BR112020025445A2 - Composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de produção e uso das mesmas - Google Patents
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Abstract
composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de produção e uso das mesmas. em várias modalidades, a presente divulgação fornece composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de produção e usos das mesmas.
Description
[001]Este pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente Provisório sob no de série U.S. 62/685.126, que foi depositado em 14 de junho de 2018, cujo conteúdo inteiro é incorporado no presente documento a título de referência.
[002]A presente divulgação geralmente refere-se a composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de fabricação e utilização das mesmas.
[003]O uso de composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico tem o potencial de reduzir o uso e as consequências ambientais de reagentes não renováveis na produção de silício. O uso dessas composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico também tem o potencial de aumentar o rendimento, diminuir o uso de energia, estender a vida do eletrodo, criar silício de maior pureza, permitir o uso de dióxido de silício de tamanho pequeno (quartzo) em forno a arco elétrico e arco submerso típicos, e permitir a reutilização da fumaça de sílica, melhorando assim a produção de silício. Essas composições e métodos de fabricação e uso são divulgados no presente documento.
[004]A presente divulgação proporciona composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de produção e usos dos mesmos.
[005]São fornecidas no presente documento composições com alto teor de carbono que compreendem dióxido de silício. As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício.
[006]As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício pode estar compreendido na rocha do rio.
[007]As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício pode ser compreendido dentro da fumaça de sílica.
[008]Em algumas modalidades, o carbono compreende carbono biogênico. Em algumas modalidades, o carbono compreende carbono não biogênico. As composições podem compreender pelo menos cerca de 55% em peso, pelo menos cerca de 60% em peso, pelo menos cerca de 65% em peso, pelo menos cerca de 70% em peso, pelo menos cerca de 75% em peso, pelo menos cerca de 80% em peso, pelo menos cerca de 90 % em peso, ou pelo menos cerca de 95% em peso de carbono total. Em algumas modalidades, a composição compreende pelo menos cerca de 55% em peso de carbono total.
[009]As composições podem compreender pelo menos cerca de 1% em peso, pelo menos cerca de 5% em peso, pelo menos cerca de 10% em peso, pelo menos cerca de 15% em peso, pelo menos cerca de 20% em peso ou pelo menos cerca de 25% em peso de dióxido de silício.
[010]Em algumas modalidades, o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio. Em algumas modalidades, o dióxido de silício compreende fumaça de sílica.
[011]Em algumas modalidades, as composições foram extrudadas. Em algumas modalidades, as composições foram extrudadas para formar um pélete. Em algumas modalidades, as composições foram extrudadas para melhorar a densidade da composição; misturar o carbono e o dióxido de silício; melhorar a densidade combinada do produto, permitindo assim que ele “afunde” em um forno a arco elétrico; ou criar um exterior resistente à água e poeira da composição para uso melhorado e eficiência melhorada do forno.
[012]Em algumas modalidades, as composições foram densificadas.
[013]Em algumas modalidades, as composições têm dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) a no máximo cerca de 5,1 cm (2,0 pol.) por cerca de 15 cm (6,0 pol.).
[014]Em algumas modalidades, as composições têm uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3).
[015]Em algumas modalidades, as composições têm um Número de Iodo de pelo menos cerca de 300.
[016]Em algumas modalidades, as composições têm um teor de umidade (H2O) de cerca de 1% a cerca de 45%. Em algumas modalidades, as composições têm um teor de umidade (H2O) menor que cerca de 1%.
[017]As composições podem compreender uma composição de reagente de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício pode estar compreendido na rocha do rio; e em que a composição pode ser densificada, pode ser em forma de pélete com dimensões de cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e pode ter uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3).
[018]As composições podem compreender uma composição de reagente de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício pode estar compreendido na fumaça de sílica; e em que a composição pode ser densificada, pode ser em forma de pélete com dimensões de cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e pode ter uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3).
[019]São fornecidos no presente documento os processos para a produção de um reagente biogênico com alto teor de carbono. Os processos podem compreender: fornecer uma matéria-prima que contém carbono compreendendo biomassa seca; em uma zona de pré-aquecimento, pré- aquecer a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80 ºC a cerca de 500 ºC; em uma zona de pirólise, a pirólise da matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 250 ºC a cerca de 700 ºC, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes; em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento menor que a temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolisados quentes; em um resfriador separado da zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados resfriados; e recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados resfriados; em que o processo compreende adicionalmente a introdução de matéria-prima de dióxido de silício no processo.
[020]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente a secagem da matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida na matéria-prima.
[021]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente desaerar a matéria-prima ou a matéria-prima seca para remover pelo menos uma porção do oxigênio intersticial, se houver, contido com a matéria-prima.
[022]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente, em um resfriador que é separado da zona de resfriamento, resfriar adicionalmente os sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados resfriados.
[023]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente introduzir a matéria-prima de dióxido de silício aos sólidos pirolisados resfriados. Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente introduzir a matéria-prima de dióxido de silício na matéria-prima antes da pirólise.
[024]Em algumas modalidades, a introdução de matéria-prima de dióxido de silício compreende introduzir fumaça de sílica. Em algumas modalidades, a introdução de dióxido de silício compreende introduzir rocha de rio. Em algumas modalidades, o tamanho de partícula da matéria-prima de dióxido de silício, seja rocha de rio ou fumaça de sílica, pode ser de cerca de 0,01 mm a cerca de 12 mm. Em algumas modalidades, o tamanho de partícula pode ser de cerca de 0,01 mm a cerca de 12 mm, em incrementos de cerca de
0,05 mm.
[025]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente a densificação.
[026]Em algumas modalidades, a densificação pode compreender: utilizar um aditivo para densificação melhorada; mistura do aditivo, carbono e dióxido de silício; extrudar a mistura através de uma matriz para assim produzir péletes; e opcionalmente secar os péletes.
[027]Em algumas modalidades, a densificação pode compreender: opcionalmente, o uso de um aditivo, por exemplo, bentonita, para densificação melhorada de cerca de 0,5% a cerca de 15%, em incrementos de cerca de 0,5%; opcionalmente adicionar água, por exemplo, de cerca de 5% a cerca de 50% de água; mistura do aditivo, carbono e dióxido de silício; extrudar a mistura através de uma matriz para assim produzir péletes; opcionalmente aquecer ou resfriar a extrusora e/ou placa de matriz para melhorar a densificação; opcionalmente degaseificar a extrusora; e opcionalmente secar os péletes.
[028]Em algumas modalidades, os processos compreendem adicionalmente a prensagem, ligação, peletização, extrusão ou aglomeração do reagente biogênico de alto teor de carbono.
[029]A Figura 1 representa uma modalidade de multirreatores de um sistema da invenção.
[030]A Figura 2 representa um único reator, modalidade de multizonas de um sistema da invenção
[031]A Figura 3 representa uma modalidade de um mecanismo de alimentação contínua de zero oxigênio adequado para uso em conexão com a presente invenção.
[032]A Figura 4 representa outra modalidade de um único reator, unidade de processamento de biomassa de multizonas adequada para uso em conexão com a presente invenção.
[033]A Figura 5 representa uma modalidade de uma unidade de recuperação de carbono adequada para uso em conexão com a presente invenção.
[034]A Figura 6 representa uma modalidade de uma modalidade de uma unidade de processamento de biomassa de único reator da presente invenção com um secador opcional.
[035]A Figura 7 representa uma modalidade de sistema de reator de pirólise da invenção com um secador opcional e uma entrada de gás.
[036]A Figura 8 representa uma modalidade de uma unidade de processamento de biomassa de único reator da invenção com uma entrada de gás e um resfriador opcional.
[037]A Figura 9 representa uma modalidade de sistema de unidade de processamento de biomassa de único reator da invenção com um secador e desaerador opcionais e uma entrada de gás inerte.
[038]A Figura 10 representa uma modalidade de sistema de multirreatores da invenção com um secador e desaerador opcionais e uma entrada de gás inerte.
[039]A Figura 11 representa uma modalidade de sistema de multirreatores da invenção com um secador e resfriador opcionais e uma unidade de enriquecimento de material.
[040]A Figura 12 representa uma modalidade de sistema de multirreatores da invenção com um secador opcional, desaerador, um resfriador e uma entrada de gás inerte.
[041]A Figura 13 representa uma modalidade de sistema de multirreatores da invenção com um secador e desaerador opcionais, uma entrada de gás inerte e um resfriador.
[042]A Figura 14 representa uma modalidade de unidade de processamento de biomassa de único reator da divulgação para a produção de carbono ativado biogênico.
[043]A Figura 15 representa uma modalidade de unidade de processamento de biomassa de dois reatores da divulgação para a produção de carbono ativado biogênico.
[044]A presente divulgação proporciona composições de dióxido de silício de carbono poroso biogênico e métodos de produção e usos dos mesmos.
[045]Esta descrição habilitará um indivíduo versado na técnica para produzir e usar a divulgação e descreve várias modalidades, adaptações, variações, alternativas e usos da divulgação. Essas e outras modalidades, particularidades e vantagens da presente divulgação se tornarão mais evidentes para aqueles indivíduos versados na técnica quando tomadas com referência à seguinte descrição detalhada da divulgação em conjunto com os desenhos anexos.
[046]Conforme usado no presente documento, o termo "no máximo"
fornece um valor mínimo de “quantidades traço".
[047]Conforme usado no presente documento, o termo "carbono" pode significar carbono biogênico ou não biogênico. “Biogênico” se destina a significar um material (seja uma matéria-prima, produto ou intermediário) que contém um elemento, como carbono, que é renovável em escalas de tempo de meses, anos ou décadas. Os materiais não biogênicos podem ser não renováveis ou podem ser renováveis em escalas de tempo de séculos, milhares de anos, milhões de anos ou mesmo escalas de tempo geológicas mais longas. Um material biogênico pode incluir uma mistura de fontes biogênicas e não biogênicas.
[048]Como usado no presente documento, o termo "biomassa" deve ser interpretado como qualquer matéria-prima biogênica ou mistura de matéria- prima biogênica e não biogênica. Elementarmente, a biomassa inclui pelo menos carbono, hidrogênio e oxigênio. Os métodos e aparelhos da divulgação podem acomodar uma ampla faixa de matérias-primas de vários tipos, tamanhos e teores de umidade.
[049]Conforme usado no presente documento, o termo "ativação" se refere a qualquer um dos vários processos pelos quais a estrutura de poro é aprimorada.
[050]Conforme usado no presente documento, a frase "carbono poroso" descreve materiais que podem ser produzidos por processos e sistemas da divulgação, em várias modalidades. Limitações quanto ao teor de carbono, ou quaisquer outras concentrações, não devem ser imputadas a partir do próprio termo, mas apenas por referência a modalidades particulares e seus equivalentes. Por exemplo, será entendido que um material de partida com teor de carbono inicial muito baixo, sujeito aos processos divulgados, pode produzir um carbono poroso biogênico que é altamente enriquecido em carbono em relação ao material de partida (alto rendimento de carbono), mas, no entanto, com teor relativamente baixo de carbono (baixa pureza de carbono), incluindo um valor menor ou igual a cerca de 50% em peso de carbono.
[051]Conforme usado no presente documento, o termo "dióxido de silício" (SiO2) é intercambiável com o termo "sílica".
[052]Conforme usado no presente documento, o termo "reagente" se destina a significar um material em seu sentido mais amplo; um reagente pode ser, por exemplo, um combustível, um produto químico, um material, um composto, um aditivo, um componente de mistura, um solvente. Um reagente não é necessariamente um reagente químico que causa ou participa de uma reação química. Um reagente pode ou não ser um reagente químico; pode ou não ser consumido em uma reação. Um reagente pode ser um catalisador químico para uma determinada reação. Um reagente pode causar ou participar no ajuste de uma propriedade mecânica, física ou hidrodinâmica de um material ao qual o reagente pode ser adicionado. Por exemplo, um reagente pode ser introduzido em um metal para conferir determinadas propriedades de resistência ao metal. Um reagente pode ser uma substância de pureza suficiente (que, no contexto atual, é tipicamente pureza de carbono) para uso em análises químicas ou testes físicos.
[053]Conforme usado no presente documento, os termos "pirólise" e “pirolisar" geralmente se referem à decomposição térmica de um material carbonáceo.
[054]Conforme usado no presente documento, o termo "reator" se refere a uma unidade distinta na qual as condições atmosféricas e de temperatura podem ser controladas e na qual uma reação física e/ou química pode ocorrer.
[055]Conforme usado no presente documento, o termo "zona" se refere a uma área dentro de um reator em que as condições de temperatura e condições atmosféricas podem ser controladas em relação a outras zonas dentro do reator.
[056]Conforme usado no presente documento, o termo "unidade de processamento de biomassa" se refere a um reator que inclui uma pluralidade de zonas, conforme discutido em mais detalhes abaixo.
[057]Conforme usado no presente documento, o termo "carbonização" no presente documento significa aumentar o teor de carbono em uma determinada quantidade de biomassa. A carbonização pode ser realizada, de forma ilustrativa, reduzindo o material que não contém carbono da biomassa, adicionando átomos de carbono à biomassa ou ambos para formar um "reagente biogênico de alto teor de carbono".
[058]Conforme usado no presente documento, onde o artigo indefinido "um" ou "uma" é usado em relação a uma declaração ou descrição da presença de uma etapa em um processo divulgado no presente documento, a menos que a declaração ou descrição explicitamente forneça o contrário, o uso desse artigo indefinido não limita a presença da etapa no processo a um em número. Conforme usado no presente documento, quando uma quantidade, concentração ou outro valor ou parâmetro for dado como uma faixa, faixa preferencial ou uma lista de valores preferenciais superiores e valores preferenciais inferiores, isto deve ser entendido como divulgando especificamente todas as faixas formadas a partir de qualquer par de qualquer limite de faixa superior ou valor preferencial e qualquer limite de faixa inferior ou valor preferencial, independentemente de as faixas são divulgadas separadamente.
[059]Quando uma faixa de valores numéricos é citada no presente documento, a menos que indicado de outra forma, a faixa se destina a incluir seus pontos finais e todos os números inteiros e frações dentro da faixa. Não se pretende que o escopo da invenção seja limitado aos valores específicos recitados ao definir uma faixa.
[060]Conforme usado no presente documento, os termos "compreendendo" e "incluindo" ou variantes gramaticais dos mesmos devem ser considerados como especificando a inclusão dos recursos, números inteiros, ações ou componentes declarados, sem impedir a adição de uma ou mais particularidades, números inteiros, ações, componentes ou grupos adicionais dos mesmos. Por exemplo, uma composição, mistura, processo, método, artigo ou aparelho que compreende uma lista de elementos não está necessariamente limitado a apenas esses elementos, mas pode incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes a essa composição, mistura, processo, método, artigo ou aparelho. “Compreendendo” é mais amplo e inclui os termos “consistindo em” e “consistindo essencialmente em”, conforme definido pelo Manual de Procedimento de Exame de Patentes do Escritório de Patentes e Marcas dos Estados Unidos. Além disso, a menos que expressamente declarado em contrário, "ou" refere-se a um ou inclusivo e não a um ou exclusivo.
[061]A menos que indicado de outra forma, todos os números que expressam as condições de reação, estequiometrias, concentrações de componentes e assim por diante usados no relatório descritivo e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Consequentemente, a menos que indicado em contrário, os parâmetros numéricos apresentados no seguinte relatório descritivo e reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo, pelo menos, de uma técnica analítica específica.
[062]São fornecidas no presente documento composições de carbono biogênico compreendendo dióxido de silício. As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5 % de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício.
[063]As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 55% em peso, pelo menos cerca de 60% em peso, pelo menos cerca de 65% em peso, pelo menos cerca de 70% em peso, pelo menos cerca de 75% em peso, pelo menos cerca de 80% em peso %, pelo menos cerca de 90% em peso ou pelo menos cerca de 95% em peso de carbono total; no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio; no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio; no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo; no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre; no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio; no máximo cerca de 0,5% de cálcio; no máximo cerca de 0,1% de alumínio; e pelo menos cerca de 1% em peso, pelo menos cerca de 5% em peso, pelo menos cerca de 10% em peso, pelo menos cerca de 15% em peso, pelo menos cerca de 20% em peso ou pelo menos cerca de 25% em peso de dióxido de silício.
