BR112021010385A2 - Método para gaseificar uma matéria-prima carbonácea - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA GASEIFICAR UMA
MATÉRIA-PRIMA CARBONÁCEA. A presente invenção refere-se a um método e um
reator para a gasificação de uma matéria-prima carbonácea. O método
inclui as etapas de alimentação por estrangulamento de uma matéria-prima
carbonácea em uma zona de pirólise do reator para formar um leito de
descarga; aquecimento do leito de descarga para iniciar a pirólise da
matéria-prima para formar um produto de pirólise; provisão de uma área
inferior de zona de oxidação superior; gaseificação do produto de
pirólise para formar um leito de carvão; conversão de energia térmica em
energia química em uma zona de redução superior; provisão de uma área
inferior de zona de oxidação inferior; coleta de qualquer escória de
metal e/ou escória fundida na zona de oxidação inferior e descarga de
gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC e
uma razão de CO/CO2 maior ou igual a 5, mais preferivelmente maior ou
igual a 15.
Description
Relatório Descritivo de Patente de Invenção MÉTODO PARA GASEIFICAR UMA MATÉRIA-PRIMA CARBONÁCEA Campo da Invenção
[0001] A presente invenção refere-se a um método e um reator para a gaseificação e/ou fusão de substâncias. Em particular, a invenção refere-se à recuperação de material e/ou energia de qualquer resíduo, por exemplo, mas não exclusivamente, resíduos domésticos, pneus usados, resíduos domésticos, amianto, resíduos hospitalares, carvão ou pó de carvão. O reator e o método também são adequados para a gaseificação e fusão de materiais de alimentação de qualquer composição ou para a geração de energia através do uso de resíduos e/ou carvão. Antecedentes da Invenção
[0002] Já há algum tempo, soluções têm sido procuradas para o descarte térmico de vários tipos de resíduos e outros materiais. Além dos processos de combustão, vários processos de gaseificação são conhecidos, cujo principal objetivo é obter resultados com uma baixa carga poluente no meio ambiente e reduzir o custo do tratamento dos materiais de alimentação, mas também os gases produzidos no processo. No entanto, os processos conhecidos são caracterizados por uma tecnologia complexa que é difícil de controlar e os altos custos de descarte associados para o material de alimentação ou resíduo a ser tratado.
[0003] Por exemplo, o documento EP 1 261 827 B1 revela um reator para a gaseificação e/ou fusão de materiais de alimentação. Este reator não segue a abordagem do processo de gás circulante frequentemente usado anteriormente. Em contraste, o reator revelado opera de acordo com o princípio co-corrente. A eliminação completa de gerenciamento do gás de recirculação convencional evita que muitos dos problemas associados com a condensação dos produtos de pirólise e a formação de depósitos indesejados. Além disso, o documento EP 1 261 827 B1 revela que já na parte superior do reator uma conglomeração parcial dos materiais de alimentação ocorre devido ao aquecimento semelhante a choque do material a granel (coluna a granel), pelo que aderências à parede interna do reator são amplamente excluídas. No documento EP 1 261 827 B1, é revelado que uma seção de redução é formada entre dois meios de injeção através dos quais todos os gases fluem antes da extração, dessa forma, reduzindo-os em grande medida.
[0004] Embora o reator revelado no documento EP 1 261 827 B1 reduza amplamente os materiais de alimentação, o gás descarregado do reator não pode ser usado sem aquecimento adicional para o uso nos reatores metalúrgicos para a redução da fusão devido às temperaturas de saída do reator. Sumário da invenção
[0005] Consequentemente, é um objetivo da presente invenção prover um novo reator para e método de gaseificação e/ou fusão de substâncias que supera, pelo menos parcialmente, as desvantagens mencionadas acima e/ou que será uma alternativa útil para vetores existentes para e métodos de gaseificação e/ou fusão de substâncias. Breve Descrição das Figuras
[0006] A Figura 1 mostra uma vista em seção transversal simplificada de um reator de acordo com a invenção.
[0007] A Figura 2 mostra um corte de uma vista em seção transversal simplificada do reator de acordo com a invenção com duas seções de revestimento e conexões macho e fêmea.
[0008] A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva do painel resfriado a água circunferencial, que pode ser colocado entre duas seções de revestimento e na área da conexão macho e fêmea. Descrição Detalhada da Invenção
[0009] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método de gaseificação de uma matéria-prima carbonácea para gerar gases redutores quentes usando um reator, o método incluindo as etapas de:
- alimentação de uma matéria-prima carbonácea por meio de uma calha para formar um leito de descarga em uma zona de pirólise do reator; - aquecimento do leito de descarga na zona de pirólise para iniciar a pirólise na matéria-prima carbonácea e para formar um produto de pirólise; - provisão de uma área inferior de uma zona de oxidação superior a quente no reator pelo fornecimento de uma fonte de oxigênio em uma temperatura de pelo menos 800 ºC para o reator em um local abaixo da zona de pirólise; - gaseificação do produto de pirólise e matéria-prima carbonácea não pirolisada restante, se permanecer algum, na zona de oxidação superior a quente para formar um leito de carvão em uma zona de redução superior, a zona de redução superior sendo localizada abaixo da zona de oxidação superior a quente; - conversão da energia térmica em energia química na zona de redução superior; - provisão de uma área inferior de uma zona de oxidação inferior a quente no reator pelo fornecimento de uma fonte de oxigênio em uma temperatura de pelo menos 800 ºC para o reator em um local abaixo de uma zona de redução inferior do reator; - coleta de qualquer metal e/ou escória fundida presente na zona de oxidação inferior; - remoção do metal e/ou escória fundida presente na zona de oxidação inferior e; - descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC e uma razão CO/CO2 de ≥ 5 que foi gerada na zona de redução superior através de uma saída de gás localizada em uma seção da saída de gás do reator, a seção da saída de gás sendo localizada entre a zona de redução superior e a zona de redução inferior do reator.
[0010] A fonte de oxigênio pode ser ar ou oxigênio puro.
[0011] O metal e/ou escória fundida presente na zona de oxidação inferior pode ser removido da zona de oxidação inferior pelo derramamento do metal e/ou escória fundida.
[0012] É previsto que os gases redutores quentes, que estão sendo descarregados, tenham uma razão CO/CO2 ≥ 15.
[0013] O método pode incluir a etapa adicional de provisão de gases quentes (por exemplo, ar preaquecido ou gases de combustão, que são fornecidos por meio de queimadores ou bicos) para a zona de pirólise para iniciar a pirólise na matéria-prima carbonácea e para formar o produto de pirólise.
[0014] É previsto que o aquecimento do leito de descarga na zona de pirólise seja feito gradualmente até uma temperatura de pelo menos 700 ºC, a temperatura sendo aumentada gradualmente até impedir quebra da matéria- prima carbonácea e do produto de pirólise. Vantajosamente, isto impede a formação de matéria-prima carbonácea fina ou em pó, produto de pirólise e carvão o que pode sufocar o reator. Portanto, o método e reator podem ser operados em uma pressão menor do que um caso em que a matéria-prima carbonácea fina ou em pó, produto de pirólise e carvão são formados. Como um exemplo, o método e reator podem ser implementados e/ou operados em uma pressão de 50 kPa.
[0015] A taxa de fluxo volumétrico dos gases quentes pode ser controlada para aquecer o leito de descarga na zona de pirólise gradualmente.
[0016] O método pode incluir a etapa adicional de secagem da matéria-prima carbonácea antes da alimentação por estrangulamento da matéria-prima carbonácea para o reator.
[0017] A taxa de fluxo volumétrico da fonte de oxigênio para a zona de oxidação inferior pode ser controlada para prevenir o acúmulo de partículas finas de carvão na zona de oxidação inferior. Para aumentar a taxa de consumo das partículas finas de carvão na zona de oxidação inferior, a taxa de fluxo volumétrico da fonte de oxigênio para a zona de oxidação inferior pode ser aumentada.
