reforma de gás pirolisado 2 são conectados entre si através de um tubo de introdução de gás pirolisado 4 que introduz um gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa 1 para o reator de reforma de gases pirolisados 2. Aqui, um pré-aquecedor 3 é fornecido acima do reator pirolítico de biomassa 1. O pré-aquecedor 3 é para pré-aquecer uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos (transportadores de calor) 5 a ser fornecido ao reator pirolítico de biomassa 1. Os transportadores de calor aquecidos 5 são fornecidos ao reator pirolítico de biomassa 1 para fornecer calor para a pirólise da biomassa, depois descarregados de um fundo do reator pirolítico de biomassa 1 e retornados ao pré-aquecedor 3 novamente.
O gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa 1 é introduzido no reator de reforma de gases pirolisados
2 através do tubo de introdução de gás pirolisado 4. Aqui, o ar ou o oxigênio é introduzido separadamente de um tubo de introdução de ar ou oxigênio 141no processo de reator de reforma de gases pirolisados 2 para combustão parcial do gás pirolisado, em que o vapor é introduzido simultaneamente a partir de uma entrada de vapor 112 para reforma do vapor do gás pirolisado, e um gás reformado resultante é retirado de uma saída de gás reformado 8. Em vez da introdução de ar ou oxigênio o tubo 141 e a entrada de vapor 112, ar ou oxigênio e vapor podem ser introduzidos a partir de um tubo de introdução de ar ou oxigênio 142e uma entrada de vapor 113fornecida no tubo de introdução de gás pirolisado 4 ou de todo o ar ou oxigênio introdução de tubos 141, 142e as entradas de vapor 112, 113. Uma porção de corpo reto do reator pirolíico de biomassa 1 tinha um diâmetro interno de aproximadamente 550 mm, uma altura de aproximadamente 1.100 mm e um volume interno de aproximadamente 260 litros.
Além disso, uma porção de corpo reto do reator de reforma de gás pirolisado 2 tinha um diâmetro interno de aproximadamente 600 mm, uma altura de aproximadamente 1200 mm e um volume interno de aproximadamente 340 litros.
Como tubo de introdução de gás pirolisado 4, foi utilizado um com uma estrutura mostrada como (V) na Fig. 2. Aqui, um ângulo de inclinação 8 era de 25 graus em relação à face inferior interna do tubo de um lado do reator pirolítico de biomassa 1 para proteger um lado do reator de reforma de gases pirolisados 2. No lado do reator pirolítico de biomassa 1, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 foi fornecido na superfície lateral do reator pirolítico de biomassa 1, a um nível abaixo da superfície superior 13 da camada dos transportadores de calor 5 formados no reator pirolítico de biomassa 1, enquanto no lado do reator de reforma de gás pirolisado 2, ele foi fornecido em uma superfície lateral do reator de reforma de gás pirolisado 2 na vizinhança da face inferior do mesmo. Além disso, o tubo de introdução de gás pirolisado 4 foi fornecido substancialmente horizontal em relação à direção da gravidade. Como tubo de introdução de gás pirolisado 4, foi utilizado um tubo com um comprimento de aproximadamente 1.000 mm e um diâmetro interno de aproximadamente 80 mm. O interior do tubo foi coberto com um material isolante térmico, e a saliência também foi formada com o material isolante térmico. Como transportadores de calor 5, foi utilizada uma esfera de alumina substancialmente esférica com diâmetro (diâmetro máximo) de 10 a 12 mm.