[064]As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio; e em que a composição foi densificada, tem a forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3).
[065]As composições podem compreender, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está incluído na fumaça de sílica; e em que a composição foi densificada, é em forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por pelo menos cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3).
[066]As composições podem compreender pelo menos cerca de 55% em peso, pelo menos cerca de 60% em peso, pelo menos cerca de 65% em peso, pelo menos cerca de 70% em peso, pelo menos cerca de 75% em peso, pelo menos cerca de 80% em peso, pelo menos cerca de 90 % em peso, ou pelo menos cerca de 95% em peso de carbono total.
[067]As composições podem compreender pelo menos cerca de 1% em peso, pelo menos 5% em peso, pelo menos cerca de 10% em peso, pelo menos cerca de 15% em peso, pelo menos cerca de 20% em peso ou pelo menos cerca de 25% em peso de dióxido de silício.
[068]Em algumas modalidades, o material de partida para a produção de composições de carbono biogênico tem um teor de carbono inicial muito baixo, no entanto, uma vez submetido aos processos divulgados, a composição resultante é altamente enriquecida em carbono em relação ao material de partida (alto rendimento de carbono), mas, no entanto, com um teor relativamente baixo de carbono (baixa pureza de carbono), incluindo um valor menor ou igual a cerca de 50% em peso de carbono. O carbono biogênico da presente divulgação tem um teor de carbono relativamente alto em comparação com a matéria-prima inicial utilizada para produzir o carbono biogênico. O carbono biogênico normalmente conterá mais do que cerca de metade de seu peso como carbono, visto que o teor de carbono típico da biomassa não é maior do que cerca de 50% em peso. Mais tipicamente, mas dependendo da composição da matéria-prima, um carbono biogênico conterá pelo menos cerca de 55% em peso, pelo menos cerca de 60% em peso, pelo menos cerca de 65% em peso, pelo menos cerca de 70% em peso, pelo menos cerca de 75% em peso, a pelo menos cerca de 80% em peso, pelo menos cerca de 85% em peso, pelo menos cerca de 90% em peso, pelo menos cerca de 95% em peso, pelo menos cerca de 96% em peso, pelo menos cerca de 97% em peso, pelo menos cerca de 98% em peso, ou pelo menos pelo menos cerca de 99% em peso de carbono.
[069]Em algumas modalidades, a composição de carbono biogênico foi ativada. Ativação refere-se a qualquer processo pelo qual o tamanho de poro resultante do carbono é aumentado. Os processos convencionais de produção de carbono poroso requerem grandes entradas de energia e apresentam baixos rendimentos.
[070]Várias modalidades da presente divulgação usam matérias-primas contendo carbono diferentes da biomassa, como um combustível fóssil (por exemplo, carvão ou coque de petróleo) ou quaisquer misturas de biomassa e combustíveis fósseis (como misturas de biomassa/carvão). Em algumas modalidades, uma matéria-prima biogênica é, ou inclui, carvão, xisto betuminoso, petróleo bruto, asfalto ou sólidos do processamento de petróleo bruto (como coque de petróleo). As matérias-primas podem incluir resíduos de pneus, plásticos reciclados, papel reciclado e outros resíduos ou materiais reciclados. Qualquer método, aparelho ou sistema descrito no presente documento usado com qualquer matéria-prima carbonácea. As matérias-primas contendo carbono podem ser transportadas por qualquer meio conhecido, como caminhão, trem, navio, barcaça, reboque de trator ou qualquer outro veículo ou meio de transporte.
[071]Em algumas modalidades, a composição de carbono biogênico da presente divulgação compreende dióxido de silício (SiO2). Em algumas modalidades, o SiO2 pode ser SiO2 bruto. Em outra modalidade, o SiO2 está compreendido na rocha do rio ou quartzo. Em ainda outra modalidade, o SiO2 pode estar compreendido em fumaça de sílica.
[072]Em algumas modalidades, a composição é um reagente. Em algumas modalidades, a composição é um reagente de carbono biogênico. Em outra modalidade, a composição é um reagente biogênico com alto teor de carbono.
[073]Em algumas modalidades, a composição foi extrudada. A extrusão pode ser utilizada para, por exemplo, modificar os tamanhos de partícula do carbono a fim de aprimorar a densidade; misturar o carbono e o dióxido de silício; aumentar a densidade combinada do produto, de modo a produzir um produto que “afundará” em um forno elétrico a arco; e criar um exterior resistente a água e poeira do extrudado para melhor uso e maior eficiência do forno.
[074]Em algumas modalidades, a composição foi densificada. Um processo de densificação é descrito em mais detalhes abaixo.
[075]Em algumas modalidades, as composições são em forma de pélete. Em algumas modalidades, as composições podem ter dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) a no máximo cerca de 5,1 cm (2,0 pol.) por cerca de 15 cm (6,0 pol.). Por exemplo, a composição pode ter os tamanhos de partícula mostrados na Tabela 1 abaixo. TABELA 1. TAMANHO DE PARTÍCULA DO CARBONO POROSO DE DIÓXIDO DE SILÍCIO DE ACORDO COM A PRESENTE DIVULGAÇÃO.
Peso da amostra total: 556 % Retida Peso Retido 4 mesh 32,2 00,039 33,9 8 Mesh 55,7 00,102 310,2 20 Mesh 223,4 00,418 441,8 30 Mesh 112,7 00,227 222,7 100 Mesh 110,8 00,193 119,3 -100 mesh 00,1 00,002 00,2
[076]Em algumas modalidades, a composição pode ter uma densidade aparente de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3). Em algumas modalidades, a densidade aparente das composições pode ser de cerca de 550 kg/m3 (34 lb/pés3), cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3), cerca de 570 kg/m3 (36 lb/pés3), cerca de 580 kg/m3 (36 lb/pés3), cerca de 590 kg/m3 (37 lb/pés3), cerca de 600 kg/m3 (37 lb/pés3), cerca de 610 kg/m3 (38 lb/pés3), cerca de 620 kg/m3 (39 lb/pés3), cerca de 630 kg/m3 (39 lb/pés3), cerca de 640 kg/m3 (40 lb/pés3), cerca de 650 kg/m3 (41 lb/pés3), cerca de 660 kg/m3 (41 lb/pés3), cerca de 670 kg/m3 (42 lb/pés3), cerca de 680 kg/m3 (42 lb/pés3), cerca de 690 kg/m3 (43 lb/pés3), cerca de 700 kg/m3 (44 lb/pés3), cerca de 710 kg/m3 (44 lb/pés3), cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3), cerca de 730 kg/m3 (46 lb/pés3), cerca de 740 kg/m3 (46 lb/pés3) ou cerca de 750 kg/m3 (47 lb/pés3). Em algumas modalidades, a densidade aparente das composições é de cerca de 560 kg/m3 (35 lb/pés3) a cerca de 720 kg/m3 (45 lb/pés3), cerca de 650 kg/m3 (41 lb/pés3) a cerca de 700 kg/m3 (44 lb/pés3), cerca de 670 kg/m3 (42 lb/pés3) a cerca de 710 kg/m3 (44 lb/pés3), ou cerca de 630 kg/m3 (39 lb/pés3) a cerca de 730 kg/m3 (46 lb/pés3).
[077]O aumento da porosidade melhora a reatividade do carbono e facilita a conversão das composições em silício puro. As composições podem ter um número de iodo de pelo menos cerca de 300. O número de iodo é um parâmetro usado para caracterizar o desempenho do carbono poroso. O Número de Iodo mede o grau de ativação do carbono e é uma medida do teor de microporo (por exemplo, 0–20 Å). É uma medida importante para aplicações de fase líquida. Em algumas modalidades, os produtos de carbono poroso produzidos pelas modalidades da divulgação têm um Número de Iodo de cerca de 300, cerca de 400, cerca de 500, cerca de 600, cerca de 750, cerca de 900, cerca de 1.000, cerca de 1.100, cerca de 1.200, cerca de 1.300, cerca de
1.500, cerca de 1.600, cerca de 1.750, cerca de 1.900, cerca de 2.000, cerca de 2.100 e cerca de 2.200. Em algumas modalidades, os produtos de carbono porosos produzidos pelas modalidades da divulgação têm um Número de Iodo de pelo menos cerca de 300, pelo menos cerca de 400, pelo menos cerca de 500, pelo menos cerca de 600, pelo menos cerca de 750, pelo menos cerca de 900, pelo menos cerca de 1.000, pelo menos cerca de 1.100, pelo menos cerca de 1.200, pelo menos cerca de 1.300, pelo menos cerca de 1.500, pelo menos cerca de 1.600, pelo menos cerca de 1.750, pelo menos cerca de 1.900, pelo menos cerca de 2000, pelo menos cerca de 2.100, e pelo menos cerca de
2.200. Em ainda outra modalidade, os produtos de carbono poroso produzidos pelas modalidades da divulgação têm um Número de Iodo de cerca de 300 a cerca de 2.200, cerca de 500 a cerca de 1.500, cerca de 750 a cerca de 1.750, cerca de 900 a cerca de 1.300, cerca de 1.000 a cerca de 1.500, cerca de
1.500 a cerca de 2.200, ou cerca de 1.200 a cerca de 1.900.
[078]São fornecidos no presente documento os processos para a produção de um reagente biogênico com alto teor de carbono. Em algumas modalidades, os processos podem compreender: fornecer uma matéria-prima que contém carbono compreendendo biomassa seca; em uma zona de pré- aquecimento, pré-aquecer a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80 ºC a cerca de 500 ºC; em uma zona de pirólise, a pirólise da matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 250 ºC a cerca de 700 ºC, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes; em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de resfriamento menor que a temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolisados quentes; em um resfriador separado da zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados resfriados; e recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados resfriados; em que o processo compreende adicionalmente a introdução de matéria-prima de dióxido de silício no processo.
[079]É aqui divulgado um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono, o processo compreendendo: fornecer uma matéria-prima que contém carbono compreendendo biomassa; opcionalmente secar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida na matéria-prima; opcionalmente desaerar a matéria-prima ou a matéria-prima seca para remover pelo menos uma porção do oxigênio intersticial, se houver, contido na matéria-prima; em uma zona de pirólise, pirolisar a matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada a partir de 250 ºC a cerca de 700 ºC, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes; em uma zona de resfriamento, resfriar os sólidos pirolisados quentes, na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de zona de resfriamento menor que a temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolisados mornos; em um resfriador opcional que é separado da zona de resfriamento, resfriar adicionalmente os sólidos pirolisados mornos para gerar sólidos pirolisados frios; e recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados mornos ou frios.
[080]Em algumas modalidades, durante a pirólise, menos oxigênio está presente em uma quantidade menor do que a necessária para completar a combustão do material. Em algumas modalidades, o oxigênio está presente em um valor menor ou igual a cerca de 10%, menor ou igual a cerca de 5%, menor ou igual a cerca de 1%, menor ou igual a cerca de 0,5%, menor ou igual a cerca de 0,1%, ou menor ou igual a cerca de 0,01% do oxigênio que é necessário para a combustão completa. Em algumas modalidades, a pirólise é realizada na ausência de oxigênio.
[081]Em algumas modalidades, os processos para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono incluem um reator. Em algumas modalidades, o reator é uma unidade distinta na qual a temperatura e as condições atmosféricas podem ser controladas. Em algumas modalidades, a reação ocorre no reator. Em outra modalidade, o reator pode incluir uma ou mais zonas. Em algumas modalidades, a uma ou mais zonas consiste em uma área dentro do reator na qual a temperatura e as condições atmosféricas podem ser controladas em relação a outras zonas dentro do reator.
[082]Em várias modalidades, os processos para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono incluem uma unidade de processamento de biomassa ("BPU"). Em algumas modalidades, a BPU inclui uma pluralidade de passagens de saída configuradas para transferir a material bruto ou matéria-prima em diferentes estágios de processamento, gases, subprodutos condensados e calor de vários reatores e zonas para qualquer um ou mais dos outros reatores ou zonas, o sistema de alimentação de material, a unidade de recuperação de carbono e quaisquer outros componentes contemplados do sistema descrito no presente documento. Em uma modalidade, depois que o material bruto passou por cada uma das zonas da BPU, o material bruto é carbonizado.
[083]Em algumas modalidades, os processos para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono incluem carbonização. Em algumas modalidades, a carbonização pode ser ilustrativamente realizada reduzindo o material que não contém carbono da biomassa, adicionando átomos de carbono à biomassa ou ambos para formar um "reagente biogênico de alto teor de carbono".
[084]Conforme discutido abaixo, várias modalidades de BPU de multizonas incluem um único reator e várias modalidades de BPU de multizonas também podem incluir mais de um reator separado. Deve ser entendido que outras modalidades discutidas abaixo incluem vários reatores separados, cada reator tendo pelo menos uma zona. Para os fins desta divulgação, as propriedades, princípios, processos, alternativas e modalidades discutidas em relação a todas as modalidades de BPU de multizonas de único reator se aplicam igualmente a todas as modalidades de reator múltiplas separadas e vice-versa.
[085]Em algumas modalidades, o processo compreende a secagem da matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida na matéria-prima. Nessas ou em outras modalidades, o processo compreende desaerar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção do oxigênio intersticial contido na matéria-prima.
[086]O processo pode incluir ainda o pré-aquecimento da matéria- prima, antes da etapa (d), em uma zona de pré-aquecimento na presença do gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80 ºC a cerca de 500 ºC, ou de cerca de 300 ºC a cerca de 400 ºC.
[087]Em algumas modalidades, a temperatura de pirólise é selecionada de cerca de 400 ºC a cerca de 600 ºC. Em algumas modalidades, a pirólise na etapa (d) é realizada por pelo menos cerca de 20 minutos. A temperatura da zona de resfriamento pode ser selecionada de cerca de 150 ºC a cerca de 350 ºC, por exemplo.
[088]As condições de pirólise podem ser selecionadas para manter a integridade estrutural ou resistência mecânica do reagente biogênico de alto teor de carbono em relação à matéria-prima, quando for desejado fazê-lo para uma determinada aplicação do produto.
[089]Em algumas modalidades, cada uma das zonas está localizada dentro de um único reator ou BPU. Em outras modalidades, cada uma das zonas está localizada em BPUs ou reatores separados. Deve ser entendido que algumas modalidades incluem uma ou mais BPUs, cada uma incluindo pelo menos uma zona.
[090]O gás substancialmente inerte pode ser selecionado do grupo que consiste em N2, Ar, CO, CO2, H2, CH4 e suas combinações. Alguns dos gases substancialmente inertes podem incluir uma ou mais espécies de gases não condensáveis (por exemplo, CO e CO2) reciclados da etapa (e). Em algumas modalidades, a zona de pirólise e a zona de resfriamento compreendem, cada uma, uma fase gasosa contendo menos de 5% em peso de oxigênio, tal como cerca de 1% em peso de oxigênio ou menos.
[091]O processo pode ser contínuo, semicontínuo ou em batelada. Em algumas modalidades contínuas ou semicontínuas, o gás inerte flui substancialmente em contracorrente em relação à direção do fluxo de sólidos. Em outras modalidades contínuas ou semicontínuas, o gás inerte flui substancialmente simultaneamente em relação à direção do fluxo de sólidos.
[092]Em algumas modalidades, o processo inclui monitorar e controlar o processo com pelo menos uma sonda de gás de reação, como duas ou mais sondas de gás de reação. O monitoramento e o controle do processo podem melhorar a eficiência energética do processo. Monitorar e controlar o processo também pode melhorar um atributo do produto associado ao reagente biogênico de alto teor de carbono, tais como (mas não limitado a) teor de carbono, teor de energia, integridade estrutural ou resistência mecânica.
[093]O processo pode incluir adicionalmente oxidação térmica (isto é, combustão) de pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e não condensáveis com um gás contendo oxigênio. A oxidação térmica pode ser auxiliada com a combustão do gás natural. O calor produzido a partir da oxidação térmica pode ser utilizado, pelo menos em parte, para secar a matéria-prima. Além disso, o calor produzido a partir da oxidação térmica pode ser utilizado, pelo menos em parte, para aquecer o gás substancialmente inerte antes de entrar em uma das zonas ou reatores, como a zona de pirólise.