[0018] O método pode incluir ainda a etapa de preaquecimento e pré-secagem da matéria-prima carbonácea em uma zona tampão do reator, a zona tampão sendo localizada acima da zona de pirólise do reator.
[0019] Ao alimentar a matéria-prima carbonácea na zona de pirólise, um leito de descarga tendo um cone de descarga pode ser formado e a seção transversal da zona de pirólise pode ser ampliada com relação à seção transversal da zona tampão.
[0020] É previsto que o método inclua a etapa adicional de pirólise e secagem da matéria-prima carbonácea em uma zona intermediária do reator, a zona intermediária sendo localizada abaixo da zona de pirólise.
[0021] O método pode incluir ainda a etapa adicional de descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC que foram gerados em uma seção co-corrente do reator a partir da pelo menos uma saída de gás do reator, a seção co-corrente pode compreender: - Uma zona plena do reator, a zona plena compreendendo: o a zona de alimentação do reator; o a zona tampão do reator; o a zona de pirólise do reator e; o a zona intermediária do reator; - A zona de oxidação superior do reator e; - A zona de redução superior.
[0022] É previsto que o método inclua a etapa de descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC que foi gerada em uma seção contracorrente do reator através da saída de gás localizada na seção da saída de gás do reator, a seção contracorrente pode compreender a zona de oxidação inferior e zona de redução inferior do reator.
[0023] A razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior e o volume da zona plena pode ser uma razão de unidades de volume 1:N, em que 4 ≤ N ≤ 20.
[0024] A razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior e o volume total da zona de redução superior e o volume da zona plena pode ser uma razão de unidades de volume 1:N, em que 7 ≤ N ≤ 25.
[0025] A razão de volume entre o volume da seção contracorrente e o volume total do reator pode ser uma razão de unidades de volume 1:N, em que 1 ≤ N ≤
10.
[0026] Ao fornecer oxigênio quente e/ou ar a pelo menos 800 ºC abaixo da zona intermediária, uma zona de oxidação superior a quente é criada tendo uma temperatura acima de 1800 ºC em uma área particular do revestimento e temperaturas entre 2000 ºC e 4000 ºC no leito. Os produtos de pirólise e partes da matéria-prima queimam, quebram e/ou fundem nesta zona de oxidação superior a quente, após o que ocorre a coqueificação adicional da matéria- prima ainda não convertida. Na zona de redução superior subsequente, energia térmica é a seguir convertida em energia química. A conversão de energia química em energia térmica é parcialmente alcançada pela redução de CO 2 em CO. Aqui, a razão do volume de gás CO/CO2 na saída de gás pode ser maior do que 10 ou ainda maior do que 15. Por exemplo, a razão do volume de gás CO/CO2 pode estar entre 10 e 1000, 15 e 10000 e ainda entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO2).
[0027] O gás pode fluir na seção co-corrente da zona de alimentação até a saída de gás em co-corrente.
[0028] Uma zona quente tendo temperaturas entre 1800 ºC e 4000 ºC também pode ser criada na zona de oxidação inferior cônica provendo pelo menos oxigênio e/ou ar quente a 1000 ºC. Metal e/ou escória fundida também pode ser coletado nesta zona de oxidação inferior a quente disposta na parte inferior. Esta escória fundida e/ou metais fundidos podem ser reduzidos por meio do derramamento (por exemplo em moldes) ou esgotamento contínuo (por exemplo até uma granulação de escória) como exigido. Na zona de oxidação inferior cônica e na zona de redução inferior cônica, gases quentes tendo uma temperatura acima de 1000 ºC e de até 2000 ºC também podem ser gerados os quais fluem para cima (em contracorrente) na direção da saída de gás. A energia térmica também pode ser convertida em energia química na zona de redução inferior, em parte pela redução de CO2 em CO. Isto assegura que a razão CO/CO2 do volume de gás seja maior do que 10 ou ainda maior do que 15 quando a saída de gás é alcançada. Por exemplo, a razão CO/CO 2 do volume de gás está entre 10 e 1000, preferivelmente entre 15 e 10000 e em particular preferivelmente entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO 2). Os gases da seção co-corrente (do topo para o fundo) e os gases da seção contracorrente (do fundo para o topo) são descarregados da seção da saída de gás através de pelo menos uma saída de gás. Os gases da seção co-corrente e os gases da seção contracorrente têm temperaturas entre 1500 ºC e 1750 ºC, preferivelmente entre 1600 ºC e 1750 ºC.
[0029] As etapas do método essenciais para a invenção podem ser ainda vantajosamente desenvolvidas exaurindo os gases produzidos na seção co- corrente e os gases produzidos na seção contracorrente por sucção. Para este propósito, meios de sucção do gás podem ser usados. A sucção pode criar uma pressão negativa no reator. O uso de pressão negativa no reator pode permitir a manutenção do reator durante a operação, desde que o as possa ser sugado quando o gaseificador estiver aberto, mas nenhum gás pode escapar.
[0030] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um reator para o uso em um método de gaseificação de uma matéria-prima carbonácea, o reator compreendendo: - uma seção co-corrente compreendendo: o uma zona plena compreendendo: uma zona de alimentação com uma calha, em que materiais de alimentação são introduzidos dentro do reator a partir de cima por meio da zona de alimentação; uma zona tampão; uma zona de pirólise revestida com material refratário adjacente ao fundo da zona tampão enquanto provê uma ampliação transversal e; uma zona intermediária revestida com material refratário adjacente ao fundo da zona de pirólise; o uma zona de oxidação superior revestida com material refratário adjacente ao fundo da zona intermediária e compreende tubeiras em pelo menos um plano e; o uma zona de redução superior revestida com material refratário adjacente ao fundo da zona de oxidação superior; - uma seção da saída de gás revestida com material refratário compreendendo pelo menos uma saída de gás e; - uma seção contracorrente revestida com material refratário compreendendo: o uma zona de redução inferior cônica adjacente à dita seção da saída de gás e; o uma zona de oxidação inferior cônica adjacente à zona de redução inferior cônica e compreendendo pelo menos uma tubeira e um derramamento, em que a razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior revestida com material refratário e o volume da zona plena é uma razão de unidades de volume 1:N, em que 4 ≤ N ≤ 20.
[0031] A razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior revestida com material refratário e o volume total do volume da zona de redução superior revestida com material refratário e o volume da zona plena pode ser uma razão de unidades de volume 1:N, em que 7 ≤ N ≤ 25.
[0032] A razão de volume entre o volume da seção contracorrente revestida com material refratário e o volume total do reator pode ser uma razão de unidades de volume 1:N, em que 1 ≤ N ≤ 10.
[0033] É previsto que pelo menos uma porção revestida com material refratário do reator consista em pelo menos duas seções de revestimento uma acima da outra, em que uma conexão macho e fêmea é formada entre as seções de revestimento dispostas uma acima da outra, em que uma das seções de revestimento tem a conexão fêmea no lado voltado para o reator interior e a outra seção de revestimento tem a conexão macho no lado voltado para o reator interior, em que a conexão macho e fêmea tem uma abertura de lacuna dependente da temperatura entre a conexão fêmea e a conexão macho.
[0034] Um painel resfriado a água circunferencial pode ser disposto entre as pelo menos duas seções de revestimento.
[0035] A seção de revestimento superior pode ter a conexão fêmea e a seção de revestimento inferior pode ter a conexão macho.
[0036] As pelo menos duas seções de revestimento podem ter um revestimento interno refratário e um revestimento externo envolvendo o revestimento interno refratário.
[0037] O revestimento interno refratário pode ser um revestimento feito de tijolos refratários ou um revestimento monolítico.
[0038] O painel resfriado a água circunferencial pode consistir em aço preto ou inoxidável.
[0039] As tubeiras da zona de oxidação superior revestida com material refratário e/ou zona de oxidação inferior cônica revestida com material refratário podem consistir em cerâmica.
