BR112020024265A2

BR112020024265A2 - processo de tratamento de biomassa por comoagem com uma segunda carga de biomassa

Info

Publication number: BR112020024265A2
Application number: BR112020024265-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas Plennevaux; Jeremy Gazarian; Laurent Bournay; Norbert Ullrich; Michael Hecquet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles; Axens; Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives; Total Raffinage Chimie; Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag; Avril; Bionext
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-02-23
Also published as: WO2019243140A1; ES2927344T3; US11473025B2; CA3101415A1; US20210253963A1; FR3082850A1; CN112534026A; EP3810732A1; EP3810732B1; FR3082850B1

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo de tratamento de uma carga compreendendo biomassa, o referido processo compreendendo pelo menos as seguintes etapas: a) uma etapa de secagem da referida carga a uma temperatura compreendida entre 20 e 180°C, por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, b) uma etapa de torrefação da carga seca proveniente da etapa a) para produzir pelo menos um efluente sólido de biomassa torrada, e uma etapa de comoagem do efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b) na presença de uma segunda carga de biomassa para obter um pó.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE TRATAMENTO DE BIOMASSA POR COMOAGEM COM UMA SEGUNDA CARGA DE BIOMASSA". Campo Técnico

[001] A presente invenção tem como objeto o tratamento de biomassas para preparação das mesmas com o objetivo de valorizá-las, em particular por gaseificação para a produção de hidrocarbonetos líquidos, e opcionalmente para a produção de bases petroquímicas e/ou de bases químicas e/ou de hidrogênio.

[002] Mais particularmente, a presente invenção diz respeito a um processo de tratamento de uma carga compreendendo biomassa por injeção da mesma em um reator de gaseificação para a produção de hidrocarbonetos, em particular essências e gasóleo e querosene. Técnica Anterior

[003] No campo da invenção, o especialista na técnica está constantemente em busca de melhorar o condicionamento de biomassas particularmente para melhorar seu poder calorífico.

[004] Mais particularmente, o melhoramento da granulometria do pó obtido pelo processo de tratamento da biomassa e o custo energético associado a esse tratamento são parâmetros essenciais da preparação de biomassa principalmente em processos mais globais de gaseificação.

[005] O tratamento de biomassas é bastante conhecido pelo especialista na técnica por sua valorização para a produção de hidrocarbonetos. As principais etapas deste tratamento são secagem, tratamento térmico, tal como torrefação e moagem. Estas etapas estão particularmente descritas nos pedidos WO2014/068253. Os principais parâmetros deste tratamento são as características do pó obtido, em particular suas dimensões, bem como o custo energético da moagem e mais genericamente do processo.

[006] O pedido WO2013/114328 descreve um processo de moagem de uma carga carbonatada proveniente da biomassa na presença de aditivos na forma de pó de dimensão micrométrica, proveniente de uma substância mineral tal como estearato de magnésio ou sílica de forma de micropérolas e/ou vegetal tal como carvão vegetal, com a finalidade de melhorar as propriedades do pó obtido por moagem da biomassa tais como escoabilidade e capacidade de fluidificação, assim como permitir a obtenção de uma mistura íntima de pós de baixa granulometria. Este documento não descreve o uso de aditivos que não estejam em forma de pó e somente em dimensões micrométricas, durante a moagem da biomassa.

[007] A otimização do tratamento e do condicionamento da biomassa, especialmente por simplificação dos processos utilizados, a redução do custo energético das referidas etapas, especialmente a etapa de moagem continuam sendo um desafio importante no campo da invenção.

[008] De forma surpreendente, a requerente descobriu um processo de tratamento de uma primeira carga de biomassa por pelo menos uma etapa de comoagem da referida carga em mistura com uma segunda carga de biomassa. Vantajosamente, a referida comoagem permite a moagem de cargas assim como a secagem e a moagem de uma segunda carga de biomassa. De fato, a moagem da carga de biomassa é uma etapa exotérmica e o calor gerado permite vantajosamente secar simultaneamente a segunda carga de biomassa. Uma outra vantagem do processo de acordo com a invenção é a redução do custo energético do processo pela integração energética dos gases formados durantes as diferentes etapas. Sumário da Invenção

[009] Um objeto da presente invenção é oferecer um novo processo de tratamento de uma primeira carga de biomassa, o referido processo compreendendo as seguintes etapas: a) uma etapa de secagem da referida carga a uma temperatura compreendida entre 20 e 180°C, por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, b) uma etapa de torrefação da carga seca proveniente da etapa a) para produzir pelo menos um efluente sólido de biomassa torrada, e c) uma etapa de comoagem do efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b) na presença de uma segunda carga de biomassa para obter um pó.

[0010] Uma vantagem do processo de acordo com a presente invenção é permitir a obtenção de uma mistura íntima de pós de baixa granulometria provenientes de cargas de biomassas.

[0011] Uma vantagem da comoagem de acordo com a presente invenção é permitir a secagem de uma segunda carga bruta de biomassa simultaneamente com a etapa c) de comoagem por transferência da energia térmica gerada pela moagem da biomassa torrada para a segunda carga de biomassa.

[0012] Uma outra vantagem da presente invenção é permitir o tratamento de biomassas a um custo limitado de energia graças à combinação de uma série de etapas operando em condições específicas que permitem sua integração energética.

[0013] De preferência, o processo compreende uma etapa d) de secagem final do pó obtido no final da etapa c) a uma temperatura compreendida entre 100 e 300°C.

[0014] De preferência, a etapa d) de secagem é realizada simultaneamente com a etapa c) de comoagem.

[0015] De preferência, a biomassa é selecionada de qualquer tipo de biomassa, de preferência de biomassa de tipo sólido, e em particular biomassa de tipo lignocelulósico. De preferência, o processo compreende uma etapa i) de pré-tratamento da primeira carga de biomassa, de preferência uma etapa de moagem primária.