[094]O processo pode incluir adicionalmente combinar pelo menos uma porção dos vapores com os sólidos pirolisados resfriados, para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono. Alternativa ou adicionalmente, o processo pode incluir adicionalmente combinar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis com os sólidos pirolisados quentes, para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono.
[095]Os vapores condensáveis podem, portanto, ser usados para energia no processo (como por oxidação térmica) ou no enriquecimento de carbono, para aumentar o teor de carbono do reagente biogênico de alto teor de carbono. Determinados gases não condensáveis, como CO ou CH4, podem ser utilizados para energia no processo ou como parte do gás substancialmente inerte para a etapa de pirólise.
[096]Em algumas modalidades, o processo compreende adicionalmente introduzir pelo menos um aditivo selecionado a partir de ácidos,
bases ou sais dos mesmos. O aditivo pode ser selecionado de (mas não limitado a) o grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, óxido de magnésio, brometo de hidrogênio, cloreto de hidrogênio, silicato de sódio, permanganato de potássio e combinações dos mesmos.
[097]Em algumas modalidades, o processo compreende adicionalmente introduzir pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em um metal, um óxido de metal, um hidróxido de metal, um haleto de metal e suas combinações. O aditivo pode ser selecionado a partir (mas não limitado a) do grupo que consiste em magnésio, manganês, alumínio, níquel, cromo, silício, boro, cério, molibdênio, fósforo, tungstênio, vanádio, haleto de ferro, cloreto de ferro, brometo de ferro, magnésio óxido, dolomita, cal dolomítica, fluorita, fluorita, bentonita, óxido de cálcio, cal e combinações dos mesmos.
[098]Aditivos, incluindo dióxido de silício ou fumaça de sílica, podem ser adicionados antes, durante ou após qualquer uma ou mais etapas do processo, incluindo na própria matéria-prima a qualquer momento, antes ou depois de ser colhida. Os aditivos podem ser introduzidos antes ou durante a etapa (b), antes ou durante a etapa (d), durante a etapa (f), durante a etapa (g), entre as etapas (f) e (g), ou após a etapa (g), por exemplo. Um aditivo pode ser introduzido nos sólidos pirolisados quentes. Por exemplo, um aditivo pode ser introduzido em uma solução aquosa, vapor ou aerossol para auxiliar no resfriamento dos sólidos pirolisados quentes na etapa (g). Nessas ou em outras modalidades, um aditivo é introduzido nos sólidos pirolisados resfriados para formar o reagente biogênico de alto teor de carbono contendo o aditivo.
[099]Em algumas modalidades, o processo compreende adicionalmente introduzir pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados frios em uma unidade separada para pirólise adicional, na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 30 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 200 ºC a cerca de 600 ºC, para gerar um produto sólido com maior teor de carbono do que os sólidos pirolisados frios.
[0100]Em algumas modalidades, o processo compreende adicionalmente operar um resfriador para resfriar os sólidos pirolisados aquecidos com vapor, gerando assim os sólidos pirolisados resfriados e o vapor superaquecido; em que a secagem é realizada, pelo menos em parte, com o vapor superaquecido proveniente do resfriador externo. Opcionalmente, o resfriador pode ser operado para primeiro resfriar os sólidos pirolisados quentes com vapor para atingir uma primeira temperatura do resfriador e, em seguida, com ar para atingir uma segunda temperatura do resfriador, em que a segunda temperatura do resfriador é mais baixa do que a primeira temperatura do resfriador e está associada a um risco de combustão reduzido para os sólidos pirolisados quentes na presença do ar.
[0101]Nos processos divulgados no presente documento, a introdução de dióxido de silício pode compreender introduzir fumaça de sílica. A fumaça de sílica é um subproduto de pó de sílica ultrafino (compreendendo partículas geralmente com menos de 1 μm de diâmetro) da produção de silício, por exemplo, na produção de metal de silício ou ligas de ferrosilício, durante o qual é capturado em filtros de mangas. Silício metálico e ligas são produzidos em fornos elétricos. A fumaça de sílica consiste principalmente em dióxido de silício amorfo (não cristalino).
[0102]Nos processos divulgados no presente documento, a introdução de dióxido de silício pode compreender introduzir dióxido de silício bruto. Por exemplo, a introdução de dióxido de silício pode compreender introduzir rocha de rio ou quartzo. A sílica livre ocorre em muitas formas cristalinas com uma composição muito próxima à do dióxido de silício, por exemplo, 46,75% em peso sendo silício e 53,25% oxigênio. O quartzo é de longe a forma mais comum. Tridimita, cristobalita e o mineral de sílica hidratada opala são incomuns, e sílica vítrea (vítrea), coesita e estishovita foram relatadas em apenas algumas localidades.
[0103]O dióxido de silício, seja introduzido como fumaça de sílica ou rocha de rio, pode ser introduzido no processo pela adição de dióxido de silício a sólidos pirolisados resfriados após a pirólise. O dióxido de silício, seja introduzido como fumaça de sílica ou rocha de rio, pode ser introduzido antes da pirólise, e o dióxido de silício pode melhorar a transferência de calor, levando assim à pirólise aprimorada de biomassa.
[0104]O dióxido de silício, como incluído em uma matéria-prima de matéria-prima, como fumaça de sílica ou rocha de rio, que é introduzido pode ser menor do que o que foi até agora usado em um arco submerso ou forno a arco elétrico. Por exemplo, o tamanho de partícula da matéria-prima de dióxido de silício, seja rocha de rio ou fumaça de sílica, pode ser de cerca de 0,01 mm a cerca de 12 mm. Por exemplo, o tamanho da partícula pode ser de cerca de 0,01 mm a 12 mm, em incrementos de cerca de 0,05 mm.
[0105]O processo pode compreender adicionalmente a prensagem, ligação, peletização, extrusão ou aglomeração da composição.
[0106]Os processos podem compreender adicionalmente a densificação, produzindo assim, por exemplo, uma composição em forma de pélete. Outros formatos podem ser produzidos. Por exemplo, esferas. A proximidade do carbono e do dióxido de silício na composição densificada resulta em uma conversão mais eficiente da composição em silício.
[0107]Um processo de densificação pode criar uma composição final de materiais. A densificação permite que os materiais sejam misturados e combinados de uma maneira controlada com outras partículas compreendendo uma composição como descrito no presente documento. Uma composição conforme descrito pode ser processada e forçada através do equipamento de densificação. Esse equipamento pode incluir máquinas disponíveis comercialmente. O equipamento de densificação força uma composição através de uma matriz de moldagem, produzindo, por exemplo, um pélete. A temperatura do painel frontal do equipamento de extrusão está tipicamente entre cerca de 72 ºC (165 ºF) e cerca de 85 ºC (185 ºF). Um pélete pode sair a uma temperatura de cerca de 43 ºC (110 ºF) e não superior a cerca de 121 ºC (250 ºF). Quando um pélete sai da extrusora, pode haver um leve revestimento na superfície externa do pélete. Este revestimento pode compreender lignina, que é uma substância natural do material celulósico. Os péletes podem ser transferidos para o transportador/resfriador de objetos acabados.
[0108]Após a formação, os péletes podem ser resfriados por um meio de resfriamento que inclui, sem limitação, um resfriador de ar, um ar- condicionado ou nitrogênio líquido. O processo de resfriamento faz com que os péletes endureçam no formato criado pela extrusora e permite que os componentes do pélete mantenham sua integridade. Em uma modalidade, os péletes são colocados através de uma tela agitadora após resfriamento e endurecimento suficiente. Isso separa partículas finas e distintas. A descarga para as partículas finas pode ser separada e pode ser novamente reciclada ou forçada através de uma extrusora. Isso pode minimizar o potencial de resíduos gerados por quaisquer partículas em excesso que compreendem um pélete.
[0109]Um processo de densificação pode compreender: usar um aditivo para densificação melhorada; mistura do aditivo, carbono e dióxido de silício; extrudar a mistura através de uma matriz para assim produzir péletes; e opcionalmente secar os péletes.
[0110]Um processo de densificação pode compreender: opcionalmente, o uso de um aditivo, por exemplo, bentonita, para densificação melhorada de cerca de 0,5% a cerca de 15%, em incrementos de cerca de 0,5%; opcionalmente adicionar água, por exemplo, de cerca de 5% a cerca de 50% de água; mistura do aditivo, carbono e dióxido de silício; extrudar a mistura através de uma matriz para assim produzir péletes; opcionalmente aquecer ou resfriar a extrusora e/ou placa de matriz para melhorar a densificação; opcionalmente desgaseificação da extrusora; e opcionalmente secar os péletes.
[0111]Extrusoras também podem ser usadas para conformar e misturar os materiais. A extrusão é um processo usado para criar objetos de um perfil de corte transversal fixo. Um material é empurrado através de uma matriz com o corte transversal desejado. As duas principais vantagens desse processo em relação a outros processos de fabricação são sua capacidade de criar cortes transversais muito complexos e de trabalhar materiais frágeis, pois o material apenas encontra tensões de compressão e cisalhamento. Também forma produtos com excelente acabamento superficial. A extrusão pode ser contínua
(teoricamente produzindo material indefinidamente longo) ou semicontínua (produzindo muitos pedaços). O processo de extrusão pode ser feito com o material quente ou frio. Vários ligantes, revestimentos e receitas de extrusão podem ser usados para obter atributos de produtos variados, estando na faixa de >99% no "índice de durabilidade do pélete" a isenção de poeira a hidrofobicidade. A espessura da matriz, conicidade da matriz, velocidade de parafuso, teor de umidade, pré-compactação, dimensionamento do produto e inúmeras outras variáveis podem afetar a qualidade do pélete. Por exemplo, se mais umidade for usada durante a extrusão, e o produto for, então, submetido a secagem, é mais fácil aplicar um revestimento com base em cera do que se menos água for usada na extrusão.
[0112]Referindo-se geralmente às Figuras 1 a 13, diagramas de fluxo de blocos de várias modalidades de multirreatores exemplificativas da presente divulgação são ilustrados. Cada figura é discutida abaixo. Deve ser entendido que as Figuras 1 a 13 representam algumas modalidades exemplificativas, mas nem todas as modalidades contempladas da presente divulgação. Conforme discutido abaixo, várias modalidades não ilustradas adicionais e combinações dos vários componentes e particularidades aqui discutidos também são contempladas. Como será entendido na discussão abaixo, qualquer um dentre a pluralidade de reatores aqui discutidos pode consistir em reatores independentes ou, alternativamente, dentro de uma BPU de único reator pode incluir uma pluralidade de zonas ou uma combinação das mesmas. Deve ser entendido que, embora cada uma das figuras ilustre uma modalidade alternativa diferente, todas as outras discussões nesta divulgação podem se aplicar a cada uma das modalidades ilustradas e não ilustradas.
[0113]Com referência agora, em geral, à Figura 1, um diagrama de fluxo de blocos de uma modalidade de multirreatores da presente divulgação é ilustrado. Essa modalidade pode utilizar dois a uma pluralidade de reatores diferentes. Três reatores são mostrados na modalidade ilustrativa; no entanto, qualquer número diferente de reatores pode ser empregado. Em uma modalidade, cada reator é conectado a pelo menos um outro reator por meio de uma unidade de transporte de material 304 (mostrada na Figura 3). Em uma modalidade, a unidade de transporte de material 304 controla as condições atmosféricas e de temperatura.
[0114]Na modalidade ilustrada, a matéria-prima 109, tal como biomassa, é opcionalmente submetida a secagem e dimensionada fora do sistema e introduzida no interior do primeiro reator 100 em uma atmosfera de baixo oxigênio, opcionalmente através do uso de um sistema de alimentação de material 108. Conforme discutido em mais detalhes abaixo e conforme ilustrado na Figura 3, o sistema de alimentação de material 108 reduz o nível de oxigênio no ar ambiente no sistema para não mais do que cerca de 3%. O material bruto 109 entra no primeiro reator 112 através da unidade de transporte de material fechada 304 após os níveis de oxigênio terem diminuído no primeiro reator. Em uma modalidade, a unidade de transporte de material bruto incluirá uma camisa ou manga encapsulada através da qual o vapor e o efluente gasoso do reator são enviados e usados para pré-aquecer a biomassa diretamente ou enviada para um aquecedor de gás de processo e/ou trocador de calor e em seguida, enviado e usado para pré-aquecer ou pirolisar a biomassa.
[0115]Na modalidade ilustrada, a matéria-prima 109 primeiro se desloca do sistema de alimentação de material 108 na unidade de transporte de material 304 para o primeiro reator da BPU 112.
[0116]Conforme discutido em mais detalhes abaixo, em uma modalidade, o primeiro reator 112 é configurado para ser conectado a qualquer outro reator no sistema para recuperar o calor residual 132 e conservar energia através de um sistema de recuperação de calor residual adequado. Em uma modalidade, o calor residual liberado no primeiro reator 112 é usado para operar uma caixa de vapor ou outro mecanismo de aquecimento apropriado configurado para secar os materiais brutos 109 dentro ou fora do sistema. Em várias modalidades, outros subprodutos do calor residual, como um gás inerte substancialmente aquecido ou semelhante, podem ser usados em outro lugar no sistema para enriquecer ainda mais o material em qualquer ponto ao longo do processo.
[0117]Na modalidade ilustrada, a biomassa 109 entra no primeiro reator 112, em que a temperatura é elevada da faixa de cerca da temperatura ambiente a cerca de 150 ºC a uma temperatura de cerca de 100 ºC a cerca de 200 ºC. Em uma modalidade, a temperatura não excede 200 ºC no primeiro reator 112. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, o primeiro reator 112 pode incluir um mecanismo de saída para capturar e exaurir o efluente gasoso 120 da biomassa 123 enquanto a mesma está sendo aquecida. Em uma modalidade, o efluente gasoso 120 são extraídos para uso posterior opcional. Em várias modalidades, a fonte de aquecimento usada para as várias zonas na BPU 102 é elétrica ou a gás. Em uma modalidade, a fonte de aquecimento usada para os vários reatores da BPU 102 é gás residual de outros reatores da unidade 102 ou de fontes externas. Em várias modalidades, o calor é indireto.
[0118]Após o pré-aquecimento no primeiro reator 112, a unidade de transporte de material 304 passa o material pré-aquecido 123 para o segundo reator opcional 114. Em uma modalidade, o reator 114 é o mesmo que o reator
112. Em uma modalidade em que o reator 114 é diferente do reator 112, a unidade de transporte de material 304 penetra no segundo reator 114 através de um sistema de vedação de vapor de alta temperatura (por exemplo, uma vedação de ar), o que permite que a unidade de transporte de material 304 penetre no segundo reator, evitando que o gás escape. Em uma modalidade, o interior do segundo reator 114 é aquecido para uma temperatura de cerca de 100 ºC a cerca de 600 ºC ou cerca de 200 ºC a cerca de 600 ºC. Em outra modalidade, o segundo reator 114 inclui uma porta de saída semelhante ao primeiro reator 102 para capturar e exaurir os gases 122 liberados do material pré-aquecido 123 enquanto o mesmo está sendo carbonizado. Em uma modalidade, os gases 122 são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade ilustrativa, o efluente gasoso 120 do primeiro reator 112 e o efluente gasoso 122 do segundo reator 114 são combinados em uma corrente de gás 124. Uma vez carbonizada, a biomassa carbonizada 125 sai do segundo reator 114 e entra no terceiro reator 116 para resfriamento. Novamente, o terceiro reator pode ser o mesmo reator que 112 ou 114 ou diferente.
[0119]Em uma modalidade, quando o reagente biogênico 125 entra no terceiro reator 116, a biomassa carbonizada 125 é deixada resfriar (ativa ou passivamente) até uma faixa de temperatura especificada para formar biomassa carbonizada 126, como discutido acima. Em uma modalidade, a temperatura da biomassa carbonizada 125 é reduzida no terceiro reator sob condições atmosféricas substancialmente inertes. Em outra modalidade, o terceiro reator resfria a biomassa carbonizada 125 com um mecanismo de resfriamento de água adicional. Deve ser entendido que a biomassa carbonizada 126 é deixada resfriar naturalmente no terceiro reator 116 até o ponto em que a mesma não entrará em combustão espontânea se exposta ao ar oxigenado. Nessa modalidade, o terceiro reator 116 reduz a temperatura da biomassa carbonizada até abaixo de 200 ºC. Em uma modalidade, o terceiro reator inclui um misturador (não mostrado) para agitar e resfriar uniformemente a biomassa carbonizada. Deve ser entendido que o resfriamento pode ocorrer direta ou indiretamente com água ou outros líquidos; o resfriamento também pode ocorrer direta ou indiretamente com o ar ou outros gases resfriados, ou qualquer combinação dos anteriores.