[0040] Em uma realização alternativa, as tubeiras da zona de oxidação superior revestida com material refratário e/ou zona de oxidação inferior cônica revestida com material refratário podem consistir em cobre ou aço, em que um tubo de cerâmica interno está disposto em cada uma das tubeiras, e em que uma camada resistente à temperatura e compressível é disposta entre o tubo interno de cerâmica e a respectiva tubeira.
[0041] A zona de oxidação superior revestida com material refratário pode ter um ângulo de cone entre 5° e 30°.
[0042] A zona de redução superior revestida com material refratário pode ser disposta acima da seção da saída de gás revestida com material refratário de modo que a seção da saída de gás revestida com material refratário se una ao fundo da zona de redução superior revestida com material refratário enquanto provê uma ampliação transversal.
[0043] Uma porção da zona de redução superior revestida com material refratário pode ser disposta na seção da saída de gás revestida com material refratário e a seção da saída de gás revestida com material refratário pode ter uma ampliação transversal com relação à zona de redução superior revestida com material refratário.
[0044] A zona de redução inferior cônica revestida com material refratário e a zona de oxidação inferior cônica revestida com material refratário pode ter um ângulo de cone entre 50° e 70°.
[0045] Um meio de abastecimento de gás pode ser disposto na região da ampliação transversal da zona de pirólise revestida com material refratário.
[0046] As tubeiras da zona de oxidação superior revestida com material refratário podem ser dispostas em uma pluralidade de planos.
[0047] É previsto que pelo menos uma tubeira adicional seja disposta em um plano adicional da zona de redução inferior cônica revestida com material refratário ou uma tubeira adicional seja disposta em um plano adicional da zona de redução inferior cônica revestida com material refratário e pelo menos uma tubeira adicional seja disposta na zona de redução superior revestida com material refratário.
[0048] Pelo menos uma tubeira adicional pode ser disposta em um plano adicional da zona de oxidação inferior cônica revestida com material refratário.
[0049] A fim de que gases quentes com temperaturas maiores do que 1500 ºC, por exemplo, entre 1600 ºC e 1750 ºC, possam ser descarregados da saída de gás, é previsto que o reator seja projetado de tal maneira que temperaturas acima de 1800 ºC na área periférica do material a granel (ou o leito) e entre 2000 ºC e 4000 ºC no centro do material a granel (ou o leito) possam ser alcançadas pelo menos na zona de oxidação superior revestida com material refratário. Estas altas temperaturas fazem com que o revestimento refratário (por exemplo, revestimento do tijolo) se expanda axialmente, tangencialmente e radialmente até 20 mm pelo medidor do revestimento, criando tensões no revestimento que por sua vez afetam a camada de aço externa do reator em uma direção radial.
[0050] A fim de que a estabilidade do reator não seja prejudicada por estas altas temperaturas e as tensões resultantes no revestimento, é previsto, de acordo com a invenção, que pelo menos uma porção revestida com material refratário do reator consista em pelo menos duas seções de revestimento uma acima da outra. Pelo menos uma porção revestida com material refratário pode ser a zona de pirólise revestida com material refratário, a zona tampão revestida com material refratário, a zona de oxidação superior revestida com material refratário, a zona de redução superior revestida com material refratário, a seção da saída de gás revestida com material refratário, a seção contracorrente revestida com material refratário, ou uma combinação destes.
[0051] Aqui, pode ser concebido que o revestimento refratário do reator tenha uma seção de revestimento adicional a cada 2 a 4 metros de altura.
[0052] Para reatores que têm uma temperatura da saída de gás de 1500 ºC a 1600 ºC, pode-se prever que o revestimento refratário tenha uma seção de revestimento adicional a cada 3 a 4 metros de altura. Para reatores que tenham uma temperatura da saída de gás de 1600 ºC e 1750 ºC, pode-se prever que o revestimento refratário tenha uma seção de revestimento adicional a cada 2 a 3 metros de altura.
[0053] Visto que temperaturas particularmente altas (temperaturas entre 1800 ºC e 4000 ºC) sejam geradas na zona de oxidação superior revestida e na zona de oxidação inferior revestida, pode-se prever que as seções de revestimento dispostas uma acima da outra sejam dispostas de tal maneira que exatamente uma seção de revestimento está disposta em cada uma da zona de oxidação superior revestida e da zona de oxidação inferior revestida. Além disso, pode- se prever que uma seção de revestimento adicional seja disposta abaixo e acima das zonas de oxidação. Isso assegura que as zonas de oxidação a quente, cada uma, sejam compostas somente de uma seção de revestimento, em que cada uma das seções de revestimento pode expandir na direção da respectiva seção de revestimento adicional, tal que nestas zonas não há qualquer necessidade de painéis adicionais ou outras fixações, que possam ser danificadas nestas altas temperaturas.
[0054] A fim de que nenhum gás quente ou altas temperaturas continuem a escapar para fora por meio da região entre as pelo menos duas seções de revestimento, também deve ser previsto que uma conexão macho e fêmea seja formada entre as seções de revestimento refratário dispostas uma acima da outra, em que uma das seções de revestimento refratário tem a conexão fêmea no lado voltado para o reator interior e a outra seção de revestimento tem a conexão macho no lado voltado para o reator interior. A conexão macho e fêmea é projetada de tal maneira que mesmo quando o reator está parado, a conexão macho na conexão fêmea está disposta de uma forma de bloqueio positivo, pelo que a parede externa vertical da conexão macho é conectada à parede vertical da conexão fêmea, mas uma abertura de lacuna vertical permanece entre a conexão fêmea e a conexão macho. Esta é uma vantagem em assegurar que, apesar da abertura de lacuna, nenhum gás possa escapar durante a partida ou alto aquecimento do reator. Além disso, pode-se prever que a abertura de lacuna entre a conexão fêmea e a conexão macho seja uma abertura de lacuna dependente da temperatura. A abertura de lacuna dependente da temperatura entre a conexão fêmea e a conexão macho pode ser, por exemplo, 50 mm. Como descrito acima, o revestimento pode expandir em altas temperaturas, onde a conexão macho pode expandir para a conexão fêmea devido à conexão macho e fêmea.
[0055] Além disso, é previsto que um painel resfriado a água circunferencial para a retenção do revestimento refratário e estabilização do revestimento durante o aquecimento e resfriamento do reator seja disposto entre as pelo menos duas seções de revestimento uma acima da outra. Este painel resfriado a água circunferencial pode ser produzido pela inclinação de tubos cilíndricos ocos com seções transversais quadradas ou retangulares sem costuras de solda. Pode ser previsto aqui vantajosamente que o painel resfriado a água tenha um alto fluxo de calor, que seja alcançado por velocidades de fluxo da água para resfriamento de 2 m/s a 25 m/s, o que é fornecido por meio de flanges de conexão. Estas altas velocidades de fluxo da água para resfriamento são vantajosas para a manutenção da estabilidade térmica e mecânica do painel circunferencial quando ele está disposto em áreas com altas temperaturas (> 1500 ºC).
[0056] A disposição descrita acima de pelo menos duas seções de revestimento refratário de conexão macho e fêmea sobrepostas e um painel resfriado a água circunferencial podem ser dispostos na seção co-corrente e/ou na seção da saída de gás e/ou na seção contracorrente. Cada seção também pode ter várias disposições de duas seções de revestimento refratário, dispostas uma acima da outra, com conexão macho e fêmea e painel resfriado a água circunferencial.
[0057] A seção co-corrente do reator de acordo com a invenção compreende uma zona plena parcialmente revestida, uma zona de oxidação superior revestida, e uma zona de redução superior revestida.
[0058] A zona plena parcialmente revestida compreende uma zona de alimentação com pelo menos uma calha, uma zona tampão, uma zona de pirólise revestida, e uma zona intermediária revestida.