[0016] De preferência, a etapa b) de torrefação é realizada a uma temperatura compreendida entre 200 e 350°C, de preferência entre 220 e 340°C, de preferência entre 250 e 320°C e mais preferivelmente entre 270 e 300°C por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, e preferivelmente entre 15 e 60 minutos, a uma pressão operacional absoluta compreendida preferivelmente entre 0,01 e 1,5 MPa, de preferência entre 0,01 e 1,0 MPa e mais preferivelmente entre 0,05 e 0,15 MPa.

[0017] De preferência, o processo compreende uma etapa ii) de combustão de gases de torrefação proveniente da etapa b).

[0018] De preferência, a energia proveniente da etapa ii) de combustão de gases de torrefação é usada para transmitir a energia térmica necessária para uma etapa do processo, de preferência para as etapas a), b) e/ou d).

[0019] De preferência, a segunda carga de biomassa é submetida a uma etapa iii) de secagem preliminar e ou de moagem primária.

[0020] De preferência, o efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b) é introduzido na etapa c) de comoagem em uma percentagem em massa entre o efluente sólido de biomassa torrada na carga sólida total compreendida entre 1,0 e 99 % em massa, de preferência entre 50 e 98 % em massa, e preferivelmente entre 40 e 95% em massa, a referida carga sólida total sendo a soma do efluente sólido de biomassa torrada e da segunda carga de biomassa.

[0021] De preferência, a segunda carga bruta de biomassa que foi submetida ou não a uma etapa preliminar de secagem iii), entra na etapa c) de comoagem com um teor de umidade compreendido entre 3,1 e 30 % em massa, preferivelmente entre 4,0 e 25 % em massa e muito preferivelmente compreendida entre 5,0 e 20 % em massa.

[0022] De preferência, o processo compreende uma ou mais etapas de armazenamento e) do efluente proveniente de uma ou de quaisquer das etapas do processo, e de preferência uma ou mais das etapas a), b), c), ou d).

[0023] De preferência, o processo compreende uma etapa f) de transporte, de preferência de transporte pneumático.

[0024] De preferência, o processo compreende uma etapa g) de gaseificação a uma temperatura compreendida entre 800 e 1800°C, de preferência entre 1000 e 1600°C e mais preferivelmente entre 1200 e 1500°C e a uma pressão absoluta vantajosamente compreendida entre 2,0 e 12,0 MPa, de preferência entre 2,5 e 6,0 MPa, e mais preferivelmente entre 3,0 e 5,0 MPa. Definições e Abreviações

[0025] Em todo o relatório descritivo, os termos ou abreviações abaixo têm os seguintes significados:

[0026] Por carga de biomassa se entende, porém sem limitação, biomassa do tipo sólido, e em particular biomassa do tipo lignocelulósico. Exemplos não limitativos de tipos de biomassa incluem, por exemplo, resíduos de exploração agrícola (em particular palha, espiga de milho), resíduos de exploração silvícola, produtos de exploração silvícola, resíduos de serrarias, culturas dedicadas, por exemplo, matas jovens.

[0027] Por perda de massa anidra se entende a percentagem de matéria perdida durante a etapa de torrefação (exceto água) reconduzida à massa total injetada na etapa de torrefação (exceto água).

[0028] Por torrefação se entende um processo de tratamento térmico a uma temperatura compreendida entre 200 e 350°C, geralmente realizado em uma atmosfera exaurida em oxigênio.

[0029] Por gaseificação se entende uma etapa de reação de oxidação parcial que converte a carga em gás de síntese compreendendo principalmente monóxido de carbono e di-hidrogênio.

[0030] Por comoagem se entende moagem da carga de biomassa na presença da segunda carga bruta de biomassa.

[0031] Por razão, relação mássica, se entende a relação entre a massa do constituinte considerado em relação à massa total da carga.

[0032] Por tamanho característico se entende a medida do comprimento de uma partícula segundo sua maior dimensão.

[0033] Por anisótropo se entende propriedades variáveis da resistência de uma substância segundo a direção do esforço ao qual ela é submetida.

[0034] Por teor de umidade se entende a relação entre a massa de água contida em uma carga e a massa total da referida carga. Descrição Detalhada da Invenção

[0035] No contexto da presente invenção, os diferentes modos de realização apresentados em todo o relatório descritivo podem ser usados isolados ou em combinação uns com outros, sem limitação de combinação. A carga

[0036] De acordo com a invenção, as primeiras e segundas cargas do processo são selecionadas dentre a biomassa isolada ou em mistura. A quantidade de água contida na carga está compreendida entre 1 e 80 % em massa, de preferência compreendida entre 5 e 75% e de preferência entre 10 e 70%.

[0037] A biomassa é selecionada dentre qualquer tipo de biomassa, de preferência biomassa do tipo sólido, e em particular biomassa do tipo lignocelulósico. Exemplos não limitativos de tipos de biomassa incluem, por exemplo, resíduos de exploração agrícola (em particular palha, espiga de milho), resíduos de exploração silvícola, produtos de exploração silvícola, resíduos de serrarias, culturas dedicadas, por exemplo, matas jovens.

[0038] De preferência, a biomassa é biomassa lignocelulósica. Ela compreende essencialmente três constituintes naturais presentes em quantidades variáveis segundo sua origem: celulose, hemicelulose e lignina.

[0039] A carga de biomassa lignocelulósica é usada em sua forma original, isto é, na totalidade desses três constituintes: celulose, hemicelulose e lignina.

[0040] Em um modo de realização preferido da invenção, a biomassa lignocelulósica é selecionada dentre biomassa gramínea, resíduos da exploração agrícola tais como resíduos de palha, sabugos de milho, bagaço de cana-de-açúcar, resíduos da exploração silvícola ou de serrarias tal como aparas de madeira ou qualquer outro tipo de resíduos lenhosos.