[0120]Deve ser entendido que em várias modalidades (não mostradas) um ou mais resfriadores ou mecanismos de resfriamento adicionais são empregados para reduzir adicionalmente a temperatura da biomassa carbonizada. Em várias dessas modalidades, o resfriador é separado dos outros reatores 112, 114, 116, ao longo do sistema de transporte de material. Em algumas modalidades, o resfriador segue os reatores. Em algumas modalidades, o resfriador pode ser o mesmo que os reatores 112, 114, 116. Em outras modalidades, o resfriador é, por exemplo, um parafuso, transportador sem-fim, transportador (especificamente um transportador de correia em uma modalidade), tambor, tela, bandeja, leito de contrafluxo, torre vertical, pá encamisada, parafuso resfriado ou combinação dos mesmos que resfria direta ou indiretamente com água ou outros líquidos, ou direta ou indiretamente com outros gases, ou combinação dos anteriores. Em várias modalidades, os resfriadores podem incluir aspersão de água, correntes de gás inerte resfriado, nitrogênio líquido ou ar ambiente se abaixo da temperatura de ignição. Deve ser entendido que o calor pode ser recuperado desta etapa capturando o vapor instantâneo gerado pela pulverização de água ou o vapor superaquecido gerado quando o vapor saturado é introduzido e aquecido pela biomassa carbonizada.
[0121]Conforme ilustrado nas Figuras 1 e 5, a unidade separadora de fase gasosa 200 inclui pelo menos uma entrada e uma pluralidade de saídas. A pelo menos uma entrada está conectada às portas de exaustão no primeiro reator 112 e no segundo reator 114 da BPU 102. Uma das saídas é conectada à unidade de recuperação de carbono 104 e outra das saídas é conectada ao equipamento de coleta ou equipamento de processamento adicional, como uma unidade de hidrogenação ácida 106 ou coluna de destilação. Em várias modalidades, o separador de fase gasosa processa o efluente gasoso 120, 122 do primeiro reator 112 e do segundo reator 114 para produzir um condensado 128 e um gás de enriquecimento 204. Em várias modalidades, os condensáveis podem ser usados para recuperação de energia (134) (por exemplo, no secador, reator ou aquecedor de gás de processo) ou para outro enriquecimento de carbono. Em várias modalidades, os não condensáveis (por exemplo CO) podem ser usados para recuperação de energia (134) (por exemplo, em um secador, reator ou aquecedor de gás de processo), como um gás inerte no processo (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador discutido em mais detalhes abaixo) ou para enriquecimento de carbono.
[0122]Em várias modalidades, o condensado 128 inclui compostos polares, como ácido acético, metanol e furfural. Em outra modalidade, o gás de enriquecimento 204 produzido pelo separador de fase gasosa 200 inclui pelo menos gases não polares, por exemplo, monóxido de carbono, terpenos, metano, dióxido de carbono, etc. Em uma modalidade, o separador de fase gasosa compreende um fracionamento coluna. Em uma modalidade, o ácido acético é enviado através de uma linha 128 para uma unidade de hidrogenação de ácido opcional. Em outra modalidade, o metanol e/ou furfural são enviados por meio da linha (ou linhas) adicional 136 para uma unidade de destilação/processamento 138.
[0123]Em várias modalidades, conforme discutido em mais detalhes abaixo, a própria unidade de recuperação de carbono tem a facilidade de enriquecer o material. Em várias outras modalidades, o material é enriquecido em uma unidade de enriquecimento de material separada da unidade de recuperação de carbono. Deve ser entendido que, em algumas dessas modalidades, a unidade de recuperação de carbono é um contêiner para armazenar o material carbonizado e a unidade de enriquecimento de material separada é a unidade na qual os gases são introduzidos para enriquecer o material.
[0124]Na modalidade ilustrada, a unidade de recuperação de carbono 500 também enriquece a biomassa carbonizada 126. A biomassa carbonizada 126 sai do terceiro reator ao longo da unidade de transporte de material 304 e entra na unidade de recuperação de carbono 500. Em várias modalidades, conforme ilustrado em mais detalhes na Figura 5 e discutido acima, a unidade de recuperação de carbono 500 também inclui uma entrada 524 conectada ao separador de fase gasosa 200. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento
204 é direcionado para a unidade de recuperação de carbono para ser combinado com o reagente biogênico 126 para criar um reagente biogênico de alto teor de carbono 136. Em outra modalidade, um gás enriquecido com carbono de uma fonte externa também pode ser direcionado para a unidade de recuperação de carbono para ser combinada com a biomassa carbonizada 126 para adicionar carbono adicional ao reagente biogênico com alto teor de carbono produzido. Em várias modalidades, a biomassa carbonizada 126 é biomassa carbonizada com temperatura reduzida. Ilustrativamente, o sistema 100 pode ser colocalizado próximo a uma instalação de processamento de madeira e o gás enriquecido com carbono da instalação de processamento de madeira pode ser usado como gás de uma fonte externa.
[0125]Com referência agora, em geral, à Figura 2, um diagrama de fluxo de blocos de um único reator, modalidade de multizonas da presente divulgação é ilustrado. Na modalidade ilustrada, o material bruto 209, tal como biomassa, é introduzido no reator 200 em uma atmosfera de baixo teor de oxigênio, opcionalmente através do uso de um sistema de alimentação de material 108 já descrito. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, o sistema de alimentação de material 108 reduz o nível de oxigênio no ar ambiente no sistema para não mais do que cerca de 3%. A matéria-prima 209 entra na BPU 202 em uma unidade fechada de transporte de material 304 após os níveis de oxigênio terem diminuído. Em uma modalidade, a unidade de transporte de material incluirá uma camisa ou manga encapsulada através da qual o vapor e o efluente gasoso do reator 200 são enviados e usados para pré-aquecer a biomassa.
[0126]Na modalidade ilustrada, a matéria-prima primeiro se desloca do
Depois de ser seca por um período de tempo desejado, a biomassa seca 221 sai da zona de secagem opcional 210 e entra na zona de pré-aquecimento 212.
[0128]Na modalidade ilustrada, a biomassa seca 221 entra na primeira zona (pré-aquecimento) 212, em que a temperatura é elevada da faixa de cerca da temperatura ambiente a cerca de 150 ºC a uma faixa de temperatura de cerca de 100 ºC a cerca de 200 ºC. Em uma modalidade, a temperatura não excede 200 ºC na primeira zona/zona de pré-aquecimento 212. Deve ser entendido que se a zona de pré-aquecimento 212 estiver muito quente ou não o suficiente, a biomassa seca 221 pode ser processada incorretamente antes de entrar na segunda zona 214. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, a zona de pré-aquecimento 212 pode incluir um mecanismo de saída para capturar e exaurir o gás 220 da biomassa seca 221 enquanto ela está sendo pré-aquecida. Em outra modalidade, os efluentes gasosos 220 são extraídos para uso posterior opcional. Em várias modalidades, a fonte de aquecimento usada para as várias zonas na BPU 202 é elétrica ou a gás. Em uma modalidade, a fonte de aquecimento usada para as várias zonas da BPU 202 consiste no gás residual de outras zonas da unidade 202 ou de fontes externas. Em várias modalidades, o calor é indireto.
[0129]Seguindo a zona de pré-aquecimento 212, a unidade de transporte de material 304 passa o material pré-aquecido 223 para a segunda zona (pirólise) 214. Em uma modalidade, a unidade de transporte de material 304 penetra na segunda zona de pirólise através de um sistema de vedação de vapor de alta temperatura (tal como uma vedação de ar, não mostrada), o que permite que a unidade de transporte de material 304 penetre na zona de pirólise de alta temperatura, evitando (ou minimizando) que o gás escape. Em uma modalidade, o interior da zona de pirólise 214 é aquecido a uma temperatura de cerca de 100 ºC a cerca de 600 ºC ou cerca de 200 ºC a cerca de 500 ºC. Em outra modalidade, a zona de pirólise 214 inclui uma porta de saída semelhante à zona de pré-aquecimento 212 para capturar e exaurir os gases 222 liberados da biomassa pré-aquecida 223 enquanto ela está sendo carbonizada. Em uma modalidade, os gases 222 são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade ilustrativa, o efluente gasoso 220 da zona de pré-aquecimento 212 e o efluente gasoso 222 da zona de pirólise 214 são combinados em uma corrente de gás 224. Uma vez carbonizada, a biomassa carbonizada 225 sai da segunda/zona de pirólise 214 e entra na terceira/zona de redução de temperatura ou resfriamento 216.
[0130]Em uma modalidade, quando a biomassa carbonizada 225 entra na zona de resfriamento 216, a biomassa carbonizada 225 é deixada resfriar naturalmente até uma faixa de temperatura especificada de cerca de 20 ºC a 25 ºC (cerca da temperatura ambiente) para se tornar biomassa carbonizada com temperatura reduzida 226, como discutido acima. Em várias modalidades, a BPU 202 inclui uma pluralidade de zonas de resfriamento. Em uma modalidade, a zona de resfriamento 216 resfria a biomassa carbonizada até abaixo de 200 ºC. Em uma modalidade, a zona de resfriamento inclui um misturador para agitar e resfriar uniformemente os materiais. Em várias modalidades, uma ou mais dentre a pluralidade de zonas de resfriamento estão fora da BPU 202.
[0131]Conforme ilustrado nas Figuras 2 e 5, a unidade separadora de fase gasosa 200 inclui pelo menos uma entrada e uma pluralidade de saídas. Nessa modalidade ilustrativa, a pelo menos uma entrada é conectada às portas de exaustão na primeira/zona de pré-aquecimento 212 e na segunda/zona de pirólise 214 da BPU 202. Uma das saídas é conectada à unidade de recuperação de carbono 500 (que é configurada para enriquecer o material), e outra dentre as saídas é conectada ao equipamento de coleta ou equipamento de processamento adicional, como uma unidade de hidrogenação ácida 206 ou coluna de destilação. Em várias modalidades, o separador de fase gasosa processa o efluente gasoso 220, 222 da primeira/zona de pré-aquecimento 212 e da segunda/zona de pirólise 214 para produzir um condensado 228 e um gás de enriquecimento 204. Em uma modalidade, o condensado 228 inclui compostos polares, como ácido acético, metanol e furfural. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento 204 produzido pelo separador de fase gasosa 200 inclui pelo menos gases não polares. Em uma modalidade, o separador de fase gasosa compreende uma coluna de fracionamento. Em uma modalidade, o ácido acético é enviado através de uma linha 228 para uma unidade opcional de hidrogenação de ácido 206. Em outra modalidade, metanol e/ou furfural são enviados por meio da linha (ou linhas) adicional opcional 236 para uma unidade de destilação/processamento 238.
[0132]Nas modalidades ilustradas, a biomassa carbonizada sai do reator/zona de resfriamento ao longo da unidade de transferência de material 304 e entra na unidade de recuperação de carbono 500. Em várias modalidades, conforme ilustrado em mais detalhes na Figura 5 e discutido acima, a unidade de recuperação de carbono 500 também inclui uma entrada 524 conectada ao separador de fase gasosa 200. Em uma modalidade, o gás de enriquecimento 204 é direcionado para a unidade de recuperação de carbono 500 para ser combinado com o reagente biogênico 226 para criar um reagente biogênico de alto teor de carbono 136. Em outra modalidade, um gás enriquecido com carbono de uma fonte externa também pode ser direcionado para a unidade de recuperação de carbono 500 para ser combinado com o reagente biogênico 226 para adicionar carbono adicional ao reagente biogênico. Em várias modalidades, os gases retirados da unidade de recuperação de carbono 500 na referência 234 são opcionalmente usados em sistemas de recuperação de energia e/ou sistemas para enriquecimento de carbono adicional. Da mesma forma, em várias modalidades, os gases puxados de uma ou mais zonas da BPU 202 são opcionalmente usados em sistemas de recuperação de energia e/ou sistemas para enriquecimento de carbono adicional. Ilustrativamente, o sistema 200 pode ser colocalizado perto de uma instalação de processamento de madeira e o gás enriquecido com carbono da instalação de processamento de madeira pode ser usado como gás de uma fonte externa.
[0133]Agora, referindo-se geralmente à Figura 3, uma modalidade de sistema de alimentação de material da presente divulgação é ilustrada. Conforme discutido acima, altos níveis de oxigênio no ar ambiente em torno do material bruto durante o processamento podem resultar em combustão ou oxidação indesejável do material bruto, o que reduz a quantidade e a qualidade do produto final. Em uma modalidade, o sistema de alimentação de material é um sistema fechado e inclui um ou mais coletores configurados para purgar o oxigênio do ar que circunda o material bruto. Em uma modalidade, o nível de oxigênio de cerca de 0,5% a cerca de 1,0% é usado para pré-aquecimento, pirólise/carbonização e resfriamento. Deve ser entendido que um objetivo principal do sistema de alimentação de material fechado é reduzir os níveis de oxigênio para não mais do que cerca de 3%, não mais do que cerca de 2%, não mais do que cerca de 1% ou não mais do que cerca de 0,5%. Depois que o nível de oxigênio é reduzido, a biomassa é transferida ao longo do sistema de alimentação de material para a BPU. Deve ser entendido que, em várias modalidades, o pré-aquecimento de gases inertes por meio de energia de processo recuperada e subsequente introdução de gases inertes pré-aquecidos na BPU, reator ou reator de compensação torna o sistema mais eficiente.
[0134]Em algumas modalidades, um reator de compensação é incluído no sistema. Em uma modalidade de reator de compensação, o material pirolisado da BPU é alimentado em um reator adicional separado para pirólise adicional, em que o gás inerte aquecido é introduzido para criar um produto com níveis de carbono fixos mais elevados. Em várias modalidades, o processo secundário pode ser conduzido em um contêiner, como um contêiner de tambor, tanque, barril, caixa, sacola, tubo, saco, prensa ou roll-off. Em várias modalidades, o contêiner final também pode ser usado para o transporte da biomassa carbonizada. Em algumas modalidades, o gás inerte é aquecido por meio de um trocador de calor que deriva calor de gases extraídos da BPU e queimados em um aquecedor de gás de processo.
[0135]Como visto na Figura 3, o sistema de alimentação de material fechado 108 inclui uma tremonha de alimentação de material bruto 300, uma unidade de transporte de material 304 e um coletor de purga de oxigênio 302.
[0136]Em uma modalidade, a tremonha de alimentação de matéria- prima 300 é qualquer contêiner adequado ao ar livre ou fechado configurado para receber biomassa em bruto ou dimensionada/seca 109/209. A tremonha de alimentação do material bruto 300 está operacionalmente conectada com a unidade de transporte de material 304, a qual, em uma modalidade, é um sistema de parafuso ou sem-fim operacionalmente girado por uma fonte de acionamento. Em uma modalidade, o material bruto 109/209 é alimentado na unidade de transporte de material 304 por um sistema de alimentação por gravidade. Deve ser entendido que a unidade de transporte de material 304 da Figura 3 é formado de modo que o parafuso ou sem-fim 305 seja fechado em um invólucro adequado 307. Em uma modalidade, o invólucro 307 é substancialmente de formato cilíndrico. Em várias modalidades, os sistemas de alimentação de material incluem um parafuso, um sem-fim, um transportador, um tambor, uma tela, uma calha, uma câmara de queda, um dispositivo de transporte pneumático, incluindo uma vedação de ar rotativa ou uma vedação de ar dupla ou tripla.
[0137]À medida que a matéria-prima 109/209 é alimentada a partir da tremonha de alimentação de material bruto 300 para a unidade de transporte de material 304, o sem-fim ou parafuso 305 é girado, movendo o material bruto 109/209 em direção ao coletor de purga de oxigênio 302. Deve ser entendido que, quando a matéria-prima 109/209 atinge o coletor de purga de oxigênio 302, o ar ambiente entre a matéria-prima 109/209 na unidade de transporte de material 304 inclui cerca de 20,9% de oxigênio. Em várias modalidades, o coletor de purga de oxigênio 302 é disposto adjacente ou em torno da unidade de transporte de material 304. Dentro do coletor de dobra de oxigênio de uma modalidade, o invólucro 307 da unidade de transporte de material 304 inclui uma pluralidade de portas de entrada de gás 310a, 310b, 310c e uma pluralidade de portas de saída de gás 308a, 308b, 308c.