[0059] Por meio da zona de alimentação com a calha, materiais de alimentação tais como resíduos, resíduos tóxicos ou biológicos, água, pneus usados, biomassa, madeira, carvão, resíduos de retalhamento automotivo, agregados ou os similares podem ser alimentados para o reator de cima. A calha assegura que a entrada descontrolada de ar ambiente e a descarga de gases do reator são evitados sempre que possível. Espera-se que as calhas possam ter escotilhas hidráulicas, pneumáticas ou elétricas. Estas escotilhas podem ser preferivelmente projetadas de tal maneira que as escotilhas sejam adicionalmente fechadas no caso de sobrepressão não intencional no reator e nenhum gás possa escapar não intencionalmente.
[0060] A zona plena também inclui uma zona tampão para tamponar e pré- secar o volume do material de alimentação. A temperatura da zona tampão é preferivelmente ajustável. Por exemplo, uma temperatura ajustada de aprox. 100 ºC a 200 ºC pode ser provida para a pré-secagem do resíduo.
[0061] Além disso, uma zona de pirólise revestida com material refratário é provida na zona plena, que é conectada ao fundo da zona tampão pela criação de uma ampliação transversal sendo preferivelmente abrupta. Preferivelmente, a seção transversal aumenta pelo menos duas vezes. A ampliação transversal assegura que a velocidade de afundamento dos materiais de alimentação seja reduzida e que uma área de descarga em forma de cone (cone de descarga) feita de material a granel se forme dentro do espaço de gás do reator. O cone de descarga é fornecido centralmente com os materiais de alimentação pré- secos (a partir da zona tampão).
[0062] Gases quentes (por exemplo, gases de combustão, gases em excesso temporariamente armazenados ou recirculados ou gases de combustão inertes providos pela combustão) podem ser fornecidos para o cone de descarga na zona de pirólise revestida com material refratário por meio de queimadores, bicos, aberturas na parede ou outros dispositivos. O leito recebe choque de calor pelos gases quentes na superfície, pelo que a adesão dos materiais de alimentação com o revestimento (por exemplo, revestimento do tijolo ou revestimento do concreto refratário) é impedida sempre que possível. O aquecimento por choque de calor pode ser alcançado, por exemplo, por meio de queimadores direcionados radialmente no leito. Alternativa ou adicionalmente, o aquecimento por choque de calor também pode ser alcançado por meio de um canal em forma de anel no qual uma chama gira. Esta rotação pode ser alcançada construtivamente soprando o gás quente tangencialmente ao cone de descarga e queimando-o.
[0063] A zona plena também inclui uma zona intermediária revestida com material refratário, localizada abaixo e adjacente à zona de pirólise revestida com material refratário. Na zona intermediária, o calor da zona de pirólise e o calor residual da zona de oxidação superior revestida com material refratário abaixo são usados para a secagem final e pirólise completa dos materiais de alimentação. Pode ser vantajosamente previsto que a zona intermediária compreenda uma camada de aço revestida (por exemplo, tijolo revestido ou concreto refratário revestido), em que o revestimento pode ser de uma espessura similar àquele de outras zonas. Esta realização simplifica a colocação em serviço (partida) do reator, visto que altas temperaturas também podem ocorrer na zona intermediária. Pode ser vantajoso prover uma seção transversal estreitada na área inferior da zona intermediária, que muda a taxa na qual o material de alimentação afunda.
[0064] Abaixo da zona intermediária revestida com material refratário na seção co-corrente revestida com material refratário zonalmente, há uma zona de oxidação superior revestida na qual tubeiras são dispostas. Estas tubeiras são dispostas em pelo menos um nível (altura ou distância vertical do fundo do reator). Visto que o reator, como descrito acima, tem um painel resfriado a água circunferencial e duas seções de revestimento uma acima da outra e tendo conexão macho e fêmea, a temperatura na zona de oxidação superior na região de revestimento refratário pode ser aumentada até mais do que 1800 ºC e a temperatura em um centro de material a granel (leito) pode ser aumentada até um valor entre 2000 ºC e 4000 ºC por prover oxigênio e/ou ar quente a, pelo menos, 1000 ºC sem comprometer a estabilidade do reator.
[0065] Todos os materiais podem ser convertidos em um gás inorgânico tal como monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), água (H2O), dióxido de carbono (CO2), sulfeto de hidrogênio (H2S), amônia (NH3), dióxido de nitrogênio (NO2) ou dióxido de enxofre (SO2), metal líquido ou escória líquida, coque ou carbono (C) por estas temperaturas quentes.
[0066] Abaixo da zona de oxidação superior, uma zona de redução superior revestida está disposta na seção co-corrente revestida, na qual essencialmente nenhum componente orgânico entra.
[0067] Pode ser previsto vantajosamente que a zona de redução superior revestida tenha uma ampliação transversal comparado com a zona de oxidação superior, que muda a velocidade de afundamento dos materiais de alimentação e aumenta o tempo de permanência no mesmo nível. Na zona de redução superior revestida, o gás flui através do leito fixo coqueificado em co- corrente e a energia térmica é convertida em energia química, produzindo monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2). Em particular, dióxido de carbono (CO2) é convertido em monóxido de carbono (CO) e água (H2O) em hidrogênio (H2), pelo que o carbono ainda contido no leito é ainda gaseificado. A redução de CO2 em CO pode ser alcançada no reator de tal maneira que a razão CO/CO2 do volume de gás é maior do que 10 ou ainda maior do que 15. Por exemplo, a razão CO/CO2 do volume de gás está entre 10 e 1000, preferivelmente entre 15 e 10000 e em particular preferivelmente entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO2).
[0068] À medida que eles passam através da zona de redução superior, os gases são simultaneamente resfriados, por exemplo, até temperaturas entre aprox. 1000 ºC e aprox. 1600 ºC. Visto que todo material flui, necessariamente flui através da zona de oxidação superior e não pode ser retornado, não há mais qualquer contato com os materiais não reagidos acima da zona de oxidação após eles terem passado através da zona de redução superior. Desta maneira, todas as substâncias exclusivamente inorgânicas, cuidadosamente rachadas e/ou fundidas, alcançam a seção da saída de gás sem uma nova contaminação.
[0069] Visto que todo material flui, necessariamente flui através da zona de oxidação superior e não pode ser retornado, não há mais qualquer contato com os materiais não reagidos acima da zona de oxidação após eles terem passado através da zona de redução superior. Desta maneira, todas as substâncias exclusivamente inorgânicas, cuidadosamente rachadas e/ou fundidas alcançam a seção da saída de gás sem uma nova contaminação na seção da saída de gás revestida. Os gases da zona de oxidação superior são resfriados à medida que eles passam através da zona de redução superior revestida. Pode-se prever que os gases produzidos na zona de oxidação superior revestida sejam tão quentes que a passagem através da zona de redução superior leva a um resfriamento até uma temperatura entre 1500 ºC e 1750 ºC, em que após o resfriamento estes gases quentes alcançam a saída de gás.
[0070] É previsto que a seção da saída de gás compreende pelo menos uma saída de gás. Também é concebível que várias (por exemplo, quatro) saídas de gás sejam dispostas em todos os lugares, preferivelmente distribuídas radialmente.
[0071] Abaixo da seção da saída de gás revestida, há uma seção contracorrente revestida substancialmente cônica. Esta compreende uma zona de redução inferior cônica para converter a energia térmica do gás da zona de oxidação inferior cônica em energia química (principalmente CO) e para gerar a contracorrente. Esta zona de redução inferior cônica é conectada à seção da saída de gás revestida. Abaixo da zona de redução inferior cônica, uma zona de oxidação inferior cônica é disposta com a ponta de corte do cone apontando para baixo. Na zona de oxidação inferior cônica, o material coqueificado residual é convertido em gás. Na zona de oxidação inferior cônica pelo menos uma tubeira está disposta em pelo menos um plano, por meio do qual ar quente e/ou oxigênio a pelo menos 1000 ºC podem ser introduzidos, o que por sua vez cause temperaturas entre 1800 ºC e 4000 ºC no leito da zona de oxidação inferior. Essas altas temperaturas permitem que a escória e os metais vazem na forma líquida por meio de pelo menos um derramamento para coleta e descarga.
