BRMU8701289U2

BRMU8701289U2 - aparelho para produzir biocarvço

Info

Publication number: BRMU8701289U2
Application number: BRMU8701289-8U
Authority: BR
Inventors: De Souza Hiran Rodrigues
Original assignee: Ivane Rodrigues De Souza
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-02-25
Also published as: US20090053116A1

Abstract

APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVçO. Patente de Modelo de Utilidade para um aparelho montado em furo realizado no solo que converte em biocarvão materiais carbonosos de alta umidade. Neste aparelho a matéria prima é submetida à pressão hidrostática da coluna d'água nele estabelecida, enquanto energia é fornecida, na forma de calor, para seu aquecimento e conversão. Grande parte do calor fornecido para o aquecimento é proveniente da troca de calor entre a matéria prima e o produto convertido po dendo ent5o ser recolhido à temperatura ambiente. Dependendo da altura da coluna d'água, a convers5o pode ser realizada autotermicamente.

Description

"APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVÃO"

A presente patente de modelo de utilidade tem por objetivo um modelo de aparelho para produzir biocarvão, ao qual foi dada original construção com vistas a melhorar a produtividade, eficiência e segurança em relação aos similares existentes.

Já são conhecidos desde longa data processos de transformação termoquímica que convertem materiais carbonosos de alta umidade em formas usuais de energia. Estão incluidos nesses materiais carbonosos as biomassas de alta umidade que continuam sem utilização por causa dos altos custos e quantidades de energia associados à sua secagem e aos problemas técnicos decorrentes de sua preparação para adequá-las aos sistemas convencionais de utilização. Essea processos de transformação termoquímica, como é o caso da cafbonização por via úmida, dispensam a secagem prévia da matéria prima, porque ela é processada na forma de polpa diluida em água com teor de sólidos entre 3 e 8ü?ó. Para isso empregam-se reatores nos quais a polpa é aquecida à temperatura entre 150 e 400^0, durante 5 a 60 minutos e pressão entre 0,5e20MPa, dependendo do grau de carbonização desejado. 0 material carbonizado resultante é então desaguja do para posterior utilização.

Experiências realizadas com capim em autoclave de laboratório com tempo de residência de 15 minutos, temperatura de 2602C e teor de Sjó lidos na polpa de 20?ó, apresentaram rendimentos em carvão de 60% e teor de matéria volátil de 56?ó. Nestas condições a pressão na autoclave atingiu 4,8 MPa.

0 estudo mostra que o processo, por trabalhar em temperaturas moderadas e altas pressões, retém no carvão grande parte das matérias vo láteis contidas na matéria prima, possibilitando altos rendimentos energéticos e em massa, gerando um combustível com alto poder calorífico e reatividade elevada. 0 rendimento energético pode atingir 80?ó da energia da matéria prima inicial enquanto que o carvão vegetal comum, obtido por via seca, possui apenas 50%.

As propriedades físicas e químicas do produto variam com a temperatura. Aumentando-se a temperatura do processo o produto se torna mais friável e menos higroscópico. Para cada combinação de temperatura e tempo de processamento, obtém-se produtos de diferentes propriedades que podem ser reproduzidos com alta precisão. A densidade energética e osteores de carbono fixo aumentam com o aumento de temperatura e tempo. 0 rendimento em massa decresce com o aumento da temperatura, e o poder ca-lorífico aumenta.

0 carvão produzido é facilmente desaguado por meios mecânicos dispensando assim a secagem. Pode ser injetado diretamente em fornalhas de caldeiras, altos-fornos, fornos de fusão-redução, fornos de cimento e em fornos cerâmicos. Pode também ser misturado com nutrientes líquidos e empregados dessa forma na agricultura. 0 produto pode também ser aglomerado na forma de briquetes que por serem higroscópicos são altamente resistentes à umidade.

Em geral, para todos os tipos de biomassa, em especial para os resíduos, o processo confere características padronizadas ao produto. Este fato torna viável o emprego de biomassa de alta umidade como combustível, pois, o manuseio, armazenagem e transporte se constituem num grande obstáculo para a viabilidade deste produto.

Apesar desses atrativos, o processo, no entanto, apresenta um sério inconveniente: o emprego de autoclave. Por razões de segurança este tipo de equipamento não permite aumento de escala viável e conseqüente mente não proporciona a produtividade desejada. Tendo em vista esse problema e no propósito de superá-lo foi

desenvolvido um aparelho aperfeiçoado, de carbonização por via úmida, ob jeto da presente patente, que aproveita a pressão hidrostática exercida pela coluna d'água nele estabelecida. Esse procedimento, descrito a seguir, permite construir equipamentos viáveis em escala industrial, com alta capacidade de produção, e operá-los com total segurança e eficiência.