[0138]O coletor de purga de oxigênio 302 tem pelo menos uma linha de entrada de gás 312 e pelo menos uma linha de saída de gás 314. Em várias modalidades, a pelo menos uma linha de entrada de gás 312 do coletor de purga de oxigênio 302 está em comunicação operável com cada uma dentre a pluralidade de portas de entrada de gás 310a, 310b, 310c. Da mesma forma, em várias modalidades, a pelo menos uma linha de saída de gás 314 do coletor de purga de oxigênio 302 está em comunicação operável com cada uma dentre a pluralidade de portas de saída de gás 308a, 308b, 308c. Deve ser entendido que, em uma modalidade, a linha de entrada de gás 312 está configurada para bombear um gás inerte para o interior das portas de entrada de gás 310a, 310b, 310c. Nessa modalidade, o gás inerte é nitrogênio contendo substancialmente nenhum oxigênio. Em uma modalidade, o gás inerte fluirá em contracorrente para a biomassa.
[0139]Como será entendido, a introdução de gás inerte 312 no interior da unidade fechada de transporte de material 304 forçará o ar ambiente para fora do sistema fechado. Em operação, quando o gás inerte 312 é introduzido na primeira porta de entrada de gás 310a de uma modalidade, uma quantidade de ar ambiente rico em oxigênio é forçada para fora da porta de saída 308a. Deve ser entendido que, neste ponto, o nível desejado de não mais do que cerca de 2% de oxigênio, não mais do que cerca de 1% de oxigênio, não mais do que cerca de 0,5% de oxigênio ou não mais do que cerca de 0,2% de oxigênio pode não ser alcançado. Portanto, em várias modalidades, infusões adicionais do gás inerte 312 devem ser feitas para purgar a quantidade necessária de oxigênio do ar em torno do material bruto 109 no sistema fechado. Em uma modalidade, a segunda porta de entrada de gás 310b bombeia o gás inerte 312 para o sistema fechado subsequente à infusão na primeira porta de entrada de gás 310a, purgando assim mais do oxigênio restante do sistema fechado. Deve ser entendido que, após uma ou duas infusões de gás inerte 312 para purgar o oxigênio 314, o nível desejado de menos oxigênio pode ser alcançado. Se, em uma modalidade, os níveis de oxigênio desejados ainda não forem alcançados após duas infusões de gás inerte, uma terceira infusão de gás inerte 312 na entrada de gás 310c purgará as quantidades indesejadas restantes de oxigênio 314 do sistema fechado na saída de gás 308c. Entradas/saídas adicionais também podem ser incorporadas, se desejado. Em várias modalidades, os níveis de oxigênio são monitorados em todo o sistema de alimentação de material para permitir a calibração da quantidade e localização das infusões de gás inerte.
[0140]Em uma modalidade alternativa, o calor, o vapor e os gases recuperados do reator são direcionados ao sistema de alimentação, onde são incluídos em uma camisa e separados do contato direto com o material de alimentação, mas indiretamente aquecem o material de alimentação antes da introdução no reator.
[0141]Em uma modalidade alternativa, o calor, o vapor e os gases recuperados da zona de secagem do reator são direcionados para o sistema de alimentação, onde são incluídos em uma camisa e separados do contato direto com o material de alimentação, mas aquecem indiretamente o material de alimentação antes da introdução no reator.
[0142]Deve ser entendido que as portas de entrada de gás 310a, 310b, 310c e as portas de saída de gás correspondentes 308a, 308b, 308c, respectivamente, de uma modalidade são ligeiramente deslocadas umas das outras em relação a um plano bissetor vertical através da unidade de transporte de material 304. Por exemplo, em uma modalidade, a porta de entrada 310a e a porta de saída correspondente 308a são deslocadas na unidade de transporte de material 304 por uma quantidade que corresponde aproximadamente ao passo do sem-fim 305 na unidade de transporte de material 304. Em várias modalidades, após a atmosfera em torno da matéria- prima 109/209 ser satisfatoriamente desoxigenada, a mesma é alimentada do sistema de alimentação de material 108 para a BPU 102. Em várias modalidades, os níveis de oxigênio são monitorados em todo o sistema de alimentação de material para permitir a calibração da quantidade e localização das infusões de gás inerte.
[0143]Deve ser entendido que, em uma modalidade, a matéria-prima 109/209 e, subsequentemente, a biomassa seca 221, biomassa pré-aquecida 123/223, biomassa carbonizada 125/225 e biomassa carbonizada 126/226, se deslocam através do reator 102 (ou reatores) ao longo de uma unidade de transporte de material contínuo 304. Em outra modalidade, a unidade de transporte de material que transporta o material difere em diferentes estágios do processo. Em uma modalidade, o processo de mover o material através do reator, zonas ou reatores é contínuo. Nessa modalidade, a velocidade da unidade de transporte de material 304 é apropriadamente calibrada e calculada por um controlador e processador associados, de modo que a operação da unidade de transporte de material 304 não exija interrupção conforme o material se move através do reator ou reatores.
[0144]Em outra modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para ajustar a velocidade da unidade de transporte de material 304 com base em um ou mais sensores de retroalimentação, gás detectado (por exemplo, do FTIR opcional), parâmetros medidos, medidores de temperatura ou outras variáveis adequadas no processo do reator. Deve ser entendido que, em várias modalidades, quaisquer sensores de umidade, sensores de temperatura ou sensores de gás adequados em comunicação operável com o controlador e o processador podem ser integrados em ou entre cada uma das zonas/reatores ou em qualquer posição adequada ao longo da unidade de transporte de material 304. Em uma modalidade, o controlador e o processador usam as informações de sensores ou medidores para otimizar a velocidade e eficiência da BPU 100/200. Em uma modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para operar a unidade de transporte de material 304. Em uma modalidade, o controlador associado ao reator 102 ou reatores (112/114/116) é configurado para monitorar a concentração, temperatura e umidade do gás dentro da unidade de transporte de material 304 ou dentro de qualquer um dos reatores. Em uma modalidade, o controlador é configurado para ajustar a velocidade da unidade de transporte de material 304, a entrada de gases na unidade de transporte de material e o calor aplicado ao material na unidade de transporte de material com base em uma ou mais leituras feitas pelos vários sensores.
[0145]Com referência agora às Figuras 2 e 4, uma modalidade da BPU 102 é ilustrada. Deve ser entendido que a representação gráfica da BPU 202 na Figura 4 corresponde substancialmente à BPU 202 na Figura 2. Também deve ser entendido que, em várias modalidades, a BPU 202 é envolvida em um corpo de estufa para controlar e manipular as grandes quantidades de calor necessárias para o processo do reator. Como visto na Figura 4, em uma modalidade, o corpo de estufa da BPU 202 inclui várias câmaras de isolamento (416, 418) em torno das quatro zonas 210, 212, 214 e 216. Em uma modalidade, a estufa inclui quatro zonas separadas. Em várias modalidades, cada uma das quatro zonas 210, 212, 214 e 216 da BPU 202 inclui pelo menos uma palheta de entrada e pelo menos uma palheta de saída. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, dentro de cada zona de uma tal modalidade, as palhetas de entrada e saída são configuradas para serem ajustáveis para controlar o fluxo de material de alimentação, gás e calor para dentro e para fora da zona. Um suprimento de ar inerte pode ser introduzido na palheta de entrada e o ar purgado pode ser extraído da palheta de saída correspondente. Em várias modalidades, uma ou mais das palhetas de saída de uma zona na BPU 202 são conectadas a um ou mais das outras palhetas de entrada ou saída na BPU.
[0146]Em uma modalidade, após o material bruto 209 ser desoxigenado no sistema de alimentação de material 108, o mesmo é introduzido na BPU 202 e, especificamente, na primeira das quatro zonas, a zona de secagem opcional 210. Como visto na Figura 4, a zona de secagem inclui a palheta de entrada 422b e a palheta de saída 420a. Em uma modalidade, a zona de secagem é aquecida a uma temperatura de cerca de 80 ºC a cerca de 150 ºC para remover água ou outra umidade das matérias- primas 209. A biomassa é, então, movida para a segunda zona ou zona de pré- aquecimento 212, onde a biomassa é pré-aquecida como descrito acima.
[0147]Em outra modalidade, o material que foi opcionalmente seco e pré-aquecido é movido para a terceira zona de carbonização. Em uma modalidade, a carbonização ocorre a uma temperatura de cerca de 200 ºC a cerca de 700 ºC, por exemplo cerca de 200 ºC, cerca de 210 ºC, cerca de 220 ºC, cerca de 230 ºC, cerca de 240 ºC, cerca de 250 ºC, cerca de 260 ºC, cerca de 270 ºC, cerca de 280 ºC, cerca de 290 ºC, cerca de 300 ºC, cerca de 310 ºC, cerca de 320 ºC, cerca de 330 ºC, cerca de 340 ºC, cerca de 350 ºC, cerca de 360 ºC, cerca de 370 ºC, cerca de 380 ºC, cerca de 390 ºC, cerca de 400 ºC, 410 ºC, cerca de 420 ºC, cerca de 430 ºC, cerca de 440 ºC, cerca de 450 ºC, cerca de 460 ºC, cerca de 470 ºC, cerca de 480 ºC, cerca de 490 ºC, cerca de 500 ºC, cerca de 510 ºC, cerca de 520 ºC, cerca de 530 ºC, cerca de 540 ºC, cerca de 550 ºC, cerca de 560 ºC, cerca de 570 ºC, cerca de 580 ºC, cerca de 590 ºC, cerca de 600 ºC, cerca de 610 ºC, cerca de 620 ºC, cerca de 630 ºC, cerca de 640 ºC, cerca de 650 ºC, cerca de 660 ºC, cerca de 670 ºC, cerca de 680 ºC, cerca de 690 ºC ou cerca de 700 ºC. Em outra modalidade, uma zona de carbonização de um reator 421 é adaptada para permitir que os gases produzidos durante a carbonização sejam extraídos. Em outra modalidade, os gases produzidos durante a carbonização são extraídos para uso posterior opcional. Em uma modalidade, uma temperatura de carbonização é selecionada para minimizar ou eliminar a produção de metano (CH4) e maximizar o teor de carbono da biomassa carbonizada.
[0148]Em outra modalidade, a biomassa carbonizada é movida para uma redução de temperatura ou zona de resfriamento (terceira zona) e pode resfriar passivamente ou resfriar ativamente. Em uma modalidade, sólidos de biomassa carbonizados são resfriados a uma temperatura ± 10, 20, 30 ou 40 ºC da temperatura ambiente.
[0149]Em várias modalidades, a BPU inclui uma pluralidade de sondas de introdução de gás e sondas de extração de gás. Na modalidade da BPU ilustrado na Figura 4, a BPU inclui adicionalmente uma pluralidade de sondas de introdução de gás: 408, 410, 412 e 414, e uma pluralidade de sondas de extração de gás: 400, 402, 404 e 406. Deve ser entendido que, em várias modalidades, uma dentre cada uma das sondas de introdução de gás e uma dentre cada uma das sondas de extração de gás corresponde a uma diferente da pluralidade de zonas 210, 212, 214 e 216. Também deve ser entendido que, em várias modalidades alternativas, a BPU 202 inclui qualquer número adequado de sondas de introdução de gás e sondas de extração de gás, incluindo mais de uma sonda de introdução de gás e mais de uma sonda de extração de gás para cada uma dentre a pluralidade de zonas.
[0150]Na modalidade ilustrada, a zona de secagem 210 está associada à sonda de introdução de gás 412 e à sonda de extração de gás 402. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 412 introduz nitrogênio na zona de secagem 210 e a sonda de extração de gás 402 extrai gás da zona de secagem 210. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de introdução de gás 412 está configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de secagem 210. Em uma modalidade, o gás extraído é oxigênio. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de extração de gás 402 extrai gases da zona de secagem 210 para serem reutilizados em um sistema de recuperação de calor ou energia, conforme descrito em mais detalhes acima.
[0151]Na modalidade ilustrada, a zona de pré-aquecimento 212 está associada à sonda de introdução de gás 414 e à sonda de extração de gás
400. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 414 introduz nitrogênio na zona de pré-aquecimento 212 e a sonda de extração de gás 400 extrai gás da zona de pré-aquecimento 212. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de introdução de gás 414 está configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de pré-aquecimento 212. Em várias modalidades, o gás extraído na sonda de extração de gás 400 inclui o efluente gasoso enriquecido com carbono. Deve ser entendido que em uma modalidade, como discutido acima, os gases extraídos da zona de pré- aquecimento 212 e da zona de pirólise 214 são reintroduzidos no material em um estágio posterior no processo, por exemplo, na unidade de recuperação de carbono. Em várias modalidades, os gases extraídos de qualquer uma das zonas do reator são usados para recuperação de energia no secador ou aquecedor de gás de processo, para posterior pirólise em um reator de ajuste ou na unidade de enriquecimento de carbono.
[0152]Na modalidade ilustrada, a zona de pirólise 214 está associada à sonda de introdução de gás 410 e à sonda de extração de gás 404. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 410 introduz nitrogênio na zona de pirólise 214 e a sonda de extração de gás 404 extrai gás da zona de pirólise
214. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de introdução de gás 410 está configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de pirólise 214. Em várias modalidades, o gás extraído na sonda de extração de gás 404 inclui o efluente gasoso enriquecido com carbono. Deve ser entendido que em uma modalidade, como discutido acima, os gases enriquecidos com carbono extraídos da zona de pirólise 214 são usados e reintroduzidos no material em uma fase posterior do processo. Em várias modalidades, conforme descrito em mais detalhes abaixo, o gás extraído 400 da zona de pré- aquecimento 212 e o gás extraído 404 da zona de pirólise 214 são combinados antes de serem reintroduzidos no material.
[0153]Na modalidade ilustrada, a zona de resfriamento 116 está associada à sonda de introdução de gás 408 e à sonda de extração de gás
406. Em uma modalidade, a sonda de introdução de gás 408 introduz nitrogênio na zona de resfriamento 116 e a sonda de extração de gás 406 extrai gás da zona de resfriamento 116. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de introdução de gás 408 está configurada para introduzir uma mistura de gás na zona de resfriamento 116. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a sonda de extração de gás 406 extrai gases da zona de resfriamento 116 para serem reutilizados em um sistema de recuperação de calor ou energia, conforme descrito em mais detalhes acima.
[0154]Deve ser entendido que as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás de várias modalidades descritas acima são configuradas para operar com o controlador e a pluralidade de sensores discutidos acima para ajustar os níveis e concentrações de gás sendo introduzido e gás sendo extraído de cada zona.
[0155]Em várias modalidades, as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás são feitas de um tubo adequado configurado para suportar flutuações de alta temperatura. Em uma modalidade, as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás incluem uma pluralidade de aberturas através das quais o gás é introduzido ou extraído. Em várias modalidades, a pluralidade de aberturas está disposta no lado inferior das sondas de entrada e extração de gás. Em várias modalidades, cada uma dentre a pluralidade de aberturas se estende por um comprimento substancial dentro da respectiva zona.
[0156]Em uma modalidade, as sondas de introdução de gás se estendem de um lado da BPU 202 através de cada zona. Em tal modalidade, cada uma das quatro sondas de introdução de gás se estende de um único lado da BPU para cada uma das respectivas zonas. Em várias modalidades, são adicionados catalisadores gasosos que enriquecem os níveis de carbono fixos. Deve ser entendido que, em tal modalidade, a pluralidade de aberturas para cada uma das quatro sondas de introdução de gás está apenas disposta na respectiva zona associada a essa sonda de introdução de gás particular.