[0041] Em um modo de realização preferida da invenção, a primeira carga de biomassa pode opcionalmente passar por uma etapa i) de pré- tratamento antes de ser introduzida na etapa a) do processo de acordo com a invenção. O objetivo da etapa i) de pré-tratamento é permitir a injeção da carga pré-tratada na etapa a) de secagem.

[0042] A etapa i) de pré-tratamento depende do tipo de carga considerada. De preferência, a etapa i) de pré-tratamento é uma etapa de moagem primária da referida carga que permite reduzir sua granulometria até um tamanho característico compreendido entre 10 e 50 mm. A referida etapa i) de moagem primária é vantajosamente realizada de acordo com uma técnica conhecida pelo especialista na técnica. A etapa i) de pré-tratamento também pode vantajosamente compreender uma modelagem da carga tal como, por exemplo, por pelotização, compressão ou qualquer outra técnica conhecida pelo especialista na técnica com a finalidade de facilitar seu transporte, seu armazenamento, e seu tratamento posterior na etapa a) de secagem do processo de acordo com a invenção. Etapa a) de secagem

[0043] De acordo com a invenção, o processo compreende uma etapa a) de secagem da primeira carga de biomassa, opcionalmente pré-tratada, a referida etapa a) de secagem sendo realizada por contato da carga com uma corrente de gás quente que é resfriado. A corrente de gás quente entra na referida etapa a uma temperatura compreendida entre 50 e 500°C, de preferência entre 100 e 450°C e preferivelmente entre 150 e 350°C, e por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, de preferência entre 10 e 100 minutos e preferivelmente entre 15 e 60 minutos e fornece a carga seca e opcionalmente pré-tratada. O sólido seco deixa a referida etapa a uma temperatura compreendida entre 40 e 120°C, de preferência entre 50 e 90°C, ainda mais preferivelmente entre 60 e 80°C.

[0044] O objetivo da secagem é eliminar a água contida na carga. De acordo com a invenção, a quantidade de água residual na saída da etapa a) de secagem está compreendida entre 0,0 e 5,0 % em massa em relação à massa total da carga, de preferência entre 0,0 e 4,5 %, de preferência entre 0,0 e 4,0 %.

[0045] A energia necessária para a secagem é fornecida pelo contato da carga com uma corrente de gases quentes.

[0046] A corrente de gases quentes usada na etapa de secagem pode ser vantajosamente proveniente da combustão de um insumo do processo e de preferência da combustão de gás natural e/ou da combustão de uma corrente de gases provenientes de uma outra etapa do processo.

[0047] Por exemplo, a combustão de gases provenientes da etapa b) de torrefação produz uma corrente de gás quente útil para secagem da carga por qualquer método conhecido pelo especialista na técnica.

[0048] O efluente gasoso proveniente da etapa a) contendo água pode ser usado para pré-aquecer o ar permitindo assim a combustão do gás natural e/ou da corrente gasosa produzida durante a torrefação.

[0049] Em um modo de realização preferido, a referida carga (1) introduzida na etapa a) é constituída de biomassa tal como definida anteriormente.

[0050] Em um modo de realização particular, a referida carga (1) introduzida na etapa a) é constituída de biomassa tal como definida anteriormente. Etapa b) de torrefação

[0051] De acordo com a invenção, a carga seca proveniente da etapa a) é enviada para uma etapa b) de torrefação para produzir pelo menos um efluente sólido de biomassa torrada.

[0052] A torrefação é um processo de decomposição térmica doce em uma gama de temperaturas compreendida entre 200 e 350°C. Este processo geralmente se caracteriza por baixas taxas de aumento de temperatura (< 50°C/minutos) e de longos períodos de permanência (entre 20 minutos e 60 minutos).

[0053] De acordo com a invenção, a etapa b) de torrefação é realizada a uma temperatura compreendida entre 200 e 350°C, de preferência entre 220 e 340°C, de preferência entre 250 e 320°C e mais preferivelmente entre 270 e 300°C por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, e preferivelmente entre 15 e 60 minutos, a uma pressão operacional absoluta compreendida preferivelmente entre 0,01 e 1,5 MPa, de preferência entre 0,01 e 1,0 MPa e mais preferivelmente entre 0,05 e 0,15 MPa. A operação de torrefação é realizada em um ambiente cujo teor de oxigênio é inferior a 10,0 % em volume, de preferência, compreendido entre 0,0 e 10,0 % em volume, de preferência entre 0,0 e 8,0 % em volume e preferivelmente entre 0,0 e 3,0 % em volume.

[0054] Por volta de 200°C, as hemiceluloses, que são os compostos mais reativos da biomassa lignocelulósica, começam a sofrer reações de desvolatilização e carbonização. Neste patamar de temperatura, a celulose e a lignina, por sua vez, são pouco transformadas. Os produtos de decomposição da biomassa lignocelulósica são gerados na forma de gases condensáveis (principalmente água, ácido fórmico, ácido acético e outros compostos orgânicos) e não condensáveis (principalmente CO e CO2).

[0055] A torrefação modifica a estrutura da biomassa lignocelulósica e, por conseguinte, suas propriedades. Em particular a operação de torrefação deixa a biomassa mais frágil e atenua seu caráter fortemente anisotrópico. É bem sabido pelo especialista na técnica que a madeira, por exemplo, devido a sua natureza fibrosa, terá uma resistência elástica ao estiramento bem mais significativa se ela for aplicada no sentido das fibras do que teria se fosse aplicada transversalmente às mesmas. Assim sendo, comparado a um pó de biomassa de granulometria média dada, a obtenção de um pó equivalente a partir da mesma biomassa que passara por uma etapa de torrefação, requer uma energia de moagem bem mais baixa (efeito associado à fragilidade da matéria) e o formato final das partículas obtidas se aproxima de partículas esféricas (efeito associado ao caráter menos anisotrópico), o que facilita a moagem subsequente.

[0056] A referida etapa b) de torrefação pode ser vantajosamente realizada em um dispositivo do tipo forno rotativo, forno giratório, forno de parafusos, forno de leito móvel e forno de leito fluidificado.