[0163] O reator pirolítico de biomassa 1 e o pré-aquecedor 3 são previamente preenchidos com os transportadores de calor 5 até aproximadamente 70% da altura de cada recipiente e, em seguida, os transportadores de calor 5 foram aquecidos a aproximadamente 700 ºCno pré-aquecedor 3. Posteriormente, o calor os transportadores 5 foram introduzidos separadamente da porção superior do reator pirolítico de biomassa 1 a uma taxa de 200 kg / hora, e quantidades apropriadas deles foram descarregadas separadamente do fundo do reator pirolítico de biomassa 1 para iniciar a circulação dos transportadores de calor 5 Pela circulação dos transportadores de calor 5, a temperatura da fase gasosa no interior do reator pirolítico de biomassa 1 e a temperatura do próprio reator foram gradualmente aumentadas. Ao mesmo tempo, a temperatura dos transportadores de calor 5 no pré-aquecedor 3 foi gradualmente aumentada para 800ºC, continuando a circulação dos transportadores de calor 5. Após a temperatura dos transportadores de calor 5 atingir 800 ºC, a circulação foi continuada, de modo que as temperaturas da fase gasosa dentro do reator pirolítico de biomassa 1 aumentaram gradualmente e a partir do momento em que a temperatura da fase gasosa do reator pirolítico de biomassa 1 excedeu 550 ºC, a matéria-prima de biomassa, gás nitrogênio e vapor foram introduzidos respectivamente a partir de uma entrada de biomassa 7, uma entrada de gás não oxidante 12 e uma entrada de vapor 111 no reator pirolítico de biomassa 1 para controlar a temperatura do reator pirolítico de biomassa 1 ser de
600 ºC. Neste momento, os transportadores de calor 5 acumularam-se em camadas no reator pirolítico de biomassa 1 e suas quantidades de acumulação foram cerca de 60% do volume interno do reator pirolítico de biomassa 1. Uma taxa de descarga do transportador de calor 5 do reator pirolítico de biomassa 1 era igual à taxa de alimentação e era de 200 kg / hora no reator pirolítico de biomassa 1. Além disso, a temperatura dos transportadores de calor 5 durante a descarga era de 650 ºC. Nota- se que a taxa de descarga dos transportadores de calor 5 do reator pirolítico de biomassa 1 pode ser adequadamente controlada, dependendo de sua condição de temperatura.
[0164] Na operação acima, o lodo de esgoto como matéria-prima de biomassa foi continuamente introduzido da entrada de biomassa 7 para o reator pirolítico de biomassa 1 usando um alimentador quantitativo enquanto aumentava gradualmente a taxa de alimentação, de modo que a taxa era finalmente de cerca de 22 kg / hora (com base em peso seco). A temperatura do reator pirolítico de biomassa 1 foi diminuindo gradualmente, juntamente com a introdução da matéria-prima de biomassa, mas, ao mesmo tempo, a temperatura do reator pirolítico de biomassa 1 foi mantida a 600 ºC, introduzindo gás nitrogênio e vapor superaquecido no reator pirolítico de biomassa 1 enquanto ajusta a taxa de alimentação. Além disso, a pressão no interior do reator pirolítico de biomassa 1 foi mantida a 101,3 kPa. Aqui, o gás nitrogênio foi introduzido a partir da entrada de gás não oxidante 12 fornecida na porção superior do reator pirolítico de biomassa 1, finalmente a uma taxa constante de 1.000 litros / hora. Como vapor, o vapor superaquecido (160 ºC, 0,6 MPa) foi utilizado e introduzido a partir da entrada de vapor 111 fornecida na porção superior do reator pirolítico de biomassa 1, finalmente a uma taxa constante de 1 kg / hora. O tempo de retenção da matéria-prima de biomassa no reator pirolítico de biomassa 1 foi de aproximadamente 1 hora. Desse modo, o gás gerado por pirólise no reator pirolítico de biomassa 1 foi obtido a uma taxa de 15 kg / hora. Além disso, carvão e cinzas foram descarregados de uma saída de resíduo de pirólise 6 a 6,5 kg 1 hora no total.
[0165] O gás pirolisado obtido no reator pirolítico de biomassa 1 passou subsequentemente através do tubo de introdução de gás pirolisado 4 da porção inferior da superfície lateral do reator pirolítico de biomassa 1 e foi introduzido no reator de reforma de gases pirolisados 2. A temperatura no interior do reator de reforma de gases pirolisados 2 tornou-se instável no início da introdução do gás pirolisado, mas a temperatura no reator de reforma de gases pirolisados 2 foi ajustada para 1.000 ºC, controlando uma quantidade de vapor superaquecido introduzida na entrada de vapor 112 fornecida na porção inferior do reator de reforma de gases pirolisados 2 e uma quantidade de oxigênio introduzida a partir do ar ou do tubo 141 de introdução de oxigênio, de modo a queimar parcialmente o gás pirolisado. Neste momento, a pressão do reator de reforma de gás pirolisado 2 foi mantida em 101,3 kPa. O vapor superaquecido da entrada de vapor 112fornecida na porção inferior do reator de reforma de gás pirolisado 2 foi finalmente introduzido a uma taxa constante de 3,7 kg / hora. O oxigênio do ar ou oxigênio a introdução de tubo 141 foi feita por fim, a uma taxa constante de 2,3 m? / hora normal. Observe que essa quantidade de oxigênio foi aumentada ou diminuída adequadamente de acordo com o grau de aumento de temperatura no reator de reforma de gases pirolisados 2.