[0157]Por exemplo, visualizando a Figura 4, se cada uma das sondas de introdução de gás se estende do lado esquerdo da zona de secagem para cada uma das zonas, todas as quatro sondas de introdução de gás se deslocariam através da zona de secagem, com as sondas de introdução de gás da zona de secagem terminando na zona de secagem. As três sondas de introdução de gás restantes iriam todas se deslocar através da zona de pré- aquecimento, com a sonda de introdução de gás da zona de pré-aquecimento terminando na zona de pré-aquecimento. As duas sondas de introdução de gás restantes se deslocariam através da zona de pirólise, com a sonda de introdução de gás da zona de pirólise terminando na zona de pirólise. A sonda de introdução de gás da zona de resfriamento seria a única sonda de introdução de gás a entrar e terminar na zona de resfriamento. Deve ser entendido que em várias modalidades, as sondas de extração de gás são configuradas de forma semelhante às sondas de introdução de gás descritas neste exemplo. Também deve ser entendido que as sondas de introdução de gás e as sondas de extração de gás podem ser iniciadas em qualquer um dos lados da BPU.
[0158]Em várias modalidades, as sondas de introdução de gás são dispostas concentricamente umas com as outras para economizar espaço usado pela configuração de múltiplas portas descrita no exemplo acima. Nessa modalidade, cada uma das quatro sondas/portas de entrada teria um diâmetro menor do que a sonda/porta de entrada anterior. Por exemplo, em uma modalidade, a sonda de introdução de gás da zona de secagem tem o maior diâmetro interno e a sonda de introdução de gás da zona de pré-aquecimento está situada dentro do diâmetro interno da sonda/porta de entrada da zona de secagem, a sonda de introdução de gás da zona de pirólise é então situada dentro do diâmetro interno da sonda de introdução de gás da zona de pré- aquecimento e a sonda de introdução de gás da zona de resfriamento está situada dentro da sonda de introdução de gás da zona de pirólise. Em uma modalidade de exemplo, um conector adequado é anexado a cada uma das quatro sondas de introdução de gás fora da BPU 102 para controlar o ar infundido em cada uma das quatro sondas de introdução de gás individualmente.
[0159]Em uma tal modalidade, semelhante ao exemplo acima, a sonda de introdução de gás da zona de secagem terminaria na zona de secagem e as três outras sondas de introdução de gás continuariam na zona de pré- aquecimento. No entanto, com uma disposição concêntrica ou substancialmente concêntrica, apenas a sonda de introdução de gás mais externa é exposta em cada zona antes de ser terminada. Portanto, nessa modalidade, as introduções de gás de zona individual são efetivamente controladas de forma independente uma da outra, enquanto requer apenas uma linha de sonda de introdução de gás contínua. Deve ser entendido que uma configuração concêntrica ou substancialmente concêntrica semelhante é usada adequadamente para as sondas de extração de gás em uma modalidade.
[0160]Em uma modalidade, cada zona ou reator é adaptado para extrair e coletar gases de uma ou mais das zonas ou reatores individuais. Em outra modalidade, o efluente gasoso de cada zona/reator permanece separado para descarte, análise e/ou uso posterior. Em várias modalidades, cada reator/zona contém um sistema de detecção de gás, como um FTIR, que pode monitorar a formação de gás dentro da zona/reator. Em outra modalidade, o efluente gasoso de uma pluralidade de zonas/reatores é combinado para descarte, análise e/ou uso posterior e, em várias modalidades, o efluente gasoso de uma ou mais zonas/reatores é alimentado a um aquecedor de gás de processo. Em outra modalidade, o efluente gasoso de uma ou mais zonas/reatores é alimentado em uma unidade de recuperação de carbono. Em outra modalidade, o efluente gasoso de uma ou mais zonas/reatores é alimentado a um separador de fase gasosa antes da introdução na unidade de recuperação de carbono. Em uma modalidade, um separador de fase gasosa compreende uma coluna de fracionamento. Qualquer coluna de fracionamento conhecida pelos indivíduos versados na técnica pode ser usada. Em uma modalidade, o efluente gasoso é separado em compostos não polares e compostos polares usando uma coluna de fracionamento padrão aquecida a uma temperatura adequada ou uma coluna empacotada. Em outra modalidade, compostos não polares ou gases enriquecidos de um separador de fase gasosa são extraídos para uso posterior opcional e, em várias modalidades, efluente gasoso de uma ou mais zonas/reatores são alimentados a um aquecedor de gás de processo. Em uma modalidade, os gases extraídos da zona/reator de pré-aquecimento, da zona/reator de pirólise e, opcionalmente, da zona/reator de resfriamento são extraídos em uma corrente combinada e alimentados no separador de fase gasosa. Em várias modalidades, uma ou mais das zonas/reatores são configurados para controlar se e quanto gás é introduzido na corrente combinada.
[0161]Conforme discutido acima e geralmente ilustrado na Figura 5, o efluente gasoso 124/224 da BPU 102/202 é direcionado para o separador de fase gasosa 200. Em várias modalidades, o efluente gasoso 124/224 inclui os gases extraídos 120 da primeira/zona de pré-aquecimento/reator 112/212 combinados com os gases extraídos 122/222 da segunda/zona de pirólise/reator 114/214 ou corrente de gás sozinho. Quando o efluente gasoso 124/224 entra no separador de fase gasosa 200, o efluente gasoso 124/224 é separado em compostos polares 128/228/136/236 e compostos não polares 204, como gases não polares. Em várias modalidades, o separador de fase gasosa 200 é uma coluna de fracionamento conhecida.
[0162]Em várias modalidades, os gases enriquecidos 204 extraídos dos efluente gasoso combinados 124/224 são direcionados do separador de fase gasosa 200 para a unidade de recuperação de carbono 500 através da entrada 524, que enriquece o material. Conforme discutido acima e ilustrado nas Figuras 8 e 11, deve ser entendido que em várias modalidades, os gases extraídos são primeiro introduzidos em uma unidade de enriquecimento de material e, em seguida, em uma unidade de recuperação de carbono separada. Na modalidade ilustrada na Figura 5, o enriquecimento de material ocorre na unidade de recuperação de carbono 500. Em uma modalidade (Figura 5), o separador de fase gasosa 200 inclui uma pluralidade de saídas. Em várias modalidades, uma saída do separador de fase gasosa 200 é conectada à unidade de recuperação de carbono 500 para introduzir um fluxo de gás enriquecido na unidade de recuperação de carbono 500. Em uma modalidade, uma porção da corrente de gás enriquecido é direcionada para a unidade de recuperação de carbono 500 e outra porção é direcionada para um depurador, ou outro aparelho de purificação adequado para limpar e descartar o gás indesejado. Em várias modalidades, o efluente gasoso que não é enviado para a unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador). Da mesma forma, em várias modalidades, o efluente gasoso da unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[0163]Em uma modalidade, outra saída do separador de fase gasosa extrai compostos polares, opcionalmente condensando-os em um componente líquido, incluindo uma pluralidade de diferentes partes de líquido. Em várias modalidades, o líquido inclui água, ácido acético, metanol e furfural. Em várias modalidades, o líquido emitido é armazenado, descartado, processado posteriormente ou reutilizado. Por exemplo, deve ser entendido que a água produzida em uma modalidade pode ser reutilizada para aquecer ou resfriar outra parte de um sistema. Em outra modalidade, a água é drenada. Também deve ser entendido que o ácido acético, metanol e furfural produzidos em uma sistema de alimentação de material 108 na unidade de transporte de material 304 através de uma zona de secagem opcional 210 da BPU 202. Em uma modalidade, a zona de secagem opcional 210 aquece o material bruto para remover água e outra umidade antes de ser passada para a zona de pré- aquecimento 212. Em uma modalidade, o interior da zona de secagem opcional 210 é aquecido a uma temperatura de cerca da temperatura ambiente a cerca de 150 ºC. Água 238 ou outra umidade removida do material bruto 209 pode ser exaurida, por exemplo, da zona de secagem opcional 210. Em outra modalidade, a zona de secagem opcional é adaptada para permitir que vapores e vapor sejam extraídos. Em outra modalidade, os vapores e o vapor da zona de secagem opcional são extraídos para uso posterior opcional. Conforme discutido abaixo, os vapores ou vapor extraído da zona de secagem opcional podem ser usados em um sistema de recuperação de calor residual adequado com o sistema de alimentação de material. Em uma modalidade, os vapores e vapor usados no sistema de alimentação de material pré-aquecem as matérias- primas enquanto os níveis de oxigênio estão sendo purgados no sistema de alimentação de material. Em outra modalidade, a biomassa é submetida a secagem fora do reator e o reator não compreende uma zona de secagem.
[0127]Conforme discutido em mais detalhes abaixo, em uma modalidade, a zona de secagem opcional 210 é configurada para ser conectada à zona de resfriamento 216 para recuperar o calor residual 232 e conservar energia através de um sistema de recuperação de calor residual adequado. Em uma modalidade, o calor residual liberado na zona de resfriamento 216 é usado para operar um mecanismo de aquecimento configurado para secar materiais brutos 209 na zona de secagem opcional 210.
modalidade podem ser encaminhados para tanques de armazenamento para reutilização, revenda, destilação ou refinamento.
[0164]Como visto na Figura 5, a unidade de recuperação de carbono 500 de uma modalidade compreende um alojamento com uma porção superior e uma porção inferior. Deve ser entendido que, em várias modalidades nas quais uma unidade de enriquecimento de material é separada da unidade de recuperação de carbono, a unidade de enriquecimento de material inclui recursos semelhantes àqueles discutidos em relação à unidade de recuperação de carbono 500 da Figura 5. Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono compreende: um alojamento 502 com uma porção superior 502a e uma porção inferior 502b; uma entrada 524 em um fundo da porção inferior do alojamento configurada para transportar o gás de escape do reator; uma saída 534 no topo da porção superior do alojamento configurada para transportar uma corrente de gás concentrada; um caminho 504 definido entre a parte superior e a parte inferior do alojamento; e um sistema de transporte 528 seguindo o caminho, o sistema de transporte configurado para transportar reagente, em que o alojamento é moldado de modo que o reagente adsorva pelo menos parte do efluente gasoso do reator. Em várias modalidades, a porção superior inclui uma pluralidade de saídas e a porção inferior inclui uma pluralidade de entradas.
[0165]Em uma modalidade, o alojamento 502 é substancialmente livre de cantos com um ângulo de 110 graus ou menos, 90 graus ou menos, 80 graus ou menos ou 70 graus ou menos. Em uma modalidade, o alojamento 502 é substancialmente livre de cantos convexos. Em outra modalidade, o alojamento 502 é substancialmente livre de cantos convexos com capacidade para produzir redemoinhos ou aprisionar ar. Em outra modalidade, o alojamento 502 é substancialmente em formato de cubo, prisma retangular, elipsoide, um elipsoide estereográfico, um esferoide, dois cones fixados de base a base, dois tetraedros regulares fixados de base a base, duas pirâmides retangulares afixadas de base -a base ou dois prismas triangulares isósceles fixados base a base.
[0166]Em uma modalidade, a porção superior 502a e a porção inferior 502b do alojamento 502 são, cada uma, substancialmente em formato de meio elipsoide, meio prisma retangular, meio elipsoide estereográfico, um meio esferoide, um cone, um tetraedro regular, uma pirâmide retangular, um prisma triangular isósceles ou uma transição de duto redondo para retangular.
[0167]Em outra modalidade, a entrada 524 na parte inferior da porção inferior do alojamento 502b e a saída 534 no topo da parte superior do alojamento 502a são configuradas para se conectar a um tubo. Em outra modalidade, a parte superior da porção inferior do alojamento 502b e a parte inferior da porção superior do alojamento 502a são substancialmente retangulares, circulares ou elípticos. Em outra modalidade, a largura entre a parte superior da porção inferior do alojamento 502b e a parte inferior da porção superior do alojamento 502a é mais ampla do que a largura do sistema de transporte 528. Numa modalidade, a largura do sistema de transporte 528 é a sua altura.
[0168]Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono 500 compreende um caminho 504 definido entre a porção superior e a porção inferior, uma abertura de entrada 506 e uma abertura de saída 508. Em uma modalidade, a abertura de entrada e a abertura de saída são configuradas para receber o sistema de transporte. Em uma modalidade, o sistema de transporte 528 é pelo menos semipermeável ou permeável ao gás de enriquecimento.
[0169]Em uma modalidade, a abertura de entrada 506 inclui um mecanismo de vedação de abertura de entrada para reduzir o escape de gás e a abertura de saída 508 inclui um mecanismo de vedação de abertura de saída para reduzir o escape de gás. Em uma modalidade, os mecanismos de vedação de abertura de entrada e saída compreendem uma câmara de compressão.
[0170]Em várias modalidades, a porção inferior 502b do alojamento da unidade de recuperação de carbono tem uma abertura de conexão de fundo redondo estreita, que está conectada ao separador de fase gasosa 200 para o transporte de fluxo de gás 204. Em várias modalidades, a parte superior da porção inferior 502b do alojamento da unidade de recuperação de carbono 500 é substancialmente retangular em forma e substancialmente mais larga do que a estreita abertura de conexão de fundo redondo. Deve ser entendido que, em uma modalidade, a porção inferior faz a transição da abertura inferior redonda para uma abertura superior retangular. Em uma modalidade, a abertura superior retangular da porção inferior tem cerca de seis pés de largura (ao longo da direção do sistema transportador). Em várias modalidades, a porção superior da unidade de recuperação de carbono 500 tem um formato substancialmente semelhante à porção inferior. Em uma modalidade, a abertura inferior da porção superior é mais larga do que a abertura superior da porção inferior. Em uma modalidade, a abertura inferior retangular da porção superior tem cerca de seis pés e meio de largura (ao longo da direção do sistema de transporte). Em uma modalidade, a porção superior é configurada para capturar todos os gases passados através da unidade de recuperação de carbono 500 que não são adsorvidos pelos materiais porosos.
[0171]Deve ser entendido que, em várias modalidades, o formato da porção inferior da unidade de recuperação de carbono ajuda a desacelerar e dispersar os gases 204 através de uma área de superfície mais ampla do transportador que transporta o reagente biogênico 126/226. Em várias modalidades, o formato preciso das porções 502b inferior e 502a superior da unidade de recuperação de carbono 500 depende do ângulo de dispersão de gás proveniente do tubo separador de fase gasosa. Deve ser entendido que em várias modalidades, o gás naturalmente tenderá a se expandir conforme é bombeado em uma faixa de alargamento de 5 a 30 graus da vertical. Em uma modalidade, o ângulo de alargamento é de aproximadamente 15 graus. Deve ser entendido que a parte inferior da unidade de recuperação de carbono é construída com o mínimo possível de vincos e cantos para evitar o aprisionamento de ar ou a formação de redemoinhos.
[0172]Em uma modalidade, a unidade de recuperação de carbono 500 é configurada para se conectar ao separador de fase gasosa 200, como discutido acima, bem como à BPU 102/202. Em várias modalidades, a unidade de recuperação de carbono 500 está conectada à saída do reator/zona de resfriamento 216/116 ou à última zona de resfriamento da BPU 102/202 ou fora da BPU. Em uma modalidade, a saída do reator/zona de resfriamento 116/216 inclui reagente biogênico que foi processado na BPU 102/202. Em uma modalidade, o reagente biogênico 126/226 entra na unidade de recuperação de carbono 500 ao longo de um sistema de transporte adequado. Em várias modalidades, a parte superior e a parte inferior da unidade de recuperação de carbono estão conectadas uma à outra e definem um caminho através do qual passa um sistema de transporte. Em uma modalidade, o sistema de transporte é construído com um material poroso ou de malha configurado para permitir que o gás passe através dele. Deve ser entendido que o sistema de transporte é configurado para passar por uma abertura da unidade de recuperação de carbono 500 e, em seguida, por uma abertura de saída na recuperação de carbono. Em algumas modalidades, a entrada e a saída para dentro e para fora da unidade de recuperação de carbono são devidamente vedadas com uma vedação de ar ou outro mecanismo de vedação adequado para evitar que gases escapem através da abertura do transportador. Em várias modalidades, o efluente gasoso que não é enviado para a unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador). Da mesma forma, em várias modalidades, o efluente gasoso da unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[0173]Em várias modalidades, o processo opera enviando primeiro o reagente biogênico 126/226 da zona de resfriamento 116/216 para o sistema de transporte usando um mecanismo de descarga adequado do reator/zona de resfriamento 116/216. Em uma modalidade, o reagente biogênico 126/216 é espalhado por toda a largura do sistema de transporte para minimizar o empilhamento ou agrupamento de material e maximizar a área de superfície para absorção gasosa. No ponto em que o reagente biogênico 126/216 é depositado e adequadamente espalhado no sistema de transporte, em várias modalidades, o sistema de transporte transporta o reagente biogênico 126/216 através da abertura na unidade de recuperação de carbono 104 definida entre a porção inferior e a parte superior discutida acima. Na unidade de recuperação de carbono 104, o reagente biogênico 126/216 adsorve gases canalizados para a porção inferior da unidade de recuperação de carbono 104 do separador de fase gasosa 200. Depois que o reagente biogênico é enriquecido com gases não polares, deve-se observar que o reagente biogênico se torna um reagente biogênico com alto teor de carbono. Em várias modalidades, o reagente biogênico com alto teor de carbono é um produto final do processo divulgado no presente documento e é transportado para longe da unidade de recuperação de carbono 104 para um armazenamento adequado ou aparelho de pós-processamento.