[0057] De acordo com a invenção, a etapa b) de torrefação produz um efluente sólido chamado biomassa torrada.

[0058] A referida etapa b) de torrefação também permite a produção de um efluente gasoso combustível chamado gás de torrefação, cuja quantidade representa de preferência de 5,0 a 40,0 % da massa de biomassa seca proveniente da etapa a) inicial de acordo com as condições operacionais e mais preferivelmente de 10,0 a 35,0 %.

[0059] Um dos parâmetros-chave da etapa de torrefação é a perda de massa anidra (expressa em percentagem em massa) definida como a percentagem de perda de massa entre biomassa inicial secada e biomassa torrada seca. Quanto mais alta esta perda, mais baixo é o rendimento em massa sólida, e maior é a quantidade de gás de torrefação gerada. Sabe-se que o poder calorífico inferior (PCI) desse gás também é função da percentagem de perda de massa anidra (o PCI é função crescente desta percentagem para uma carga dada).

[0060] De acordo com a invenção, a escolha de uma percentagem suficientemente elevada de perda de massa anidra durante a etapa de torrefação permite limitar o consumo de um combustível de entrada no processo particularmente durante a secagem. Assim sendo, ela limita o uso de combustível de origem fóssil pela valorização dos gases de torrefação gerados na etapa de torrefação.

[0061] Em um modo de realização preferido, a percentagem de perda anidra é selecionada de modo que o calor liberado pela combustão de gases de torrefação (seja interna ou externamente após combustão) permita levar a energia necessária a pelo menos uma etapa de secagem. De preferência, a perda de massa anidra varia entre 1,0 e 40,0 % em massa, de preferência entre 5,0 e 35,0 % em massa, e preferivelmente entre 15,0 e 30,0% em massa, em relação à massa total da carga introduzida na etapa b) de torrefação.

[0062] Em um modo de realização do processo, os gases de torrefação são enviados para uma etapa ii) de combustão na qual eles são queimados para produzir uma corrente de gases quentes em uma câmara de combustão na presença de ar e opcionalmente de gás natural podendo ser enviada para as etapas a) e/ou d) de secagem, ou uma corrente de gás quente podendo ser enviada para a etapa b) de torrefação. A etapa ii) de combustão ser vantajosamente integrada à etapa b) de torrefação ou não.

[0063] Em um modo de realização, a energia produzida durante a etapa ii) de combustão dos gases de torrefação provenientes da etapa b) é usada para levar a energia necessária para pelo menos uma etapa do processo, de preferência à a etapa a) de secagem e de preferência também para a etapa d) de secagem final por meio da corrente ou para a etapa b) de torrefação por meio da corrente.

[0064] A energia térmica proveniente da etapa ii) de combustão é enviada para as etapas a), b) e/ou d) por meios conhecidos pelo especialista na técnica.

[0065] Uma parte da corrente de gás quente proveniente da etapa ii) de combustão pode ser vantajosamente enviada para uma etapa de troca de calor permitindo pré-aquecer o ar usado na etapa a) de secagem e na etapa d) de secagem final.

[0066] Em um modo de realização, uma parte da corrente de gases quentes provenientes da etapa ii) de combustão é injetada diretamente na etapa b) de torrefação para causar uma troca de calor gás/sólido, a energia necessária para transformação da carga de biomassa.

[0067] Se a corrente de gás de torrefação combustível proveniente da etapa b) não for suficiente, uma porção adicional de combustível e de preferência de gás natural pode ser vantajosamente introduzida na etapa ii) de combustão para obter a energia necessária para as diferentes etapas consumidoras de energia térmica.

[0068] Ao final da etapa b) de torrefação, o efluente sólido de biomassa torrada obtido com um teor de umidade compreendido entre 0,0 e 5,0 % em massa, e de preferência entre 0,0 e 3,0 % em massa, e muito preferivelmente entre 0,001 e 3,0 %. Por sólido de biomassa torrada se entende um sólido obtido por torrefação da biomassa.

[0069] O efluente sólido de biomassa torrada obtido ao final da etapa b) pode ser opcionalmente armazenado em uma etapa opcional de armazenamento antes de ser introduzido na etapa c) de comoagem do processo de acordo com a invenção. A referida etapa de armazenamento pode ser vantajosamente realizada por métodos conhecidos pelo especialista na técnica. De preferência, a biomassa sólida torrada pode ser armazenada em tambores de parafuso planetário, em silos, ou em galpões em células abertas adaptadas.

[0070] No caso vantajoso em que a etapa c) de comoagem é realizada em sequência, uma etapa de armazenamento permite continuar a operação da etapa b) de torrefação e da etapa ii) opcional de combustão para continuar produzindo uma corrente de gás quente necessário para as etapas a) de secagem e d) de secagem final. Etapa c) de comoagem

[0071] De acordo com a invenção, o processo compreende uma etapa c) de comoagem do efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b), sendo opcionalmente armazenado em uma etapa opcional de armazenamento, na presença de uma segunda carga de biomassa para obter um efluente moído, também chamado pó moído. A referida etapa c) de comoagem é realizada a uma temperatura compreendida entre 0°C e 150°C e preferivelmente entre 20°C e 100°C e mais preferivelmente entre 50°C e 90°C.A segunda carga de biomassa e o efluente sólido de biomassa torrada são moídos simultaneamente em um único e mesmo moinho.

[0072] O objetivo da etapa c) de comoagem é reduzir a granulometria de duas cargas de biomassa introduzidas na referida etapa c), garantindo um formato de partícula adequado para transporte das mesmas e posterior uso das mesmas, e de preferência para injeção das mesmas em uma etapa de gaseificação. As partículas do efluente de saída da referida etapa c) de comoagem têm um tamanho característico compreendido entre 50 e 500 microns, de preferência 70 e 200 microns e de preferência entre 80 e 150 microns.