[0072] O gás gerado flui em contracorrente através da zona de redução inferior cônica até a seção da saída de gás, onde os gases resfriam até temperaturas entre aprox. 1500 ºC e aprox. 1750 ºC. Aqui, pode ser previsto que os gases gerados na zona de oxidação inferior sejam tão quentes que a passagem através da zona de redução inferior leva ao resfriamento dos gases até uma temperatura entre 1500 ºC e 1750 ºC ou entre 1600 ºC e 1750°, os quais são a seguir descarregados através da zona de redução da saída de gás.
[0073] Visto que, de acordo com a invenção, o reator tem ambas uma zona de redução na seção contracorrente e uma zona de redução superior na seção co-
corrente, o volume total da zona de redução (soma dos volumes das zonas de redução superior e cônica inferior) pode ser consideravelmente maior do que aquela zona de redução de reatores conhecidos. Como um exemplo, faz-se referência ao documento EP 1 261 827 B1, no qual apenas uma zona de redução está disposta na área da seção da saída de gás.
[0074] Assim, de acordo com a invenção, o reator alcança um material simples, não oneroso e ecológico e/ou utilização energética de materiais de alimentação. Além disso, o emprego do reator descrito aqui permite o aumento na capacidade e rendimento de uma energia química e térmica.
[0075] É previsto em uma realização do reator que a seção de revestimento superior tenha a conexão fêmea e a seção de revestimento inferior tenha a conexão macho.
[0076] Isto pode fazer com que o revestimento expanda para cima quando exposto a temperaturas quentes.
[0077] Uma realização adicional do reator prevê que cada uma das pelo menos duas seções de revestimento compreenda pelo menos um revestimento interno refratário e um revestimento externo envolvendo o revestimento interno refratário, em que o revestimento interno refratário é um revestimento do tijolo feito de tijolos refratários ou um revestimento monolítico (por exemplo, concreto refratário).
[0078] Além disso, pode-se prever que as seções de revestimento, compreendendo um revestimento interno refratário e um revestimento externo, sejam dispostas em uma camada de aço estabilizadora.
[0079] Também pode ser vantajoso que pelo menos uma camada isolante adicional seja disposta entre o revestimento externo e a camada de aço. A camada isolante adicional pode consistir em papelão, feltro de alta temperatura ou espumas de alta temperatura.
[0080] Esta realização assegura que a camada de aço seja melhor isolada. Por exemplo, a camada isolante adicional pode ser projetada de tal maneira que perda de calor térmico através da camada de aço seja melhorada em mais do que 2% comparado a reatores sem uma camada isolante adicional e como um resultado destes a temperatura externa da camada de aço também é reduzida. Por exemplo, este design permite que a temperatura externa da camada de aço permaneça abaixo de 60 ºC durante a operação do reator, o que significa que nenhuma proteção de contato seja exigida. Além disso, a camada isolante pode ser usada para compensar uma possível expansão térmica radial do revestimento interno e/ou do revestimento externo.
[0081] A fim de reduzir o desgaste do revestimento interno refratário, também pode ser previsto que o revestimento interno consista em tijolos consistindo em espinélio corindo, cromo corindo, ou carbonetos. Pode-se prever que a condutividade térmica destas pedras seja > 3 W/mK.
[0082] Além disso, pode-se prever que os tijolos nas áreas mais quentes (temperaturas > 1500 ºC) do reator sejam protegidos contra condições químicas e/ou térmicas pelo congelamento da escória.
[0083] A fim de permitir este congelamento da escória, o revestimento externo pode consistir em materiais termicamente condutores, pelo que suficiente transferência de calor do meio de resfriamento (por exemplo, uma bobina de tubo com água para resfriamento) para o revestimento interno pode ser alcançada.
[0084] Aqui, é concebível que o revestimento externo seja formado de bolha refratária (por exemplo, bolha de alumina), pelo que a bolha refratária pode ser fundida, pelo que uma conexão positiva entre um meio de resfriamento (por exemplo, uma bobina de tubo com água para resfriamento) e o revestimento interno pode ser alcançado. Para as áreas mais quentes (temperaturas > 1500 ºC) do reator, também pode ser previsto que a bolha refratária consista em espinélio corindo ou alumínio corindo. Alternativamente, pode-se prever que o revestimento externo consista em massas fundidas de fluxo livre com maior estabilidade, mas devido a isto, menos propriedades isolantes.
[0085] Para as áreas menos quentes (temperaturas < 1500 ºC), o revestimento externo pode ser feito de uma bolha refratária isolante fundida com uma condutividade térmica de < 1 W/mK a fim de reduzir a perda de calor. Este design assegura que a formação de pele de escória seja favorecida pelo material mais termicamente condutor nas áreas mais quentes e a perda de calor é reduzida pelo material menos condutor nas áreas menos quentes. Isto é particularmente vantajoso visto que as áreas menos quentes cobrem uma área muito maior do reator do que as áreas mais quentes.
[0086] Outra realização vantajosa da invenção é que o painel resfriado a água circunferencial é feito de aço preto ou aço inoxidável.
[0087] Quando aço preto ou aço inoxidável é usado depende do uso e operação do reator. Aço preto é mais barato e tem uma condutividade térmica maior do que aço inoxidável. No entanto, aço inoxidável é termicamente e quimicamente mais estável do que aço preto. A simulação térmica do elemento finito pode ajudar a determinar qual material deveria ser usado para a aplicação pretendida.
[0088] Uma realização da invenção prevê que as tubeiras (da zona de oxidação superior e cônica inferior) sejam feitas de cobre ou aço. Além disso, pode-se prever que uma das tubeiras tenha um tubo interno de cerâmica, ou cada uma de algumas das tubeiras tem um respectivo tubo interno de cerâmica, ou cada uma das tubeiras tem um respectivo tubo interno de cerâmica. Esta realização das tubeiras (com um tubo interno de cerâmica) permite que a tubeira seja protegida contra a fusão do metal pela adição de oxigênio e/ou ar, pelo que oxigênio e/ou ar também podem ser preaquecidos (por exemplo, até temperaturas > 1000 ºC). Também pode ser vantajoso que uma camada resistente à temperatura e compressível seja disposta entre o tubo interno de cerâmica e a tubeira, pelo que tensões mecânicas termicamente induzidas podem ser compensadas. Esta camada resistente à temperatura e compressível consiste, por exemplo, em feltro de alta temperatura, papelão de alta temperatura ou espuma de alta temperatura.
[0089] Uma realização alternativa da invenção prevê que as tubeiras (das zonas de oxidação superiores e cônicas inferiores) podem ser completamente feitas de cerâmica. Através desta realização, pode-se conseguir, por exemplo, que a zona de oxidação possa ser operada com um suprimento de ar quente e/ou oxigênio tendo temperatura maior do que 1000 ºC e, assim, um temperatura do leito de mais do que 2000 ºC, visto que cerâmica podem suportar temperaturas mais altas do que metais.
[0090] O resfriamento inevitavelmente necessário de tubeiras metálicas não é necessário para tubeiras totalmente feitas de cerâmica, pelo que a perda de calor pode ser reduzida em mais do que 5%. A carga química causada pela fusão sem resfriamento e a alta tensão térmica pode ser alcançada para estas tubeiras por uma combinação de cerâmica com boa condutividade térmica (por exemplo, carboneto de silício com, por exemplo, 85 W/mK) e congelamento da escória, seguido por cerâmica isolante (por exemplo, espinélio corindo com menos do que 4 W/mK).
[0091] Também pode ser vantajoso para o reator que o ângulo de cone (α) da zona de oxidação superior revestida esteja entre 5° e 30°.
[0092] Este formato cônico da zona de oxidação superior permite que seja vantajosamente conseguido que uma parte da escória permaneça na superfície do revestimento, pelo que a formação de uma pele de escória nesta área é alcançada.