[0174]Em uma modalidade, após os gases enriquecidos 204 passarem pelo transportador e o reagente biogênico 126/216, o gás resultante é extraído na porção superior da unidade de recuperação de carbono 104. Em várias modalidades, os gases exaustos 134 são transportados para um depurador, pilha ou sistema de recuperação adequado. Em algumas modalidades, o efluente gasoso é explorado por quaisquer qualidades reutilizáveis no sistema, incluindo o uso em uma unidade de recuperação de carbono secundária ou para energia. Em várias modalidades, o efluente gasoso que não é enviado para a unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo) ou como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador).
Da mesma forma, em várias modalidades, o efluente gasoso da unidade de recuperação de carbono pode ser usado para recuperação de energia (por exemplo, em um aquecedor de gás de processo), como um gás inerte (por exemplo, na unidade de desaeração, reator, BPU ou resfriador), ou em uma unidade de recuperação secundária.
[0175]Deve ser entendido que o reagente biogênico 126/216 inclui uma grande quantidade de carbono e o carbono tem uma alta preferência para adsorver gases não polares. Também deve ser entendido que a corrente de gás enriquecido 204 inclui principalmente gases não polares, como terpenos, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano. Em várias modalidades, conforme os gases enriquecidos são direcionados do separador de fase gasosa para a unidade de recuperação de carbono, a taxa de fluxo de gás e a velocidade do transportador são monitoradas e controladas para garantir a absorção máxima dos gases não polares no reagente biogênico 126/216. Em outra modalidade, os compostos orgânicos de alta energia compreendem pelo menos uma porção dos gases enriquecidos 204 eluídos durante a carbonização da biomassa e enviados do separador de fase gasosa 200 para a unidade de recuperação de carbono 104. Em várias modalidades, os gases enriquecidos 204 são ainda enriquecidos com aditivos adicionais antes de serem introduzidos na unidade de recuperação de carbono ou unidade de enriquecimento de material.
[0176]Conforme discutido em mais detalhes abaixo, em várias modalidades, o tempo de residência do reagente biogênico 126/216 na unidade de recuperação de carbono é controlado e varia com base na composição do reagente biogênico 126/216 e fluxo de gás e composição. Em uma modalidade,
o reagente biogênico é passado através de uma ou mais unidades de recuperação de carbono mais de uma vez. Em várias modalidades, a saída de ar enriquecido do separador de fase gasosa e a saída de ar exausto da unidade de recuperação de carbono 104 pode ser desviada ou bifurcada em uma unidade de recuperação de carbono adicional ou refinada ou usada para energia ou gás inerte para uso no processo.
[0177]Referindo-se mais geralmente às Figuras 6 a 13, várias modalidades da presente divulgação são ilustradas e discutidas. Deve ser entendido que as várias modalidades e alternativas discutidas abaixo em relação às Figuras 6 a 13 se aplicam às modalidades das Figuras 1 a 5 discutidas acima e vice-versa.
[0178]Com referência agora especificamente à Figura 6, essa modalidade pode utilizar uma BPU que inclui um único reator tendo duas ou uma grande pluralidade de zonas diferentes. Duas zonas são mostradas na modalidade ilustrativa; no entanto, qualquer número diferente de zonas pode ser empregado. Em uma modalidade, cada zona é conectada a pelo menos uma outra zona por meio de uma unidade de transporte de material (não ilustrada). Em uma modalidade, a unidade de transporte de material controla as condições atmosféricas e de temperatura.
[0179]Especificamente, em uma modalidade ilustrada na Figura 6, o sistema 600 inclui um sistema de alimentação de material 602, uma BPU 606 incluindo uma zona de pirólise 608 e uma zona de resfriamento 610, um resfriador 614 e uma unidade de recuperação de carbono 616. Deve ser entendido que o resfriador 614 da Figura 6 está fora da BPU 606 e está além da zona de resfriamento 610 que reside dentro da BPU 606.
[0180]Em várias modalidades, o sistema 600 inclui um secador opcional entre o sistema de alimentação de material 602 e a BPU 606. Em várias modalidades, a BPU 606 inclui uma pluralidade de zonas. Na Figura 6, a BPU 606 inclui uma zona de pirólise 608 e uma zona de resfriamento 610. A BPU 606 também inclui pelo menos uma pluralidade de entradas e saídas para adicionar substâncias e remover várias substâncias da pluralidade da zona 608, 610, incluindo pelo menos vapores condensáveis e gases não condensáveis 612. Deve ser entendido que em várias modalidades discutidas abaixo, uma ou mais das pluralidades de zona 608 ou 610 são envolvidas pela BPU 606.
[0181]Com referência agora à Figura 7, um sistema 700 de uma modalidade é ilustrado e discutido. O sistema 700 inclui um sistema de único reator, incluindo um sistema de alimentação de material 702, um pré- aquecedor 706, um reator de pirólise 708, um resfriador, 714 e uma unidade de recuperação de carbono 716. Em várias modalidades, o sistema 700 inclui um secador opcional 704 entre o sistema de alimentação de material 702 e o pré- aquecedor 706. Como visto na Figura 7, o reator de pirólise 708 de uma modalidade inclui pelo menos uma entrada de gás 710 e pelo menos uma saída 712 para a saída de substâncias do reator de pirólise 708. Em várias modalidades, as substâncias emitidas através da saída 712 incluem vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Deve ser entendido que o reator de pirólise 708 pode incluir uma ou mais zonas, não discutidas em detalhes no presente documento. Em várias modalidades, o sistema 700 inclui um ou mais reatores, além do reator de pirólise 708.
[0182]Com referência agora à Figura 8, um único reator, sistema de
BPU de múltiplas zonas 800 de uma modalidade é ilustrado e discutido. O sistema 800 inclui um sistema de alimentação de material 802, uma BPU 808 tendo uma zona de pirólise 810 e uma zona de resfriamento 812, uma unidade de enriquecimento de material 818 e uma unidade de recuperação de carbono
820. Semelhante às modalidades discutidas acima, a Figura 8 também inclui um secador opcional 804 localizado entre o sistema de alimentação de material 802 e a BPU 808. Deve ser entendido que a umidade 806 do secador 804 é removida durante o processo de secagem. A Figura 8 também inclui um resfriador opcional 816 fora da BPU 808 e antes da unidade de enriquecimento de material 818. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, a unidade de enriquecimento de material 818 está em comunicação com uma saída de gás 814 da BPU 808, que transporta vapores condensáveis e gases não condensáveis da BPU. Deve ser entendido que várias modalidades ilustradas na Figura 8 incluem uma unidade de recuperação de carbono separada 820 da unidade de enriquecimento de material 818. Conforme discutido acima, em várias modalidades, a unidade de recuperação de carbono 820 da Figura 8 é um contêiner apropriado no qual o material enriquecido é armazenado após a unidade de enriquecimento de material 818, e a unidade de recuperação de carbono 820 não enriquece mais o material.
[0183]Deve ser entendido que, em várias modalidades, um aquecedor de gás de processo opcional 824 está disposto no sistema e conectado à BPU
808. Em várias modalidades, os vapores ou outro efluente gasoso da BPU 808 são introduzidos no aquecedor de gás de processo opcional 824, juntamente com uma fonte externa de qualquer um ou mais de ar, gás natural e nitrogênio. Conforme discutido abaixo, em várias modalidades, as emissões de ar do aquecedor de gás de processo 824 são inseridas no secador 804 como um sistema de recuperação de calor ou energia.
[0184]Com referência agora à Figura 9, uma BPU 908 de um sistema 900 de uma modalidade é ilustrada e discutida. A BPU 908 inclui uma pluralidade de zonas: a zona de pré-aquecimento 904, a zona de pirólise 910 e a zona de resfriamento 914. A BPU 908 de uma modalidade também inclui um sistema de alimentação de material 902 em comunicação com uma das zonas, pelo menos, uma entrada de gás 906 em comunicação com uma ou mais das zonas 904, 910, 914. Em várias modalidades, como discutido abaixo, uma das zonas também inclui pelo menos uma saída 912 para substâncias de saída, em uma modalidade, vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Em várias modalidades, uma das zonas também inclui uma saída para enviar o carbono avançado do sistema 900.
[0185]Deve ser entendido que, embora a Figura 9 mostra a entrada de gás 906 sendo conectada à zona de pré-aquecimento 904, várias modalidades incluem entradas em qualquer combinação das três zonas. Da mesma forma, deve ser entendido que, embora a saída gasosa 912 venha da zona de pirólise 910, várias modalidades incluem saídas de uma ou mais de qualquer combinação das três zonas. Conforme discutido abaixo, várias modalidades contempladas incluem entradas e saídas dentro da BPU: por exemplo, uma saída da zona de pirólise 910 é então inserida na zona de pré-aquecimento
904. Deve ser entendido que, na modalidade ilustrada, cada um dos reatores na BPU está conectado um ao outro através do sistema de alimentação de material, como discutido acima.
[0186]Em várias modalidades, a zona de pré-aquecimento 904 da BPU
908 é configurada para alimentar biomassa 902 (ou outra matéria-prima contendo carbono) de uma maneira que não "choque" a biomassa, o que romperia as paredes celulares e iniciaria a decomposição rápida da fase sólida em vapores e gases. Em uma modalidade, a zona de pré-aquecimento 904 pode ser considerada como uma pirólise leve.
[0187]Em várias modalidades, a zona de pirólise 910 da BPU 908 é configurada como a zona de reação primária, na qual o material pré-aquecido sofre química de pirólise para liberar gases e vapores condensáveis, resultando em um material sólido que é um intermediário de reação de alto teor de carbono. Os componentes da biomassa (principalmente celulose, hemicelulose e lignina) se decompõem e criam vapores, que escapam ao penetrar pelos poros ou criar novos nanoporos. O último efeito contribui para a criação de porosidade e área de superfície.
[0188]Em várias modalidades, a zona de resfriamento 914 da BPU 908 está configurada para receber o intermediário de reação de alto teor de carbono e resfriar os sólidos, ou seja, a zona de resfriamento 914 terá uma temperatura mais baixa do que a zona de pirólise 910. Na zona de resfriamento 914, a química e o transporte de massa podem ser complexos. Em várias modalidades, as reações secundárias ocorrem na zona de resfriamento 914. Deve ser entendido que o carbono-contendo componentes que estão na fase gasosa podem se decompor para formar carbono fixo adicional e/ou se tornarem adsorvidos no carbono. Assim, o carbono avançado 916 não é simplesmente o resíduo sólido desvolatilizado das etapas de processamento, mas inclui carbono adicional que foi depositado a partir da fase gasosa, como por decomposição de vapores orgânicos (por exemplo, alcatrão) que podem formar carbono.
[0189]Com referência agora às Figuras 10 a 13, várias modalidades de multirreatores do sistema são ilustradas e discutidas. Semelhante a cada uma das modalidades, os sistemas incluem um desaerador opcional e um secador opcional, conforme discutido em mais detalhes abaixo. Com referência à Figura 10, o sistema 1000 inclui o sistema de alimentação de material 1002, um reator de pirólise 1012, um reator de resfriamento 1018, um resfriador 1020 e uma unidade de recuperação de carbono 1022. Conforme discutido mais abaixo, uma fonte de gás 1016 é configurada para inserir gás em um ou em ambos o reator de pirólise 1012 e o reator de resfriamento 1018. Em várias modalidades, o reator de pirólise inclui uma saída para produzir pelo menos vapores condensáveis e/ou gases não condensáveis. Em várias modalidades, a unidade de recuperação de carbono 1022 inclui uma saída 1024 para enviar carbono poroso do sistema 1000.
[0190]Deve ser entendido que, em várias modalidades ilustradas pelo menos nas Figuras 10 a 13, os sistemas ilustrados incluem um desaerador opcional e um secador opcional. Como visto na Figura 10, por exemplo, representado por linhas tracejadas, o desaerador opcional 1004 é conectado ao sistema 1000 entre o sistema de alimentação de material 1002 e o reator de pirólise 1002. Da mesma forma, o secador 1006 está conectado ao sistema 1000 entre o sistema de alimentação de material 1002 e o reator de pirólise
1012. Em várias modalidades, o secador 1006 e o desaerador 1004 também estão conectados um ao outro, de modo que o material do sistema de alimentação de material possa seguir qualquer número de caminhos diferentes através do sistema de alimentação de material, o desaerador, o secador e para a pirólise reator. Deve ser entendido que, em algumas modalidades, o material só passa através de um desaerador opcional 1004 e secador 1006.
[0191]Em algumas modalidades, com referência à Figura 10, um processo para a produção de um reagente biogênico de alto teor de carbono compreende as seguintes etapas: fornecer uma matéria-prima contendo carbono que compreende biomassa; opcionalmente, secar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção da umidade contida na matéria-prima; opcionalmente, desaerar a matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio intersticial, se houver, contido com a matéria-prima; pirolisar a matéria-prima na presença de uma fase de gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com pelo menos uma temperatura selecionada de cerca de 250 ºC a cerca de 700 ºC, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma porção dos vapores condensáveis e pelo menos uma porção dos gases não condensáveis dos sólidos pirolisados quentes; resfriar os sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados resfriados; e recuperar um reagente biogênico com alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos sólidos pirolisados resfriados.
[0192]Com referência agora à Figura 11, um sistema de multirreatores 1100 de uma modalidade é ilustrado. Semelhante à modalidade discutida acima e ilustrada na Figura 10, esta modalidade inclui um sistema de alimentação de material 1102, reator de pirólise 1112, reator de resfriamento 1118 e unidade de recuperação de carbono 1124. Na modalidade ilustrada da Figura 11, o resfriador 1120 é opcional e uma unidade de enriquecimento de material 1122 está disposta entre o resfriador opcional 1120 e a unidade de recuperação de carbono 1124. Deve ser entendido que, em várias modalidades, a unidade de enriquecimento de material 1122 enriquece o material antes de continuar na unidade de recuperação de carbono separada 1124, que pode ou não enriquecer ainda mais o material. Em várias modalidades, um desaerador opcional 1104 e um secador opcional 1106 estão dispostos entre o sistema de alimentação de material 1102 e o reator de pirólise 1112. Na modalidade ilustrada, o reator de pirólise 1112 também inclui uma saída 1114 configurada para remover substâncias, tais como vapores condensáveis e gases não condensáveis e direcionar as substâncias removidas para a unidade de enriquecimento de material 1122.
[0193]Várias modalidades estendem o conceito de formação de carbono adicional incluindo uma unidade de enriquecimento de material separada 818, 1122 na qual o carbono resfriado é submetido a um ambiente incluindo espécies contendo carbono, para enriquecer o teor de carbono do produto final. Quando a temperatura dessa unidade está abaixo das temperaturas de pirólise, espera-se que o carbono adicional esteja na forma de espécies carbonadas adsorvidas, em vez de carbono fixo adicional.