[0166] Na operação mencionada, o reator pirolítico de biomassa 1 foi mantido a 600 ºC e 101,3 kPa, e o reator de reforma de gases pirolisados 2 foi mantido a 950 ºC e 101,3 kPa. Desse modo, o gás reformado a 1.000 ºC poderia ser obtido da saída de gás reformada 8 a uma taxa de 31 kg / hora.
[0167] O gás reformado resultante foi parcialmente coletado em um saco de borracha e foi analisado com cromatografia em fase gasosa y para determinar a composição do gás.A tabela 3 mostra a composição do gás reformado resultante. Esta operação pode ser realizada continuamente por três dias. Durante o período operacional, o reator operou com sucesso e continuamente, sem problemas, em particular, causados pelo alcatrão. Além disso, durante o período de operação, a introdução suave do gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa 1 no reator de reforma de gases pirolisados 2 foi mantida sem problemas que os transportadores de calor 5 foram conectados no tubo de introdução de gás pirolisado 4 com alcatrão e semelhantes. A quantidade de alcatrão no gás reformado retirado da tomada do reator de reforma de gases pirolisados 2 foi de aproximadamente 10 g / mº normal. [Tabela 3] & ”
[0168] Para cada valor na Tabela 3, hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), metano (CH) e nitrogênio (N2) foram analisados e quantificados com cromatógrafo a gás [GC-14A (marca comercial) fabricada por SHIMADZU CORPORATION ]com um TCD (detector térmico condutivo). Além disso, o ácido sulfídrico (H2S) foi analisada e quantificada com o cromatógrafo a gás [GC-8A (marca comercial) fabricado por SHIMADZU CORPORATION ] com um n FPD (Detector Fotométrico de Chama). Para ácido clorídrico (HCI), quantificou- se uma quantidade de cloreto de hidrogênio, permitindo que o gás reformado flua através da água pura e medindo um valor de pH da água pura usando um medidor de pH portátil D-72 (marca registrada) fabricado por HORIBA, Ltd. (Exemplo Comparativo 1)
[0169] O dispositivo de gaseificação mostrado na Flg. 3 foi usado para pirólise de uma matéria-prima de biomassa e reforma do gás pirolisado resultante. Este dispositivo é semelhante ao descrito no Documento de Patente 5. O dispositivo de gaseificação tinha uma configuração de dispositivo em que um reator pirolítico de biomassa 100 e um reator de reforma de gás pirolisado 200 estavam dispostos em série em relação a um fluxo de transportadores de calor 500. Um pré-aquecedor 300 foi fornecido em uma porção superior n do reator de reforma de gás pirolisado 200, e o pré-aquecedor 300 era para pré-aquecer os transportadores de calor 500 a serem fornecidos ao reator pirolítico de biomassa 100 e ao reator de reforma de gás pirolisado 200. Uma porção de corpo reto do pré-aquecedor 300 tinha um diâmetro interno de aproximadamente 800 mm, uma altura de 1400 mm e volume interno de aproximadamente 700 litros. Una porção de corpo reto do reator pirolítico de biomassa 100 tinha um diâmetro interno de aproximadamente 800 mm, uma altura de aproximadamente 1000 mm e um volume interno de aproximadamente 500 litros. Além disso, uma porção de corpo reto do reator de reforma de gás pirolisado 200 tinha um diâmetro interno de aproximadamente 800 mm, uma altura de aproximadamente 1300 mm e um volume interno de aproximadamente 650 litros. Além disso, um tubo 400 para transferir o gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa 100 para o reator de reforma de gás pirolisado 200 tinha um comprimento de aproximadamente 3.000 mm e um diâmetro interno de aproximadamente 400 mm. O interior do tubo estava coberto com um material isolante de calor e o tubo estava disposto substancialmente verticalmente em relação à direção da gravidade. O tubo 400 foi fornecido separadamente de um tubo para introduzir os transportadores de calor 500 do reator de reforma de gás pirolisado 200 no reator pirolítico de biomassa 100. Como os transportadores de calor 500, uma esfera de alumina substancialmente esférica com diâmetro (diâmetro máximo) de 10 a 12 mm foi usado.