[0093] Para uma realização adicional do reator, pretende-se que a zona de redução superior revestida seja disposta acima da seção da saída de gás, em que a seção da saída de gás se une à parte inferior da zona de redução superior revestida criando uma ampliação transversal. Aqui, poderia ser concebido que a ampliação transversal fosse abrupta.
[0094] Preferivelmente, a área de seção transversal da seção da saída de gás aumenta em pelo menos duas vezes aquela da área de seção transversal da zona de redução superior.
[0095] Esta realização assegura que o leito se amplia conicamente, dessa forma, aumentando a área de superfície ou área de descarga do leito. A área de superfície ou de descarga do leito essencialmente corresponde à superfície externa para um design em forma de cone, truncado.
[0096] Uma realização prevê que a ampliação transversal seja tal que a área de descarga do leito seja pelo menos 3 vezes maior do que a área de seção transversal da zona de redução superior. Além disso, a ampliação transversal pode ser tão grande que a área de descarga do leito seja pelo menos 7 vezes ou mesmo pelo menos 9 vezes maior do que a área de seção transversal da zona de redução superior.
[0097] Para esta ou uma realização adicional, também pode ser previsto que a ampliação transversal da seção da saída de gás seja tal que a área de descarga do leito seja aumentada em pelo menos 5 vezes a área de seção transversal da zona de oxidação superior. Além disso, a ampliação transversal pode ser tão grande que a área de descarga do leito seja pelo menos 9 vezes maior do que a área de seção transversal da zona de oxidação superior.
[0098] A vantagem das realizações mencionadas acima é que a velocidade do fluxo de gás (através da saída de gás) é reduzida proporcionalmente à área de descarga aumentada do leito (comparado aos reatores conhecidos) - de modo que o arrastamento da poeira do leito possa ser reduzido a minimizado.
[0099] Alternativamente, pode ser previsto para o reator que pelo menos uma porção da zona de redução superior revestida disposta na seção co-corrente seja disposta ou inserida na seção da saída de gás.
[0100] Esta realização também pode prever que a seção da saída de gás tenha uma seção transversal maior do que a zona de redução superior.
[0101] Com esta realização, a seção co-corrente com uma parte da zona de redução superior é introduzida ou parcialmente inserida na seção da saída de gás. Por exemplo, o revestimento (por exemplo, revestimento do tijolo ou revestimento do concreto refratário) da zona de redução superior se projeta para a seção da saída de gás. Visto que a seção da saída de gás tem uma área de seção transversal maior do que a zona de redução superior e a pelo menos uma saída de gás é localizada na porção de borda da seção da saída de gás, o gás produzido na seção co-corrente deve desviar do revestimento
(por exemplo, revestimento do tijolo ou revestimento do concreto refratário) se estendendo para forma na seção da saída de gás a fim de alcançar a saída de gás, pelo que menos poeira entra na separação de poeira. Esta realização permite que a altura total do reator seja reduzida, em que ao mesmo tempo a separação de poeira pode ser melhorada, visto que o gás e a poeira arrastada devem fluir para cima adicionalmente a fim de alcançar pelo menos uma saída de gás.
[0102] Também pode ser previsto que o revestimento (por exemplo, revestimento do tijolo ou revestimento do concreto refratário) da zona de redução superior que se estende para forma na seção da saída de gás seja formado como uma forma cilíndrica oca. A forma cilíndrica oca pode ser feita como uma construção de suporte de aço, que é revestida em ambos os lados que é protegida por resfriamento a água contra altas tensões térmicas e, consequentemente, mecânicas.
[0103] Para uma realização adicional da invenção, é previsto que a razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior e o volume da zona plena seja uma razão de 1 : N unidades de volume, em que N é um número maior do que ou igual a (≥) 4 e menor do que ou igual a (≤) 20.
[0104] Assim, o volume da zona de oxidação superior é muitas vezes maior comparado aos reatores conhecidos anteriormente, pelo que uma capacidade consideravelmente maior pode ser alcançada. Aqui, é ainda concebível que seja 5 ≤ N ≤ 15 ou mesmo 6 ≤ N ≤ 11.
[0105] Em uma realização do reator, é previsto que a razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior e o volume total do volume da zona de redução superior e o volume da zona plena é uma razão de 1 : N unidades de volume, em que N é um número maior do que ou igual a (≥) 7 e menor do que ou igual a (≤) 25.
[0106] Uma realização adicional prevê que a razão de volume entre o volume da zona de oxidação superior e o volume total do volume da zona de redução superior e o volume da zona plena é uma razão de 1 : N unidades de volume,
em que 8 ≤ N ≤ 15 ou mesmo 9 ≤ N ≤ 14.
[0107] Esta realização do reator é vantajosa pelo fato de que uma capacidade maior é alcançada com mesma altura fictícia do reator. Isto é possível porque o volume da zona plena comparado ao volume da oxidação tem uma razão menor do que em reatores conhecidos.
[0108] Uma realização adicional do reator prevê que a razão de volume entre o volume da seção contracorrente e o volume total do reator seja uma razão de 1 : N unidades de volume, onde N é um número entre 1 e 10 (1 ≤ N ≤ 10). Aqui, é ainda concebível que 2 ≤ N ≤ 7 ou ainda 3 ≤ N ≤ 5.
[0109] Devido à ampliação transversal da zona de saída de gás e da seção contracorrente, a área do cone de descarga na zona de redução inferior cônica também é ampliada, pelo que menores velocidades de fluxo de gás fluem para fora do leito e menos poeira é arrastada.
[0110] Outra realização vantajosa do reator é que o ângulo de cone da zona de redução inferior cônica e o ângulo de cone da zona de oxidação inferior cônica sejam entre 50° e 70°. Devido a esta realização, a escória, que é mantida líquida em temperaturas suficientemente altas na zona de oxidação inferior cônica e na zona de redução inferior cônica, escorre melhor, visto que as paredes correm em um ângulo de aprox. 50°-70°, preferivelmente aprox. 60 ºC, da horizontal ou em um ângulo de 20° a 40° da vertical.
[0111] Uma realização adicional do reator prevê que meios de abastecimento de gás sejam dispostos na área da ampliação transversal na zona de pirólise. Esta realização assegura que gases quentes (por exemplo, ar preaquecido ou gases de combustão) sejam fornecidos para o cone de descarga.
[0112] Em uma realização da invenção, também é previsto que as tubeiras da zona de oxidação superior sejam dispostas em vários níveis (alturas). Isto é particularmente vantajoso porque uma melhor distribuição do gás é alcançada com aquecimento uniforme do leito. Além disso, esta realização assegura que o superaquecimento local do revestimento (por exemplo, revestimento do tijolo ou revestimento do concreto refratário) seja evitado tanto quanto possível.
[0113] Outra realização vantajosa do reator é que pelo menos uma tubeira seja disposta em um nível (altura) da zona de redução inferior cônica.
[0114] A tubeira ainda fornece adicionalmente ar e/ou oxigênio de uma maneira definida, tal que nenhum CO2 seja produzido, mas quase exclusivamente CO. Além disso, pode-se conseguir através desta realização que a produtividade possa ser aumentada. Além disso, esta realização permite um aumento na produtividade e um aumento em uma temperatura da saída de gás na saída de gás acima de 1500 ºC sem prejudicar a qualidade do gás.
[0115] Para aplicações que preferem energia térmica sobre a energia química, pode ser ainda vantajoso que pelo menos uma tubeira adicional seja disposta na zona de redução superior. Através desta realização, pode ser conseguido vantajosamente que a energia química (CO, H2) seja retornada à energia térmica pela oxidação do CO em CO2 e H2 em H2O.
[0116] Uma realização adicional prevê que pelo menos uma outra tubeira seja disposta em um nível adicional (altura) da zona de oxidação inferior cônica. A tubeira no nível seguinte é localizada preferivelmente acima do derramamento.