[0194]Com referência agora à Figura 14, uma unidade de processamento de biomassa de único reator 1400 de uma modalidade é ilustrada. A unidade 1400 compreende uma tremonha 1404 na qual a matéria- prima 1402 é alimentada. A tremonha 1404 é opcionalmente configurada para permitir a adição e/ou mistura de efluente gasoso do reator (por exemplo, corrente de vapor 1414) e/ou aditivos e/ou gases de fontes externas 1462 para a matéria-prima 1402 antes de transportar a matéria-prima 1402 para o reator
1412. O carbono ativado 1426 é transportado mecanicamente através do reator
1412 antes de sair na extremidade oposta. Vapor, nitrogênio, dióxido de carbono ou uma combinação dos mesmos 1452 é introduzido no reator 1412 de uma maneira contracorrente em comparação com o caminho da biomassa. A corrente de vapor 1414 é removida pelo menos em parte do reator 1412 e é opcionalmente alimentada na tremonha 1404 e, em seguida, em um oxidante térmico 1424. O trocador de calor 1454 permite o calor das emissões do oxidante térmico para aquecer a corrente de gás 1458, que pode compreender nitrogênio e/ou dióxido de carbono. A corrente de gás 1458, ou uma porção da mesma, é reciclada através do caminho 1460 para o reator 1412 e/ou opcionalmente para a matéria-prima 1402 antes da entrada no reator 1412 (não mostrado). O efluente gasoso 1456 pode ser eliminado de acordo com métodos padrão, por exemplo, através de uma pilha.
[0195]Com referência agora à Figura 15, uma unidade de processamento de biomassa de dois reatores 1500 de uma modalidade é ilustrada. A unidade 1500 compreende uma primeira unidade de reator de multizonas 1512A, configurada de forma substancialmente semelhante à unidade de processamento 1400 descrita acima em relação à Figura 14. Nesta modalidade, no entanto, pelo menos uma porção do carbono ativado biogênico 1526A produzido pelo reator 1512A é alimentado em uma tremonha 1504 e, em seguida, no segundo reator 1512B através do caminho 1502. Pelo menos uma porção da corrente de vapor opcionalmente oxidada termicamente e opcionalmente ajustada 1560 produzida pelo primeiro reator 1512A, oxidante térmico 1524 e trocador de calor 1554 é alimentada em contracorrente para o segundo reator 1512B. Opcionalmente, pelo menos uma porção do efluente gasoso do segundo reator 1512B é reciclada através do caminho 1572 para aquecer indiretamente o segundo reator 1512B. Alternativamente, ou além disso, porções do efluente gasoso que não são recicladas como calor podem ser descartadas, por exemplo, por uma pilha, por meio do caminho 1556B. O produto de carbono ativado biogênico sai do segundo reator 1512B através do caminho 1526B.
[0196]Como será descrito em detalhes abaixo, há um grande número de opções para fluxos de entrada e saída intermediários (purga ou sonda) de uma ou mais fases presentes em qualquer reator particular, vários esquemas de reciclagem de massa e energia, vários aditivos que podem ser introduzidos em qualquer parte do processo, capacidade de ajuste das condições do processo, incluindo as condições de reação e separação, a fim de adaptar as distribuições do produto e assim por diante. Os fluxos de entrada e saída específicos da zona ou do reator permitem um bom monitoramento e controle do processo, como por meio de amostragem de FTIR e ajustes dinâmicos do processo.
[0197]A presente divulgação é diferente da pirólise rápida e é diferente da pirólise lenta convencional. Materiais de carbono de alta qualidade na presente divulgação, incluindo composições com altas frações de carbono fixo, podem ser obtidos a partir dos processos e sistemas divulgados.
[0198]Produtos de silício podem ser produzidos usando carbono poroso e alguma forma de dióxido de silício em um forno. Geralmente, o dióxido de silício que é introduzido nos fornos de produção de silício precisa ser relativamente grande (por exemplo, do tamanho de uma bola de tênis). Tanto a fumaça de sílica quanto o silício bruto (rocha de rio) só podem ser usados em um forno de produção de silício quando combinados em uma barra de carbono maior, que permitirá que o produto "afunde" no forno em direção aos eletrodos. A matéria-prima é basicamente rocha de rio. Existe um suprimento limitado de rocha de rio que é de pureza suficiente e de tamanho útil. São divulgadas aqui composições que superam esse problema.
[0199]Surpreendentemente, os inventores descobriram que: (1) as composições como aqui descritas permitem o uso de maior pureza e/ou fontes menores (e menos caras) de dióxido de silício do que até agora poderiam ser usadas em fornos de produção de silício, por exemplo, arco elétrico fornos e fornos de arco submerso; (2) a proximidade do carbono e dióxido de silício nas composições densificadas resulta em uma conversão mais eficiente para silício (portanto, a proximidade mais próxima alcançada através da densificação é um aspecto estrutural significativo); e (3) as composições, devido à sua maior pureza (maior pureza é um aspecto estrutural significativo), melhoram a qualidade geral de qualquer produto de silício final produzido usando as composições.
[0200]Entende-se que os exemplos e modalidades descrito no presente documentos são apenas para fins ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo da invenção reivindicada. É também entendido que várias modificações ou mudanças à luz dos exemplos e modalidades aqui descritas serão sugeridas para pessoas versadas na técnica e devem ser incluídas dentro do espírito e âmbito deste pedido e escopo das reivindicações anexas. Todas as publicações, patentes e pedidos de patentes citados no presente documento são incorporados por meio deste a título de referência em sua totalidade para todos os fins.
[0201]Todas as publicações, patentes e pedidos de patentes citados neste relatório descritivo são aqui incorporados por referência em sua totalidade, como se cada publicação, patente ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente apresentado no presente documento.
[0202]Quando os métodos e etapas descritos acima indicam certos eventos que ocorrem em certa ordem, aqueles versados na técnica reconhecerão que a ordenação de certas etapas pode ser modificada e que tais modificações estão de acordo com as variações da divulgação. Além disso, algumas das etapas podem ser executadas simultaneamente em um processo paralelo quando possível ou executadas sequencialmente.
[0203]Algumas variações da divulgação têm como premissa, pelo menos em parte, a descoberta de que múltiplos reatores ou multizonas dentro de um único reator podem ser projetados e operados de uma forma que otimiza o rendimento de carbono e a qualidade do produto da pirólise, enquanto mantém a flexibilidade e ajustabilidade para variações de matéria-prima e requisitos de produto.
[0204]A descrição acima não deve ser interpretada como limitante de nenhuma forma quanto às aplicações potenciais do carbono poroso biogênico. A injeção de carbono poroso biogênico em fluxos de gás pode ser útil para o controle de emissões de contaminantes em fluxos de gás ou fluxos líquidos derivados de usinas de carvão, usinas de biomassa, usinas de processamento de metal, refinarias de petróleo bruto, usinas químicas, usinas de polímero, fábricas de celulose e papel, fábricas de cimento, incineradores de resíduos, fábricas de processamento de alimentos, fábricas de gaseificação e fábricas de gás de síntese.
EXEMPLOS EXEMPLO 1. PREPARAÇÃO DO MÉTODO GERAL DE
[0205]Biomassa lenhosa (serragem de pinheiro vermelho) foi carregada em uma tremonha e transportada opcionalmente para um secador onde a umidade na madeira foi reduzida abaixo de 15% e a biomassa foi então transportada para um sistema de reator como descrito no presente documento, onde a biomassa foi aquecida a aproximadamente 650 graus Celsius por aproximadamente 30 minutos e ativado com um fluxo de gás composto principalmente de CO2 e H20. O carbono poroso foi então descarregado do reator e resfriado com N2 e H20 e transportado para um misturador onde 25% em peso de dióxido de silício foi introduzido e misturado com o carbono poroso por aproximadamente 5 minutos. A composição de carbono poroso biogênico de dióxido de silício misturado foi então transportada para uma extrusora onde foi extrudada em péletes de aproximadamente 0,64 centímetro x 2,5 centímetros (0,25 polegada x 1 polegada), que foram então enviadas para o secador e submetidas a secagem abaixo de aproximadamente 8 por cento de umidade.
[0206]Pelo anterior será entendido que várias modalidades da tecnologia divulgada foram descritas aqui para fins de ilustração, mas que várias modificações podem ser feitas sem se desviar da tecnologia. Consequentemente, a invenção não é limitada exceto pelas reivindicações anexas.
[0207]Para. A. Uma composição de reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, a mais cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o carbono total compreende carbono biogênico.
[0208]Para. B. Uma composição de reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, a mais cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio; e em que o carbono total compreende carbono biogênico.
[0209]Para. C. Uma composição de reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, a mais cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício está incluído na fumaça de sílica; e em que o carbono total compreende carbono biogênico.
[0210]Para. D. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono do Para. A, em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio.
[0211]Para. E. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono do Para. A, em que o dióxido de silício está compreendido na fumaça de sílica.
[0212]Para. F. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a E, compreendendo pelo menos cerca de 65% em peso de carbono total.
[0213]Para. G. A composição de reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a F, compreendendo pelo menos cerca de 70% em peso de carbono total.
[0214]Para. H. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a G, compreendendo pelo menos cerca de 95% em peso de carbono total.
[0215]Para. I. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a H, compreendendo pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício.
[0216]Para. J. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a J, compreendendo pelo menos cerca de 25% em peso de dióxido de silício.
[0217]Para. K. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a J, compreendendo pelo menos cerca de 1% em peso de dióxido de silício.
[0218]Para. L. A composição de reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a K, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono foi extrudada.
[0219]Para. M. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a L, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono foi densificada.
[0220]Para. N. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a M, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono está em formato de pélete.
[0221]Para. O. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a N, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono tem dimensões de pelo menos sobre 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) a no máximo cerca de 5,1 cm (2,0 pol.) por cerca de 15 cm (6,0 pol.).
[0222]Para. P. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a O, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pés3).
[0223]Para. Q. A composição do reagente biogênico de alto teor de carbono de qualquer um dos Paras. A a P, em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono tem um número de iodo de pelo menos cerca de 300.
[0224]Para. R. Uma composição de reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, a mais cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02%
em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio; em que o carbono total compreende carbono biogênico; e em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono foi densificada, é em forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pés3).
[0225]Para. S. Uma composição de reagente biogênico de alto teor de carbono que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, a mais cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está incluído na fumaça de sílica; em que o carbono total compreende carbono biogênico; e em que a composição de reagente biogênico de alto teor de carbono foi densificada, é em forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol.) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol.) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pé3).
[0226]Para. T. Um processo para a produção de um reagente biogênico com alto teor de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma matéria-prima contendo carbono que compreende biomassa seca; em uma zona de pré-aquecimento, pré-aquecimento da referida matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80 ºC a cerca de 500 ºC; em uma zona de pirólise, a pirólise da referida matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com uma temperatura de pirólise selecionada de cerca de 250 ºC a cerca de 700 ºC, para gerar sólidos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma parte dos referidos vapores condensáveis e pelo menos uma parte dos referidos gases não condensáveis dos referidos sólidos pirolisados quentes; numa zona de arrefecimento, o arrefecimento dos referidos sólidos pirolisados quentes, na presença do referido gás substancialmente inerte durante pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de arrefecimento inferior à referida temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolisados quentes; em um resfriador que é separado da referida zona de resfriamento, resfriar os referidos sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados frios; e recuperar um reagente biogênico de alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos referidos sólidos pirolisados frios; em que o processo compreende ainda a introdução de dióxido de silício no referido processo.
[0227]Para. U. O processo do Para. T, compreendendo ainda a secagem da dita matéria-prima para remover pelo menos uma porção de umidade, se houver, contida na dita matéria-prima antes do pré-aquecimento da dita matéria-prima.
[0228]Para. V. O processo do Para. T ou U, compreendendo ainda desaerar a referida matéria-prima para remover pelo menos uma porção de oxigênio molecular, se houver, contido na dita matéria-prima antes de pré- aquecer a dita matéria-prima.
[0229]Para. W. O processo de qualquer um dos Paras. T a V, em que a introdução de dióxido de silício compreende a introdução de fumaça de sílica.
[0230]Para X. O processo de qualquer um dos Paras. T a W, em que a introdução de dióxido de silício compreende a introdução de rocha de rio.
[0231]Para. Y. O processo de qualquer um dos Paras. T a X, compreendendo ainda densificação.
[0232]Para. Z. O processo de qualquer um dos Paras. T a Y, compreendendo ainda a prensagem, ligação, peletização, extrusão ou aglomeração do reagente biogênico de alto teor de carbono.
Claims (26)
1.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o carbono total compreende carbono biogênico.
2.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio; e em que o carbono total compreende carbono biogênico.
3.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono
CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo 5% em peso de hidrogênio, no máximo 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e dióxido de silício; em que o dióxido de silício está incluído na fumaça de sílica; e em que o carbono total compreende carbono biogênico.
4.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio.
5.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dióxido de silício está compreendido na fumaça de sílica.
6.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 65% em peso de carbono total.
7.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 70% em peso de carbono total.
8.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 95% em peso de carbono total.
9.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício.
10.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 25% em peso de dióxido de silício.
11.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos cerca de 1% em peso de dióxido de silício.
12.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono foi extrudada.
13.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono foi densificada.
14.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono está sob a forma de pélete.
15.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono tem dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol) a no máximo cerca de 5,1 cm (2,0 pol) por cerca de 15 cm (6,0 pol).
16.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pé3).
17.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono tem um número de iodo de pelo menos cerca de 300.
18.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio, no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está compreendido na rocha do rio; em que o carbono total compreende carbono biogênico; e em que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono foi densificada, está sob a forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pé3).
19.Composição de reagente biogênico com alto teor de carbono CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em base seca: pelo menos cerca de 50% em peso de carbono total, no máximo cerca de 5% em peso de hidrogênio, no máximo cerca de 1% em peso de nitrogênio,
no máximo cerca de 0,5% em peso de fósforo, no máximo cerca de 0,2% em peso de enxofre, no máximo cerca de 0,02% em peso de titânio, no máximo cerca de 0,5% de cálcio, no máximo cerca de 0,1% de alumínio e pelo menos cerca de 15% em peso de dióxido de silício; em que o dióxido de silício está incluído na fumaça de sílica; em que o carbono total compreende carbono biogênico; e em que a composição de reagente biogênico com alto teor de carbono foi densificada, está sob a forma de pélete com dimensões de pelo menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol) por cerca de 2,5 cm (1,0 pol) e tem uma densidade aparente de cerca de 560 a cerca de 720 kg/m3 (35 a 45 lb/pé3).
20.Processo para a produção de um reagente biogênico com alto teor de carbono, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito processo compreende: fornecer uma matéria-prima contendo carbono compreendendo biomassa seca; em uma zona de pré-aquecimento, pré-aquecer a dita matéria-prima na pre- sença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 5 minutos e com uma temperatura de pré-aquecimento selecionada de cerca de 80 °C a cerca de 500 °C; em uma zona de pirólise, pirolisar a dita matéria-prima na presença de um gás substancialmente inerte por pelo menos cerca de 10 minutos e com uma tempe- ratura de pirólise selecionada de cerca de 250 °C a cerca de 700 °C, para gerar sóli- dos pirolisados quentes, vapores condensáveis e gases não condensáveis; separar pelo menos uma porção dos ditos vapores condensáveis e pelo me- nos uma porção dos ditos gases não condensáveis provenientes dos ditos sólidos pirolisados quentes;
em uma zona de resfriamento, resfriar os ditos sólidos pirolisados quentes, na presença do dito gás substancialmente inerte durante pelo menos cerca de 5 mi- nutos e com uma temperatura de resfriamento inferior à dita temperatura de pirólise, para gerar sólidos pirolisados quentes; em um refrigerador que é separado da dita zona de resfriamento, resfriar os ditos sólidos pirolisados quentes para gerar sólidos pirolisados frios; e recuperar um reagente biogênico com alto teor de carbono compreendendo pelo menos uma porção dos ditos sólidos pirolisados frios; em que o processo compreende ainda a introdução de dióxido de silício no dito processo.
21.Processo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fa- to de que compreende ainda a secagem da dita matéria-prima para remover pelo menos uma porção de umidade, se houver, contida na dita matéria-prima antes do pré-aquecimento da dita matéria-prima.
22.Processo, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda desaerar a dita matéria-prima para remover pelo menos uma porção do oxigênio molecular, se houver, contida com a dita matéria- prima antes de pré-aquecer a dita matéria-prima.
23.Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 22, CARACTERIZADO pelo fato de que a introdução de dióxido de silício compreende a introdução de fumaça de sílica.
24.Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de que a introdução de dióxido de silício compreende a introdução de rocha de rio.
25.Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda densificação.
26.Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 25,
CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda prensar, ligar, peletizar, ex- trudar ou aglomerar o reagente biogênico com alto teor de carbono.
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