[0073] A referida segunda carga de biomassa introduzida na etapa c) de comoagem é selecionada dentre cargas de biomassa tal como definidas anteriormente. A segunda carga de biomassa pode ser idêntica ou diferente da carga de biomassa introduzida na etapa a) de secagem.

[0074] De preferência, as dimensões da segunda carga de biomassa introduzida na etapa c) de comoagem estão compreendidas entre 1,0 e 100 milímetros, de preferência entre 2,0 e 80 milímetros, de preferência entre 3,0 e 70 milímetros, de preferência entre 4,0 e 60 milímetros e preferivelmente entre 5,0 e 50 milímetros.

[0075] Em um modo de realização particular, a carga fóssil pode apresentar dimensões compreendidas entre 30 e 100 milímetros, de preferência entre 35 e 90 milímetros, de preferência entre 40 e 80 milímetros e de preferência entre 45 e 70 milímetros.

[0076] Em um outro modo de realização particular, a carga fóssil pode apresentar dimensões compreendidas entre 1,0 e 60 milímetros, de preferência entre 2,0 e 50 milímetros, de preferência entre 3,0 e 40 milímetros e de preferência entre 4,0 e 30 milímetros.

[0077] De preferência, o teor de umidade da segunda carga de biomassa de entrada na etapa c) de comoagem deve estar compreendido entre 3,1 e 30,0 % em massa, preferivelmente entre 4,0 e 25,0 % em massa e de muito preferivelmente compreendido entre 5,0 e 20,0 % em massa.

[0078] Em um modo de realização preferido da invenção, a referida segunda carga de biomassa pode opcionalmente passar por uma etapa iii) de pré-tratamento antes de ser introduzida na etapa c) do processo de acordo com a invenção. O objetivo da etapa iii) de pré-tratamento é permitir a injeção da segunda carga de biomassa na etapa c) de comoagem com as especificidades desejadas.

[0079] A etapa iii) de pré-tratamento depende do tipo da segunda carga de biomassa considerada. De preferência a etapa iii) de pré- tratamento é uma etapa de moagem primária da referida segunda carga que permite reduzir sua granulometria até um tamanho característico compreendido entre 10 e 50 mm. A referida etapa iii) de moagem primária é vantajosamente realizada de acordo com uma técnica conhecido pelo especialista na técnica. A etapa iii) de pré-tratamento também pode vantajosamente compreender a modelagem da segunda carga de biomassa tal como, por exemplo, por pelotização, compressão ou qualquer outra técnica conhecida pelo especialista na técnica com a finalidade de facilitar seu transporte, seu armazenamento, e seu tratamento subsequente na etapa c) de comoagem do processo de acordo com a invenção.

[0080] Vantajosamente, a etapa iii) de pré-tratamento é uma etapa de secagem preliminar dependente do teor de umidade inicial da segunda carga de biomassa antes de ela ser introduzida na etapa c) de comoagem. A etapa iii) de secagem preliminar permite obter uma segunda carga bruta de biomassa previamente secada e torná-la compatível com sua injeção na etapa c) de comoagem.

[0081] De preferência, o efluente sólido de biomassa torrada e a segunda carga de biomassa são introduzidos na referida etapa c) de comoagem de modo que a percentagem em massa entre o efluente sólido de biomassa torrada na carga sólida total que alimenta a etapa c) de comoagem está compreendida entre 1 e 99 % em massa, de preferência entre 40 e 98 % em massa, de preferência entre 50 e 95% em massa. Por carga sólida total se entende a soma do efluente sólido de biomassa torrada e da segunda carga de biomassa.

[0082] De preferência, a etapa de comoagem pode ser realizada na presença de um composto adicional útil para a etapa subsequente de gaseificação, o referido composto sendo selecionado dentre cinzas vitrificadas, areia, calcário, cal ou outros compostos conhecidos pelo especialista na técnica, isolados ou em mistura.

[0083] De preferência, o moinho é escolhido de forma a otimizar o transporte pneumático do pó obtido ao final da etapa c), minimizando a velocidade mínima de fluidificação (UMF), bem como seu próprio consumo de energia.

[0084] De preferência, a referida etapa c) de comoagem é realizada em um moinho do tipo "moinho de rolo", "universal", "atrito", ou qualquer outro tipo de moinho conhecido pelo especialista na técnica.

[0085] De forma surpreendente, a requerente constatou que a comoagem do efluente sólido de biomassa torrada e de uma segunda carga de biomassa envolve ainda moagem da segunda carga bruta de biomassa, e secagem particularmente eficaz da referida carga de biomassa. Na verdade, a moagem é uma etapa muito exotérmica. Além disso, a operação tal como descrita de acordo com a invenção permite uma mistura íntima das duas cargas de biomassa. Assim sendo, comoagem de uma carga pouco úmida, tal como o efluente sólido de biomassa torrada com uma carga úmida, tal como a segunda carga de biomassa permite a transferência do calor gerado pela moagem da biomassa para a água contida na segunda carga de biomassa e, dessa forma, otimiza a secagem desta última. Esta secagem simultânea permite vantajosamente simplificar o número de etapas do processo bem como limitar seu consumo de energia. Etapa opcional d) de secagem final

[0086] Em um modo de realização particular, o processo de acordo com a invenção pode compreender ainda uma etapa d) de secagem final do pó obtido ao final da etapa c). Esta etapa de secagem final d) é realizada por contato da carga com uma corrente de gás. A referida corrente de gás entra ma referida etapa a uma temperatura compreendida entre 50 e 150°C, de preferência entre 70 e 120°C para produzir um pó seco.

[0087] O objetivo da etapa opcional d) de secagem final é diminuir o teor de umidade do pó proveniente da etapa c) para um teor aceitável para que seja injetada em uma etapa de tratamento subsequente e de preferência em uma etapa de gaseificação. De preferência, a etapa opcional d) de secagem final permite reduzir o teor de umidade do pó obtido ao final da etapa c) para menos de 3,0 % em massa, de preferência entre 1,0 e 3,0 % em massa.