[0117] Pela disposição da tubeira acima do derramamento, a fusão pode ser facilitada na área do derramamento, à medida que o calor é gerado na área onde o material fundido deve escoar o líquido. Ao mesmo tempo, a disposição da tubeira acima do derramamento assegura que o material fundido solidificado desejado no lado oposto do derramamento (assim chamado congelamento da escória, que protege o revestimento como, por exemplo, revestimento do tijolo) não seja liquefeito e, portanto, não flua.
[0118] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é previsto que o uso do reator de acordo com o segundo aspecto da presente invenção para a provisão de gases tendo temperaturas entre 1500 ºC e 1750 ºC e uma razão CO/CO2 ≥ 15, em que os gases são introduzidos em um reator metalúrgico para a redução da fusão. Os gases preferivelmente têm uma temperatura de entre 1600 ºC e 1750 ºC. Além disso, é previsto que os gases possam ser introduzidos em um reator metalúrgico para a redução da fusão. A razão de volume de gás CO/CO2 dos gases introduzidos no reator metalúrgico para a redução da fusão pode ser maior do que 10 ou ainda maior do que 15. Por exemplo, a razão do volume de gás CO/CO2 está entre 10 e 1000, preferivelmente entre 15 e 10000 e em particular preferivelmente entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO2).
[0119] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é previsto que um sistema compreendendo um reator de acordo com o segundo aspecto da presente invenção e um reator metalúrgico conectado ao reator para a redução da fusão. É concebível aqui que o reator seja operado com o processo descrito acima, de modo que a razão do volume de gás CO/CO2 na região (seção de conexão) entre o reator e o reator metalúrgico para a redução da fusão seja maior do que 10 ou ainda maior do que 15. Por exemplo, a razão do volume de gás CO/CO2 está entre 10 e 1000, preferivelmente entre 15 e 10000 e em particular preferivelmente entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO 2).
[0120] O reator metalúrgico para a redução da fusão pode ser qualquer reator ou alto forno capaz de reduzir metais de minérios.
[0121] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é previsto que o uso do reator de acordo com o segundo aspecto da presente invenção proveja um gás quente para um processo para a fundição de uma matéria- prima metálica. O processo para a fundição de uma matéria-prima metálica pode ser o processo descrito em pedido de patente holandês com número de depósito de fundação prioritário 2023109 intitulado “Process for the smelting of a metalliferous feedstock material” no nome de African Rainbow Minerals Limited.
[0122] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é previsto que o uso do reator de acordo com o segundo aspecto da presente invenção no método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.
[0123] Outras vantagens, detalhes e desenvolvimentos resultam da seguinte descrição da invenção, com referência aos desenhos em anexo.
[0124] Elementos numerados similares nestas figuras são idênticos ou cumprem a mesma função. Elementos discutidos anteriormente não são necessariamente discutidos nas figuras posteriores se a função for equivalente.
[0125] A seguir, a Figura 1 descreve um reator substancialmente cilíndrico 100 de acordo com a invenção. Em conexão com a explanação dos detalhes do reator, as etapas do método que ocorrem durante o tratamento de materiais de alimentação e a geração de temperaturas do gás acima de 1500 ºC em uma saída de gás também são especificadas.
[0126] Pelo uso de outros materiais de alimentação, as modificações do reator e/ou método podem ser úteis. Em geral, diferentes materiais de alimentação (por exemplo, carvão de baixa qualidade) também podem ser combinados, por exemplo, pela adição de materiais de alimentação com um maior valor energético (por exemplo, resíduos orgânicos, resíduos de madeira contaminados, pneus de carro ou os similares) durante a gaseificação/fusão de materiais de alimentação não orgânicos.
[0127] O reator 100 mostrado na Figura 1 tem três seções. Uma seção parcialmente co-corrente revestida 110, uma seção da saída de gás revestida com material refratário 120 e uma seção contracorrente revestida com material refratário 130. A seção co-corrente 110, a seção da saída de gás 120 e a seção contracorrente 130 são dispostas substancialmente e concentricamente uma em relação à outra (representado pela linha vertical traço-ponto que passa substancialmente através do centro do reator). Como mostrado, vários painéis resfriados a água circunferenciais 400 são mostrados na seção co-corrente 110 e na seção contracorrente 130. Os painéis resfriados a água circunferenciais 400 são dispostos entre pelo menos duas seções de revestimento refratário dispostas uma acima da outra (não mostradas) na área das conexões macho e fêmea (não mostradas). Na seção co-corrente, uma zona plena não revestida 111, uma zona de oxidação superior revestida com material refratário 116 e uma zona de redução superior revestida com material refratário 118 são dispostas. A zona plena 111 compreende uma zona de alimentação com uma calha 112, pelo que materiais de alimentação tais como resíduos, água, pneus de carro, aditivos ou outros materiais de alimentação são alimentados para o reator de cima por meio da zona de alimentação. O fluxo de material dos sólidos é mostrado como uma seta tracejada do topo para o fundo. Uma zona tampão a jusante é disposta abaixo da zona de pirólise 114 para o tamponamento e pré-secagem do volume do material de alimentação, que une o fundo da zona tampão, dessa forma, criando uma ampliação transversal. Na zona de pirólise 114, um cone de descarga pode se formar de materiais de alimentação (representados pelas linhas tracejadas oblíquas; entre 114 e 119). A pirólise pode, portanto, ocorrer na superfície do leito. A zona de pirólise também pode ser tornada inerte com gás de combustão ou qualquer outro gás com baixo teor de oxigênio (por exemplo, N2 ou CO2), portanto, gases inflamáveis que se movem para a calha 112 queimam de forma segura. Abaixo da zona de pirólise 114, há uma zona intermediária revestida 115 que é equipada para a secagem final e pirólise completa. Uma zona de oxidação superior revestida com material refratário 116 adjacente à zona intermediária revestida com material refratário 115, em que na zona de oxidação superior 116 tubeiras são dispostas circunferencialmente em uma pluralidade de planos como mostrado. Pelo menos oxigênio e/ou ar quente a 1000 ºC é fornecido por meio da tubeira 117, o que aumenta a temperatura acima de 1800 ºC e até 4000 ºC tal que todas substâncias sejam convertidas em gás inorgânico, metal líquido, coque, carbono e/ou escória mineral. Na zona de redução superior revestida com material refratário 118, adjacente à zona de oxidação superior revestida 116 e que é disposta substancialmente acima de uma seção da saída de gás revestida 120 subsequente, a conversão endotérmica de energia térmica em energia química ocorre. Ao mesmo tempo, o gás co-corrente (representado por uma seta pontilhada que corre do topo para o fundo), que é gerado da zona plena até a zona de redução revestida com material refratário superior 118 do topo para o fundo, é gerado aqui e introduzido na seção da saída de gás revestida com material refratário 120.
[0128] Como mostrado, a seção da saída de gás revestida com material refratário 120 é conectada à zona de redução superior revestida com material refratário 118, dessa forma, criando uma ampliação transversal. O gás produzido está - aproximadamente em fluxo cruzado até o leito - descarregado na seção da saída de gás 120 através de pelo menos uma saída de gás 121 (mostrada por uma seta pontilhada que corre da esquerda para a direita). Pode ser previsto, por exemplo, que quatro ou mais saídas de gás 121 sejam radialmente distribuídas em torno da circunferência (não mostrada), de modo que o gás produzido na seção co-corrente e na seção contracorrente possa ser desviado radialmente no fluxo cruzado. O gás descarregado tem uma razão do volume de gás CO/CO2 entre 10 e 1000, preferivelmente entre 15 e 10000 e particularmente e preferivelmente entre 15 e 107 (essencialmente livre de CO2).
[0129] Abaixo a seção da saída de gás é a zona de redução inferior cônica revestida com material refratário 138. Na zona de redução inferior cônica revestida com material refratário 138, a conversão de energia térmica em energia química também ocorre.
[0130] Abaixo da zona de redução inferior cônica revestida, há, como mostrado, uma zona de oxidação inferior cônica revestida 136 na qual pelo menos uma tubeira 137 e um derramamento 131 são dispostos. A tubeira 137 introduz ar quente e/ou oxigênio a pelo menos 1000 ºC para oxidar o material de coque restante e impede que o material fundido solidifique. A coleta e descarga de metais fundidos e escória fundida ocorre no derramamento 131.