[0170] Como matéria-prima de biomassa, foi utilizado o mesmo lodo de esgoto dos Exemplos. O lodo de esgoto foi continuamente introduzido de uma entrada de biomassa 700 para o reator pirolítico de biomassa 100 mantido a 550 ºC e 0,103 MPa auma taxa de 30,0 kg / hora usando um alimentador quantitativo (não mostrado). O tempo de retenção aparente do lodo de esgoto no reator pirolítico de biomassa 100 foi de aproximadamente 1 hora.
[0171] Um gás gerado pela pirólise foi obtido da porção superior do reator pirolítico de biomassa 100 a uma taxa de 14,7 kg / hora. Em seguida, o gás foi introduzido no reator de reforma de gás pirolisado 200, mantido a 950ºCe 0,103MPa. Ao mesmo tempo, vapor superaquecido (180 ºC, 1 MPa) foi introduzido a partir de uma entrada de vapor 110 2a uma taxa de 20,0 kg / h para reforma de gás.
[0172] Um gás reformado a 950 ºC foi obtido de uma saída de gás reformada 800 a uma taxa de 34,7 kg / hora. Em seguida, o gás foi introduzido em um dispositivo de resfriamento a gás (não mostrado) e colocado em contato com a água para ser resfriado a 40 ºC. A composição do gás é mostrada na Tabela 4.
[Tabela 4]
[0173] Embora o gás reformado tenha sido obtido como descrito acima, foi observada deposição de alcatrão, bem como pentóxido de difósforo, potássio e similares no tubo 400 para transferir o gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa 100 para o reator de reforma de gás pirolisado 200, e um tubo para descarregar o gás pirolisado do reator de reforma de gás pirolisado 200, isto é, um tubo da saída de gás reformada 800. Portanto, presume-se que esses tubos possam ser obstruídos e corroídos durante operação contínua a longo prazo. [Aplicabilidade Industrial]
[0174] O dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção torna possível: gerar um gás reformado com um alto conteúdo de gás variável como hidrogênio apartir da biomassa, preferencialmente biomassa com um teor relativamente alto de cinzas; impedir o entupimento e a corrosão de um tubo causado pela volatilização do pentóxido de difósforo e potássio contido nas cinzas da biomassa; inibir a geração de N2O; e reduzir as quantidades de geração de alcatrão e fuligem. Portanto, o dispositivo de gaseificação de biomassa da presente invenção deverá ser amplamente utilizada como um dispositivo de gaseificação de biomassa, particularmente biomassa com relativamente elevado teor em cinzas. Numerais de referência
[0175] 1 reator pirolítico de biomassa
[0176] 2 reator de reforma de gás pirolisado
[0177] 3 pré-aquecedor
[0178] 4 tubo de introdução de gás pirolisado
[0179] 4-2 porta de introdução de gás (saída de gás) no lado do reator de reforma de gás pirolisado do tubo de introdução de gás pirolisado
[0180] 4-3 orifício de entrada de gás (entrada de gás) no lado do reator pirolítico de biomassa do tubo de introdução de gás pirolisado
[0181] 5 pluralidade de grânulos e / ou nódulos (transportadores de calor)
[0182] 6 porta de descarga de resíduos de pirólise (carvão)
[0183] 7 entrada de biomassa
[0184] 8 saída de gás reformada
[0185] 9 dispositivo de processamento de resíduos
[0186] 111, 112, 113entrada de vapor
[0187] 12 entrada de gás não oxidante
[0188] 13 superfície superior da camada de pluralidade de grânulos e / ou nódulos (transportadores de calor) formados no reator pirolítico de biomassa
[0189] 141, 142 tubo de introdução de ar ou oxigênio
[0190] g direção do fluxo de gás pirolisado
[0191] h altura de protrusão da face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado
[0192] h1 largura na direção vertical (altura) da porta de entrada de gás do tubo de introdução de gás pirolisado
[0193] h2 largura na direção vertical (altura) de gás introdução porta de tubo de introdução de gás pirolisado
[0194] 8 ângulo de inclinação da protrusão da face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado
[0195] 100 reator pirolítico de biomassa
[0196] 200 reator de reforma de gás pirolisado
[0197] 300 pré-aquecedor
[0198] 400 tubo para transferência de gás pirolisado do reator pirolítico de biomassa para o reator de reforma de gases pirolisados
[0199] 500 pluralidade de grânulos e / ou nódulos (transportadores de calor)
[0200] 700 entrada de biomassa
[0201] 800 saída de gás reformada
[0202] 1101, 1102 entrada de vapor

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo de gaseificação de biomassa compreendendo: um reator pirolítico de biomassa compreendendo uma entrada de biomassa e uma entrada de gás não oxidante e / ou uma entrada de vapor; um reator de reforma de gás pirolisado compreendendo uma entrada de vapor e uma saída de gás reformada; um tubo de introdução de gás pirolisado para introduzir um gás pirolisado gerado no reator pirolítico de biomassa no reator de reforma de gás pirolisado, o tubo de introdução de gás pirolisado sendo fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado, em que: o reator pirolítico de biomassa compreende aindauma porta de introdução e uma porta de descarga para uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos, e realiza a pirólise da biomassa usando calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos; e o reator de reforma de gás pirolisado realiza uma reforma a vapor do gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa, o dispositivo de gaseificação de biomassa caracterizado por: o reator de reforma de gás pirolisado compreende ainda uma entrada de ar ou oxigênio e executa a reforma de vapor enquanto queima parcialmente o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa usando ar ou oxigênio; e o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido em uma superfície lateral do reator pirolítico de biomassa a um nível abaixo da superfície superior de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos formados no reator pirolítico de biomassa.
2. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado para ser substancialmente horizontal em relação a uma direção de gravidade.
3. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado compreende uma configuração que se projeta para cima.
4. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado compreende uma configuração projetada para cima com uma inclinação de um lado de reator pirolítico de biomassa para um lado de reator de reforma de gás pirolisado.
5. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a forma interna de uma seção transversal perpendicular a uma direção longitudinal do tubo de introdução de gás pirolisado é substancialmente retangular.
6. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que são fornecidos um ou dois tubos introdutores de gás pirolisado.
7. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado mantém a pluralidade de grânulos e / ou nódulos no seu interior.
8. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o reator de reforma de gás pirolisado não compreende um aquecedor.
9. Dispositivo de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, compreendendo um teor de cinzas de 5,0% em massa ou mais, com base em peso seco;.
10. Método de gaseificação de biomassa, em que: um dispositivo de gaseificação de biomassa compreende: um reator pirolítico de biomassa para aquecer a biomassa sob uma atmosfera de gás não oxidante ou sob uma atmosfera de gás misto de um gás e vapor não oxidantes; e um reator de reforma de gás pirolisado para reformar um gás gerado no reator pirolítico de biomassa na presença de vapor, o método caracterizado pelo fato de incluir: colocar uma pluralidade de grânulos e / ou nódulos pré-aquecidos no reator pirolítico de biomassa, de modo a realizar a pirólise da biomassa usando o calor da pluralidade de grânulos e / ou nódulos; e introduzir o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa no reator de reforma de gases pirolisados, de modo a realizar a reforma a vapor do gás pirolisado, e em que: o gás pirolisado gerado pela pirólise da biomassa é introduzido no reator de reforma de gases pirolisados através de um tubo de introdução de gás pirolisado fornecido em uma superfície lateral a um nível abaixo da superfície superior de uma camada da pluralidade de grânulos e / ou nódulos formados em o reator pirolítico de biomassa; e então o gás pirolisado introduzido é parcialmente oxidado pelo ar ou oxigênio que é introduzido separadamente no reator de reforma de gás pirolisado e, ao mesmo tempo, é reformado pelo vapor que é introduzido simultaneamente com o ar ou o oxigênio.
11. Método de gaseificação de biomassa, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado é fornecido entre o reator pirolítico de biomassa e o reator de reforma de gás pirolisado para ser substancialmente horizontal em relação a uma direção de gravidade.
12. Método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que uma face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado compreende uma configuração que se projeta para cima.
13. Método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que a face inferior interna do tubo de introdução de gás pirolisado compreende uma configuração projetada para cima com uma inclinação de um lado de reator pirolítico de biomassa para um lado de reator de reforma de gás pirolisado.
14. Método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que o tubo de introdução de gás pirolisado mantém a pluralidade de grânulos e / ou nódulos no seu interior.