[0088] De preferência, a etapa d) de secagem final é realizada simultaneamente com a etapa de comoagem c).

[0089] A energia térmica necessária para esta secagem é trazida seja por combustão de uma corrente de entrada no processo (gás natural, por exemplo), ou de preferência por integração energética por meio de uma troca de calor que pré-aquece o ar de secagem usando um efluente quente da etapa ii) de combustão. De acordo com a invenção, a escolha de uma percentagem suficientemente elevada de perda de massa anidra da etapa b) de torrefação permite limitar o uso de um combustível de entrada no processo na etapa d); em particular, limita o uso de combustível de origem fóssil. Etapa opcional e) de armazenamento

[0090] O processo de acordo com a invenção pode vantajosamente compreender uma ou mais etapas e) de armazenamento do efluente proveniente de qualquer uma das etapas do processo, de preferência da etapa a), b), c), ou d). De preferência, o efluente proveniente da etapa c) ou d) é armazenado para produzir um efluente armazenado também chamado de pó armazenado.

[0091] O armazenamento permite manter um volume tampão de carga. Este volume é necessário para manter a operabilidade da seção a jusante em caso de paralisação da seção a montante.

[0092] A etapa e) de armazenamento é de preferência composta de silos de volumes úteis suficientes para garantir o abastecimento da seção a jusante. Por exemplo, o volume desses silos deve garantir um abastecimento de 24 a 48 horas da seção a jusante.

[0093] A etapa e) de armazenamento também pode incluir uma câmara de pressurização via diferentes capacidades sucessivas funcionando de forma sequencial a fim de aumentar a pressão de armazenamento da carga até uma pressão compatível com a injeção da mesma em uma etapa subsequente e de preferência em uma etapa de gaseificação. Etapa opcional f) de transporte

[0094] O efluente proveniente da etapa c) ou o efluente proveniente da etapa d) ou o efluente proveniente da etapa e) de armazenamento pode vantajosamente passar por uma etapa e) de transporte. O efluente transportado desta maneira é chamado de efluente transportado ou ainda pó transportado. A etapa f) de transporte permite enviar o efluente, de preferência formulado e apresentando a composição desejado, para uma etapa subsequente e de preferência para uma etapa g) de gaseificação.

[0095] De preferência, a etapa f) de transporte é realizada de acordo com a tecnologia de transporte pneumático.

[0096] O gás vetor usado na etapa f) de transferência por transporte pneumático é de preferência nitrogênio, CO2 ou qualquer outro gás inerte que permita evitar a formação de uma zona de atmosfera explosiva (ATEX pós) e compatível com a etapa subsequente situada a jusante, e de preferência com a etapa f) de gaseificação.

[0097] A vazão do gás vetor é calculada de acordo com métodos conhecidos pelo especialista na técnica para obter ao mesmo tempo a vazão e a densidade de transporte desejadas. Os parâmetros da etapa b) de torrefação e da etapa c) de comoagem são selecionados de forma a otimizar a qualidade desse transporte (UMF otimizado de acordo com o consumo de energia dessas câmaras).

Etapa opcional g) de gaseificação

[0098] O pó proveniente da etapa c), d) ou de uma etapa e) de armazenamento é transportado para a etapa f), de preferência formulado e apresentando a composição desejado, podendo ser vantajosamente enviado para uma etapa subsequente g) de gaseificação.

[0099] A referida etapa g) de gaseificação realiza uma reação de oxidação parcial que converte a carga em um gás de síntese compreendendo principalmente monóxido de carbono e hidrogênio. A etapa g) de gaseificação é vantajosamente realizada na presença de uma quantidade controlada de oxigênio na forma de uma corrente cuja vazão é controlada e contém pelo menos 90% em volume de oxigênio, de preferência pelo menos 96% em volume de oxigênio.

[00100] A etapa g) de gaseificação do efluente é vantajosamente realizada de acordo com métodos conhecidos pelo especialista na técnica.

[00101] De preferência, ela é realizada em um gaseificador do tipo plasma, leito fixo, ou leito fluidificado ou de preferência em um gaseificador de fluxo arrastado com parede resfriada a alta temperatura, isto é, a uma temperatura compreendida entre 800 e 1800°C, de preferência entre 1000 e 1600°C e mais preferivelmente entre 1200 e 1500°C e a uma pressão absoluta vantajosamente compreendida entre 2 e 12 MPa, de preferência entre 2,5 e 6 MPa, e mais preferivelmente entre 3 e 5 MPa. A alta temperatura permite obter uma taxa de conversão de carbono elevado e, por conseguinte, reduzir a quantidade de carbono não convertido nas cinzas produzidas e, dessa forma, reduzir a quantidade de cinzas reciclados para o gaseificador.

[00102] Em uma modalidade particular da invenção, o processo compreende as etapas a), b), e c), ou as etapas a), b), c) e d), ou as etapas a), b), c), d), e e), ou as etapas a), b), c), d), e) e f), ou as etapas a), b), c), d), e), f) e g).

[00103] Em uma modalidade particular da invenção, o processo compreende das etapas a), b), e c), ou as etapas a), b), c) e d), ou as etapas a), b), c), d), e e), ou as etapas a), b), c), d), e) e f), ou as etapas a), b), c), d), e), f) e g).

[00104] Os exemplos abaixo ilustram a invenção sem limitar o escopo da mesma. Exemplos Exemplo 1: processo sem comoagem (de acordo com o estado da técnica)

[00105] De acordo com este exemplo, o processo permite tratar duas cargas em duas séries de preparação distintas:  uma carga A do tipo biomassa lignocelulósica na forma de aparas de madeira de carvalho de tamanho característico de 20 a 30 mm. A umidade desta carga é de 30% em massa;  uma segunda carga de biomassa B do tipo biomassa lignocelulósica na forma de aparas de madeira de faia de tamanho característico de 20 a 30 mm. A umidade desta carga é de 30% em massa.