[0131] O gás gerado na zona de oxidação inferior cônica e na zona de redução inferior cônica também flui em contracorrente com o fluxo do sólido através do leito (representado por uma seta pontilhada que corre do fundo para o topo) até a seção da saída de gás revestida com material refratário 120, onde ele é descarregado por meio de pelo menos uma saída de gás 121.
[0132] O reator de acordo com a invenção pode ter os seguintes volumes internos, por exemplo:
Tabela 1 Exemplo 1 Exemplo 2 Reator [m³] [m³] Seção co-corrente: 19,80 118,70 Zona de alimentação com calha 2,70 3,20 Zona tampão 4,00 6,00 Zona de pirólise 4,70 41,60 Zona intermediária 4,00 20,40 Zona de oxidação superior 1,50 9,90 Zona de redução superior 2,80 37,70 Seção da saída de gás: 3,20 32,20 Seção contracorrente: 6,80 59,50
[0133] A Figura 2 mostra um corte de uma vista em seção transversal simplificada da zona intermediária revestida com material refratário 115 do reator de acordo com a invenção com duas seções revestidas 200, 300 e uma conexão macho e fêmea circunferencial. Como mostrado como um exemplo para a zona intermediária revestida 115, onde cada parte revestida também pode ter pelo menos duas seções revestidas 200, 300 com conexão macho e fêmea circunferencial, esta porção do reator revestida tem pelo menos duas seções revestidas 200, 300 dispostas uma acima da outra. Cada uma das pelo menos duas seções revestidas 200, 300 compreende pelo menos um revestimento refratário interno 202, 302 e um revestimento externo 203, 303 envolvendo o revestimento refratário interno. É concebível que o revestimento refratário interno 202, 302 seja um revestimento feito de tijolos refratários ou um revestimento monolítico (por exemplo, fundido). Como mostrado ainda na Figura 2, uma conexão macho e fêmea é formada entre as seções de revestimento 200, 300 dispostas uma acima da outra, uma das seções de revestimento 200 tem uma conexão fêmea 201 no lado voltado para o interior do reator e a outra seção de revestimento 300 tem uma conexão macho 301 no lado voltado para o interior do reator. Como mostrado aqui, pode-se prever que a seção de revestimento superior 200 tenha a conexão fêmea 201 e a seção de revestimento inferior 300 tem a conexão macho 301. Além disso, a conexão macho e fêmea tem uma abertura de lacuna dependente da temperatura (vertical) 400 entre a conexão fêmea 201 e a conexão macho 301. Como mostrado adicionalmente, um painel resfriado a água circunferencial 400 é disposto entre as pelo menos duas seções de revestimento 200, 300 dispostas uma acima da outra.
[0134] O painel resfriado a água circunferencial 400 para reter o revestimento do tijolo e estabilizar o revestimento do tijolo durante o alto aquecimento e resfriamento do reator é mostrado em vista em perspectiva na Figura 3. Este painel resfriado a água circunferencial 400 é fabricado pela inclinação, sem costuras de solda, de tubos cilíndricos ocos com seções transversais quadradas ou retangulares e é feito de aço preto. Água para resfriamento pode ser fornecida e drenada do painel resfriado a água 400 por meio dos flanges de conexão 401, como mostrado.
Claims (11)
1. Método para gaseificar uma matéria-prima carbonácea para gerar gases redutores quentes usando um reator, caracterizado pelo método incluir as etapas de: - alimentação por estrangulamento de uma matéria-prima carbonácea por meio de uma calha para formar um leito de descarga em uma zona de pirólise do reator; - aquecimento do leito de descarga na zona de pirólise para iniciar a pirólise na matéria-prima carbonácea e para formar um produto de pirólise; - prover uma área inferior de zona oxidação superior a quente no reator pelo fornecimento de uma fonte de oxigênio em uma temperatura de pelo menos 800 ºC para o reator em um local abaixo da zona de pirólise; - gaseificação do produto de pirólise e matéria-prima carbonácea não pirolisada restante na zona de oxidação superior a quente para formar um leito de carvão em uma zona de redução superior, a zona de redução superior sendo localizada abaixo da zona de oxidação superior a quente; - conversão da energia térmica em energia química na zona de redução superior; - prover uma área inferior de zona de oxidação inferior a quente no reator pelo fornecimento de uma fonte de oxigênio em uma temperatura de pelo menos 800 ºC para o reator em um local abaixo de uma zona de redução inferior do reator; - coleta de qualquer metal e/ou escória fundida presente na zona de oxidação inferior; - remoção do metal e/ou escória fundida presente na zona de oxidação inferior e; - descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC e uma razão de CO/CO2 ≥ 5 que foi gerada na zona de redução superior através de uma saída de gás localizada em uma seção da saída de gás do reator, a seção da saída de gás sendo localizada entre a zona de redução superior e a zona de redução inferior do reator.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos gases redutores quentes que estão sendo descarregados terem uma razão de CO/CO2 ≥ 15.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo aquecimento do leito de descarga na zona de pirólise ser feito gradualmente até uma temperatura de pelo menos 700 ºC, a temperatura sendo aumentada gradualmente até impedir quebra da matéria-prima carbonácea e do produto de pirólise.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a etapa de prover gases quentes para a zona de pirólise para aquecer o leito de descarga na zona de pirólise para iniciar a pirólise na matéria-prima carbonácea e para formar o produto de pirólise.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por incluir a etapa de controle da taxa de fluxo volumétrico dos gases quentes que estão sendo alimentados para a zona de pirólise de modo a aquecer o leito de descarga na zona de pirólise gradualmente para uma temperatura de pelo menos 700 ºC, a temperatura sendo aumentada gradualmente para impedir a quebra da matéria-prima carbonácea e do produto de pirólise.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a etapa de secagem da matéria-prima carbonácea antes da alimentação por estrangulamento da matéria-prima carbonácea para o reator.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a etapa de preaquecimento e pré-secagem da matéria-prima carbonácea em uma zona tampão do reator, a zona tampão sendo localizada acima da zona de pirólise do reator.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela alimentação da matéria-prima carbonácea na zona de pirólise, um leito de descarga tendo um cone de descarga é formado, a seção transversal da zona de pirólise sendo ampliada em relação à seção transversal da zona tampão.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a etapa de pirólise e secagem da matéria-prima carbonácea em uma zona intermediária do reator, a zona intermediária sendo localizada abaixo da zona de pirólise.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por incluir a etapa de descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC que foram gerados em uma seção co-corrente do reator a partir da pelo menos uma saída de gás do reator, a seção co-corrente, compreender: - uma zona plena do reator, a zona plena compreendendo: a zona de alimentação do reator; a zona tampão do reator; a zona de pirólise do reator e; a zona intermediária do reator; - a zona de oxidação superior do reator e; - a zona de redução superior.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo método incluir a etapa de descarga de gases redutores quentes tendo uma temperatura de pelo menos 1300 ºC que foi gerada em uma seção contracorrente do reator através da saída de gás localizada na seção da saída de gás do reator, a seção contracorrente, compreender a zona de oxidação inferior e zona de redução inferior do reator.
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| US8246700B1 (en) * | 2007-12-06 | 2012-08-21 | Leonid Kutsin | Method and system for recycling flue gas |
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| DE202011004328U1 (de) * | 2011-03-22 | 2012-06-25 | Big Dutchman International Gmbh | Schachtvergaser zum Betrieb bei einer unterstöchiometrischen Oxidation |
| WO2013120917A1 (de) * | 2012-02-13 | 2013-08-22 | Technische Universität Bergakademie Freiberg | Verfahren und vorrichtung zur festbettdruckvergasung fester brennstoffe |
| US8721748B1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-05-13 | PHG Energy, LLC | Device with dilated oxidation zone for gasifying feedstock |
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