0 desenho da figura 1 anexo mostra em corte longitudinal o a-parelho utilizado no processo. De conformidade com o quanto ilustra a figura acima referida, o aparelho que realiza o processo, objeto da presejn te patente, consiste no furo vertical 1 que é executado no solo 2, com profundidade entre 40 e 2000 metros, conforme o grau de carbonização de sejado; no tubo 3, que é introduzido no furo 1 com a extremidade inferior apoiada no fundo do dito furo 1 e tampada com o fundo 4, ambos cons_ truidos com material termicamente isolante e resistente à corrosão e à pressão da coluna d'água estabelecida no equipamento; no tubo 5, de diâ metro menor, que é introduzido concentricamente no tubo 3, . sem encostar no fundo 4, construído em chapa metálica fina, resistente à corrosão; naabertura 6, que está localizada na extremidade superior do tubo por on_ de a matéria prima, na forma de polpa diluida em água à temperatura ambi^ ente, é introduzida ou por onde a polpa processada é retirada; na abertura 7, que está localizada na extremidade superior do tubo 3, por onde 5 é retirada a polpa processada ou por onde é introduzida a matéria prima na forma de polpa; no sistema de aquecimento 8, localizado na extremidade inferior do equipamento, podendo ser uma resistência elétrica ou qualquer outro sistema de aquecimento.

A polpa processada, a qual contém o material carbonizado, pode ser retirada, como foi citado, na abertura 6 ou na abertura 7, dependendo da abertura na qual a polpa inicial foi introduzida, para ser, em seguida, desaguada até atingir a umidade desejada. Parte da fração aquosa resultante do desaguamento pode ser reciclada, voltando ao processo para formar a polpa inicial e o restante é destinado a outras aplicações.

0 processo de carbonização descrito acima torna viável técnica e economicamente o aproveitamento de milhões de toneladas de materiais que são desperdiçados anualmente na forma de resíduos florestais, resíduos de serrarias, resíduos de poda de árvores, resíduos de canaviais e de usinas de açúcar e álcool e resíduos orgânicos como lixo, lodo de esgoto, vinhoto, papel, semente, casca e outros resíduos industriais e municipais. 0 processo também viabiliza a produção de carvão para a formação da Terra Preta, que resulta no seqüestro definitivo de parte do carbono transferido do meio ambiente, através da biomassa, para o material carbonizado. Dependendo do catalizador utilizado e da temperatura requerida, o aparelho pode ser também empregado na fabricação de bioóleo, po tratamento de esgoto, na liquefação de lodo e na gaseificação de biomas-sas, obtendo-se gases ricos em metano ou em hidrogênio. Nestes casos as reações são realizadas em altas pressões e consequentemente em profundidades maiores.

Claims

1. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVÃO", que realiza a carboniza-ção de materiais carbonosos de alta umidade nas condições de pressão entre 0,5e20MPa, temperatura entre 150 e 4002C, tempo de residência entre 5 e 60 minutos e teor de sólidos da polpa entre 3 e 50%, caracterizado por realizar o processo em equipamento que consiste no furo vertical 1 executado no solo 2 com profundidade entre 40 e 2000 metros, conforme o grau de carbonização desejado; no tubo 3 introduzido no furo 1 com a extremidade inferior apoiada no fundo do dito furo 1 e tampada com o fun do 4, ambos construidos com material termicamente isolante e resistente à corrosão e à pressão da coluna d'água nele estabelecida; no tubo 5, de diâmetro menor, que é introduzido concentricamente no tubo 3, sem encostar no fundo 4, construido em chapa metálica fina resistente à corrosão; na abertura 6, que está localizada na extremidade superior do tu bo 5; na abertura 7, que está localizada na extremidade superior do tubo 3; e no sistema de aquecimento 8, localizado na extremidade inferior do equipamento, podendo ser uma resistência elétrica ou qualquer outro sistema de aquecimento.

2. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por operar o aparelho introduzindo na abertura existente na extremidade 6 do tubo 5 ou na abertura 7 existente na extre midade superior do tubo 3 a matéria prima, na forma de polpa diluida em água, à temperatura ambiente, e retirar a polpa processada na dita extre midade 7 ou na dita extremidade 6, dependendo em qual abertura foi intro duzida a matéria prima.

3. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por aquecer a polpa que desce pelo tubo 3, ou pelo tubo 5, até a temperatura entre 150 e 400^C na região mais profunda do aparelho com emprego da resistência elétrica 8 ou por qualquer outro sistema de aquecimento.

4. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de permitir que a polpa que desce pelo tubo 3 ou 5 e a polpa que sobe pelo tubo 5 ou 3, respectivamente, troque de calor entre elas através da parede metálica fina do tubo 5, re sultando na transferência do calor do material processado que sobe para o material ainda não aquecido que desce.

5. "APARELHO PARA PRODUZIR" BIOCARVÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do tubo 3 e o fundo 4 serem construídos ou revestidos com material termicamente isolante o que dificulta a transferência de calor do interior do aparelho para o meio externo, resultando num melhor aproveitamento da energia envolvida no processo.

6. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVAO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de poder realizar a conversão autote£ micamente a partir de uma determinada profundidade.

7. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVAO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de obter biocarvão com maior ou menor teor de matéria volátil, dependendo de sua profundidade.

8. "APARELHO PARA PRODUZIR BIOCARVAO", de acordo com a reivin-dicaçãi 1, caracterizado por produzir fração aquosa resultante do desa-guamento do biocarvão que pode ser reciclada, no todo ou em parte, voltando ao processo para compor a polpa inicial.