[00106] As cargas A e B são, neste caso, diferentes.

[00107] Este processo não compreende uma etapa de comoagem, nem de integração energética entre as etapas de tratamento das charges A e B.

[00108] O processo de tratamento da carga A compreende uma etapa de integração energética da etapa b) de torrefação com a etapa a) de secagem da biomassa.

[00109] O objetivo deste processo é preparar 1 tonelada de carga por hora pelo processo a jusante, neste caso uma gaseificação. Descrição do esquema de preparação da carga A:

[00110] A carga A é misturada com a segunda carga de biomassa B.

A mistura é enviada para uma etapa de secagem que permite reduzir para 3% em massa a umidade da carga. A temperatura do sólido de saída da etapa de secagem é de 70°C. As aparas secas são enviadas para uma etapa de torrefação que opera a uma temperatura média de 300°C. A perda de massa anidra durante a etapa de torrefação é de 27%. A umidade residual das aparas de saída desta etapa é considerada nula.

[00111] As aparas secas e torradas são enviadas para uma etapa de moagem cuja tecnologia é conhecida pelo especialista na técnica, por exemplo, do tipo moinho pendular de rolos (moinho de rolo). Esta etapa permite reduzir o tamanho da maior parte das partículas (90% das partículas) para menos de 90 microns. A técnica usada para caracterização do tamanho de partículas utiliza peneiras de acordo com a norma NF EN 933.

[00112] De acordo com este exemplo, não há uma etapa de secagem final, a carga A na forma de pó seco e torrado é enviada via um transporte pneumático em fase diluída para uma etapa de armazenamento e em seguida para uma etapa de transporte pneumático que permite injetar o mesmo no processo aval de gaseificação. O transporte pneumático é neste caso efetuado em fase densa. A etapa de transporte pneumático em fase densa é realizada com nitrogênio como gás vetor inerte. A tabela abaixo apresenta o consumo das etapas deste esquema: Utilidades e produção Carga de biomassa A DAF t/h 1,02 Carga de biomassa B DAF t/h 0,25 Carga produzida t/h 1,00 Todas as etapas Eletricidade consumida MJ/h 153 Etapas d) e d’) Gás natural consumido MJ/h 293 Etapas e), f), e’) e f’) Nitrogênio consumido Nm3/h 313

[00113] A eletricidade consumida inclui a eletricidade necessária para moagem no moinho pendular.

[00114] O gás natural consumido corresponde à secagem primária e à secagem final.

[00115] O nitrogênio corresponde às necessidades de transporte pneumático e de areação nos silos. Exemplo 2: processo com comoagem sem integração energética com a etapa (de acordo com a invenção)

[00116] De acordo com este exemplo, o processo permite tratar duas cargas:  uma primeira carga de biomassa A do tipo biomassa lignocelulósica na forma de aparas de madeira de carvalho de de tamanho característico de 20 a 30 mm. A umidade desta carga é de 30% em massa;  uma segunda carga de biomassa B do tipo biomassa lignocelulósica na forma de aparas de madeira de faia de tamanho característico de 20 a 30 mm. A umidade desta carga é de 30% em massa.

[00117] Este processo compreende uma etapa de comoagem entre o esquema de preparação da carga A e aquele da carga B e não compreende integração energética com a etapa d) de secagem. As etapas de comoagem e secagem final são realizadas simultaneamente.

[00118] O calor proveniente da combustão de gases de torrefação é usado na etapa b) de torrefação bem como na etapa a) de secagem.

[00119] O objetivo deste processo é preparar 1 tonelada de carga por hora pelo processo a jusante, neste caso uma gaseificação. Descrição do esquema de preparação da carga mista:

[00120] A carga A é enviada para uma etapa de secagem que permite reduzir para 3% em massa a umidade da carga. A temperatura do sólido de saída da etapa de secagem é de 70°C. As aparas secas são enviadas para uma etapa de torrefação que opera a uma temperatura média de 300°C. A perda de massa anidra durante a etapa de torrefação é de 27%. A umidade residual das aparas é considerada desprezível na saída desta etapa e considerada nula.

[00121] As aparas secas e torradas são enviadas para uma etapa de comoagem cuja tecnologia é conhecida pelo especialista na técnica, por exemplo, do tipo moinho pendular de rolos. A segunda carga de biomassa B é enviada diretamente para este mesmo moinho (sem pré- tratamento anterior). Esta etapa permite reduzir o tamanho da maior parte das partículas (90% das partículas) para menos de 90 microns. A técnica usada para caracterização do tamanho de partículas utiliza peneiras de acordo com a norma NF EN 933.

[00122] De acordo com este exemplo, a mistura de cargas passa por uma etapa de secagem d) concomitante à etapa de moagem. Um efeito inesperado desta moagem-secagem em mistura é a redução da energia necessária para secagem da carga B. De fato, a moagem da carga A é exotérmica e produz um calor que é usado para secagem da carga B. O calor gerado pela moagem de A permite reduzir notavelmente a energia consumida pela secagem. Este efeito é perceptível no consumo de gás natural do queimador, o que permite aumentar a temperatura da atmosfera do moinho. A mistura de cargas A e B na forma de pó seco proveniente da moagem é enviada via um transporte pneumático em fase diluída para uma etapa de armazenamento e subsequentemente para uma etapa de transporte pneumático que permite injetar a mesma no processo de gaseificação a jusante. O transporte pneumático é neste caso efetuado em fase densa. A etapa de transporte pneumático em fase densa é neste caso realizado com um gás vetor inerte, o gás sendo nitrogênio neste exemplo.