15. Método de gaseificação de biomassa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que a biomassa é uma biomassa com alto teor de cinzas, compreendendo um teor de cinzas de 5,0% em massa ou mais com base em peso seco.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110240942A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 中国科学院广州能源研究所 一种制取低温、低焦油燃气的生物质气化装置
JP2023085580A (ja) * 2020-04-30 2023-06-21 株式会社ジャパンブルーエナジー バイオマスのガス化装置
JP2023085579A (ja) * 2020-04-30 2023-06-21 株式会社ジャパンブルーエナジー バイオマスのガス化装置
JPWO2021221165A1 (pt) * 2020-04-30 2021-11-04
CN111943233B (zh) * 2020-07-22 2023-04-04 太原工业学院 一种以氯化钠催化热分解法制备碳酸钠联产盐酸的方法
JP7449325B2 (ja) 2022-03-25 2024-03-13 本田技研工業株式会社 燃料製造システム

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1070771B (pt) * 1956-10-10
US3985519A (en) * 1972-03-28 1976-10-12 Exxon Research And Engineering Company Hydrogasification process
US3891402A (en) * 1973-06-25 1975-06-24 Exxon Research Engineering Co Transfer line burner system
US3957459A (en) * 1974-04-04 1976-05-18 Exxon Research And Engineering Company Coal gasification ash removal system
US4211606A (en) * 1975-08-19 1980-07-08 Chikul Olga S Method for thermal processing bitumen-containing materials and device for realization of same
US4391612A (en) * 1981-05-28 1983-07-05 The Halcon Sd Group, Inc. Gasification of coal
US4704138A (en) * 1982-12-06 1987-11-03 Atlantic Richfield Company Spouted bed heating of solids for coal gasification
DE19945771C1 (de) 1999-09-24 2001-02-22 Muehlen Gmbh & Co Kg Dr Verfahren zur Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen
JP3973840B2 (ja) * 2001-01-18 2007-09-12 独立行政法人科学技術振興機構 固形燃料ガス化装置
JP2002322902A (ja) 2001-04-25 2002-11-08 Tsukishima Kikai Co Ltd 下水汚泥の熱分解ガス化発電システム
JP2004051745A (ja) 2002-07-18 2004-02-19 Ngk Insulators Ltd バイオマスのガス化システム
JP4155507B2 (ja) 2002-12-27 2008-09-24 メタウォーター株式会社 バイオマスのガス化方法およびガス化装置
CA2501841C (en) * 2004-03-23 2012-07-10 Central Research Institute Of Electric Power Industry Carbonization and gasification of biomass and power generation system
JP4790412B2 (ja) * 2005-12-28 2011-10-12 中外炉工業株式会社 バイオマスガス化装置
CN101139532B (zh) * 2006-09-08 2010-12-29 中国科学院过程工程研究所 固体燃料解耦流化床气化方法及气化装置
DE102007005799B4 (de) * 2006-10-18 2018-01-25 Heinz-Jürgen Mühlen Verfahren zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Produktgases
JP4998551B2 (ja) * 2007-03-14 2012-08-15 株式会社Ｉｈｉ 流動層ガス化設備
CN101045524B (zh) * 2007-05-04 2010-05-19 大连理工大学 固体燃料催化气化制富氢气体的方法
US20100301273A1 (en) * 2008-01-14 2010-12-02 Wlodzimierz Blasiak Biomass gasification method and apparatus for production of syngas with a rich hydrogen content
FI122778B (fi) * 2008-03-31 2012-06-29 Metso Power Oy Pyrolyysimenetelmä kattilan yhteydessä ja pyrolyysilaitteisto
SE0801266A0 (sv) * 2008-05-29 2009-12-21 Blasiak Wlodzimierz Tvåstegsförgasare som använder förupphettad ånga av hög temperatur
FR2945817B1 (fr) * 2009-05-25 2013-09-27 Francois Hustache Nouveau dispositif pour la gazeification de dechets organiques, et procede de mise en oeuvre de ce dispositif
CA2766335A1 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Concord Blue Technology Pvt. Ltd. A process for generating energy from organic materials and/or biomass
JP2011144329A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Raito Kogyo Co Ltd 木質バイオマスのガス化システム及びその方法
CN101818081B (zh) * 2010-03-23 2013-04-24 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 一种通过炭化将生物质制造合成气的工艺方法及系统
WO2013095772A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Rentech, Inc. System and method for production of fischer-tropsch synthesis products and power
EP2851411B1 (en) * 2012-05-18 2018-10-10 Japan Blue Energy Co., Ltd. Gasification apparatus
US9481837B2 (en) * 2013-03-15 2016-11-01 The Babcock & Wilcox Company Chemical looping processes for partial oxidation of carbonaceous fuels
RU2527214C1 (ru) * 2013-12-12 2014-08-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Тту" Способ и установка для термической переработки горючих сланцев
JP2015178578A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 国立大学法人京都大学 ガス化反応装置
WO2017203587A1 (ja) * 2016-05-23 2017-11-30 株式会社ジャパンブルーエナジー バイオマスのガス化装置

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