[00123] A tabela abaixo apresenta o consumo das etapas deste esquema:

Utilidades e produção Carga de biomassa A DAF t/h 1,02 Carga de biomassa B DAF t/h 0,25 Carga produzida t/h 1,00 Todas as etapas Eletricidade consumida MJ/h 127 Etapas d) Gás natural consumido (PCI) MJ/h 286 Etapas e) e f) Nitrogênio consumido Nm3/h 339

[00124] A eletricidade consumida inclui a eletricidade necessária para moagem no moinho pendular.

[00125] O gás natural consumido corresponde à etapa d) de secagem final.

[00126] O nitrogênio corresponde às necessidades de transporte pneumático e de areação nos silos. Exemplo 3: processo com comoagem com integração energética com a etapa d) de secagem final (de acordo com a invenção)

[00127] De acordo com este exemplo, o processo compreende uma etapa de comoagem entre o esquema de preparação da carga e aquele da carga B e permite, portanto, tratar duas cargas em um único esquema de preparação. Além disso, este processo compreende uma integração energética com a etapa d) de secagem final.

[00128] As etapas de comoagem e de secagem final são realizadas simultaneamente.

[00129] As características das cargas A e B usadas neste processo são idênticas àquelas das cargas A e B usadas no exemplo 2.

[00130] O calor proveniente da combustão de gases de torrefação é usado na etapa b) de torrefação bem como na etapa a) de secagem.

[00131] A vantagem do processo realizado neste exemplo é a integração energética da etapa de torrefação com a etapa de secagem final do pó da mistura de cargas. Neste caso, a perda de massa anidra é de cerca de 28% e permite vantajosamente produzir o calor necessário para a referida secagem final.

[00132] A integração energética, também denominada integração térmica é neste caso realizada de forma indireta, por meio da utilização de um trocador de calor.

[00133] A tabela abaixo apresenta o consumo das etapas deste esquema: Utilidades e produção Carga de biomassa A DAF t/h 1,06 Carga de biomassa B DAF t/h 0,25 Carga de entrada t/h 1,00 Todas as etapas Eletricidade consumida MJ/h 127 Etapa d) Gás natural consumido (PCI) MJ/h 0 Etapas e) e f) Nitrogênio consumido Nm3/h 339

[00134] A eletricidade consumida inclui a eletricidade necessária para moagem no moinho pendular.

[00135] O gás natural consumido corresponde à etapa d) de secagem final.

[00136] O nitrogênio corresponde às necessidades de transporte pneumático e de areação nos silos.

[00137] Estes exemplos demonstram nitidamente que a comoagem (exemplo 2) das cargas A e B permite reduzir significativamente o consumo de gás natural, em 293 (exemplo 1) a 296 Mj/h. Além disso, a integração energética com a etapa d) de secagem final (exemplo 3) permite que seja autotérmica, isto é, sem necessidade de aporte energético externo. A vazão da carga de entrada no processo é, neste caso, de 1,06 t/h para uma produção de 1,0 t/h. A perda de massa anidra correspondente permite assim gerar o calor necessário para a integração da torrefação com a secagem final da carga.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de tratamento de uma primeira carga sólida de biomassa, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) uma etapa de secagem da referida carga a uma temperatura compreendida entre 20 e 180°C, por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, b) uma etapa de torrefação da carga seca proveniente da etapa a) para produzir pelo menos um efluente sólido de biomassa torrada, e c) uma etapa de comoagem do efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b) na presença de uma segunda carga sólida de biomassa para obter um pó em que a segunda carga sólida de biomassa entra na etapa c) de comoagem com um teor de umidade compreendido entre 3,1 e 30 % em massa.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa d) de secagem final do pó obtido ao final da etapa c) a uma temperatura compreendida entre 100 e 300°C.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa d) de secagem é realizada simultaneamente com a etapa c) de comoagem.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda carga sólida de biomassa são selecionadaos dentre biomassa lignocelulósica sólida.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda carga sólida de biomassa são idênticas.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa i) de pré-tratamento da primeira carga sólida de biomassa, de preferência de moagem primária.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa b) de torrefação é realizada a uma temperatura compreendida entre 200 e 350°C, de preferência entre 220 e 340°C, de preferência entre 250 e 320°C e mais preferivelmente entre 270 e 300°C por um período compreendido entre 5 e 180 minutos, e preferivelmente entre 15 e 60 minutos, a uma pressão operacional absoluta compreendida preferivelmente entre 0,01 e 1,5 MPa, de preferência entre 0,01 e 1,0 MPa e mais preferivelmente entre 0,05 e 0,15 MPa.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa ii) de combustão de gases de torrefação proveniente da etapa b).

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a energia proveniente da etapa ii) de combustão de gases de torrefação é usada para transmitir a energia térmica necessária para uma etapa do processo, de preferência para as etapas a), b) e/ou d).

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda carga sólida de biomassa é previamente submetida a uma etapa iii) de secagem preliminar e/ou de moagem primária.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o efluente sólido de biomassa torrada proveniente da etapa b) é introduzido na etapa c) de comoagem em uma percentagem em massa entre o efluente sólido de biomassa torrada na carga sólida total compreendida entre 1 e 99% em massa, de preferência entre 50 e 98% em massa, e preferivelmente entre 40 e 95% em massa, a referida carga sólida total sendo a soma do efluente sólido de biomassa torrada e da segunda carga sólida de biomassa.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda carga sólida de biomassa entra na etapa c) de comoagem com um teor de umidade compreendido entre 4 e 25% em massa.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma ou mais etapas de armazenamento e) do efluente proveniente de uma ou de quaisquer das etapas do processo, de preferência de uma ou mais das etapas a), b), c), ou d).

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa f) de transporte, de preferência de transporte pneumático.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa g) de gaseificação a uma temperatura compreendida entre 800 e 1800°C, de preferência entre 1000 e 1600°C e mais preferivelmente entre 1200 e 1500°C e a uma pressão vantajosamente compreendida entre 2 e 12 MPa, de preferência entre 2,5 e 6 MPa, e mais preferivelmente entre 3 e 5 MPa.