BRMU8803150U2 - equipamento composto por reator contìnuo de pirólise com leito circulante de esferas, sistema de alimentação e sistema de separação para produção de combustìveis, biocombustìveis e produtos quìmicos a partir de residuo de estamparia - Google Patents

Abstract

EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTìNUO DE PIRóLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DE ALIMENTAçãO E SISTEMA DE SEPARAçãO PARA PRODUçãO DE COMBUSTìVEIS, BIOCOMBUSTìVEIS E PRODUTOS QUìMICOS A PARTIR DE RESíDUO DE ESTAMPARIA. Refere-se a presente solicitação de modelo de utilidade, a uma nova máquina com reator de leito circulante de esferas para produção contínua de combustíveis, biocombustíveis e produtos químicos a partir de matéria orgânica pastosa. Projetada para processar resíduos pastosos ou lodo de estamparia para a produção de óleos combustíveis que quando refinados possuem características similares aos combustíveis derivados de petróleo. Sendo compreendida por uma estrutura (1) com trocador de calor (3), e seção reacional de leito circulante de esferas (5), com esferas (12) de aço, na câmara de fluxo cruzado (19), com tela perfurada (16), e queimador (15), interligado paralelamente com o exaustor (9) por tubulação (10) e GLP (11).

Description

"EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTINUODE PIRÓLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DE ALI-MENTAÇÃO E SISTEMA DE SEPARAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE COMBUS-TÍVEIS, BIOCOMBUSTÍVEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DE RESI-DUO DE ESTAMPARIA".

Pleiteia a presente solicitação de modelo de utilidade, a umanova máquina com reator de leito circulante de esferas para produção contínuade combustíveis, biocombustíveis e produtos químicos a partir de matéria orgâ-nica pastosa. Em síntese, a máquina foi projetada para processar resíduos pas-tosos ou lodo de estamparia para a produção de óleos combustíveis que quandorefinados possuem características similares aos combustíveis derivados de pe-tróleo. A máquina é dimensionada para produção em baixa, média e larga esca-la e instalada próximo às fontes geradoras dos resíduos, e sem necessidade defornecimento especial ou extra de energia. A máquina é constituída por um re-servatório de resíduo, um sistema de transporte e pré-aquecimento do materialpara o reator, um reator de leito circulante de esferas, sistema para recirculaçãode esferas, câmara de fluxo cruzado para aquecimento das esferas responsá-veis pelo fornecimento da energia necessária para a reação, e de uma unidadede refino composta por condensadores recheados em série para produção deóleo pesado, diesel, gasolina e gás não-condensável. O gás não condensável éutilizado como fonte de energia para o processo de volatilização e reação. O a-parato pode ser usado para processar qualquer matéria orgânica na forma pas-tosa, preferencialmente Iodos de estamparia e não necessita adição de reagen-tes. A unidade em questão é equipada com um sistema de controle compostopor controladores lógicos programáveis e software de aquisição de dados quepermitem a operacionalização contínua, automática e segura.

Atualmente no atual estado da técnica pode-se citar pelasanterioridades pesquisadas, no MAPEAMENTO TECNOLÓGICO DO BIODIE-SEL E TECNOLOGIAS CORRELATAS SOB O ENFOQUE DOS PEDIDOS DEPATENTES, no Volume Ill - Pedidos de Patente em Biodiesel Depositados nos- Estados Unidos, China e União Européia do INPI, alguns documentos que citammáquinas e processamento térmico de matéria orgânica para produção de com-bustíveis.

Entre estas, podem-se citar como máquinas e equipamentospara a produção de combustível utilizando matéria orgânica a PI0700307-2 -SISTEMA BIOSSÔNICO PARA A RÁPIDA REAÇÃO DE FABRICAÇÃO DE Bl-ODIESEL ATRAVÉS DE BOMBAS, que trata, especificamente do uso de BOM-BAS DE CAVITAÇÃO E/OU TRASSÔNICA, COM OU SEM MICROREATORES,para fazer as reações químicas do biodiesel, de uma maneira extremamente rá-pida, podendo estas ser de ENGRENAGEM, CENTRÍFUGA, ou SEMELHAN-TES, TENDO OU NÃO, UM OU TODAS, MICROREATORES. Neste SistemaBIOSSÔNICO, as BOMBAS substituem os reatores, isoladamente ou em con-junto com os sistemas citados, fazem às reações químicas de craqueamento,esterificação e transesterificação, isoladamente ou em conjunto, utilizando paraisto, óleos vegetais, ácidos graxos, sebo, e outros, isoladamente ou misturadosentre si, juntamente com álcool metílico, etílico ou outro, além de usar ou nãocatalisadores alcalinos ou ácidos, fazendo as reações de forma muito rápida,também facilitando a separação do glicerol, obtendo-se Esteres Metílicos, Etíli-cos ou outros, que são chamados de Biodiesel. E a PI0506268-3 - REATORMULTIFUNCIONAL MODULAR PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL, caracteri-zado por um corpo principal formado a partir de módulos inferior, intermediário esuperior, sendo ò intermediário dotado de pés de sustentação em formato de"U", cuja secção superior detém uma base de apoio de chapa de ferro que rece-be o acoplamento de um tubo agitador que incorpora externamente canais paracoleta de amostras e termômetro, sendo que a secção inferior do dito tubo agi-tador é provido de flanges acopladoras para engate do módulo inferior atravésde flanges receptoras dispostas na secção superior, sendo o dito modulo inferiorde formato cônico, cuja secção inferior descreve um prolongador dotado de flan-e ges para acoplamento de visor, abaixo da qual se verificam saídas para resíduosde biodiesel e de glicerina e um visor de inspeção, sendo que o tubo agitador emsua secção superior é provido de flanges para engate do módulo superior, estede formato cônico dotado de diversos dutos com válvulas para alimentação dematéria-prima, entrada de água e produtos químicos, para alívio da pressão in-terna e válvula para alimentação de etos ou metox, sendo ainda dotada de tubospara destilação sob vácuo. Estas patentes acima citadas não apresentam a no-vidade inventiva almejada no presente relatório descritivo, que utiliza esferascirculantes aquecidas, responsáveis pelo fornecimento de energia ao meio rea-cional.

Podemos ainda citar a patente US2007144060-A1 -Producing biodiesel from triglyceride feedstock involves treating the feedstock bythermal cracking/rapid pyrolysis and converting to middle distillate fraction rich infree fatty acids; esterifying the fraction with alcohol IKURA M (IKUR-Individual). Odocumento US 2007/144060 descreve a produção de biodiesel de fonte de trigli-cerídeos envolvendo o tratamento por craqueamento térmico e/ou pirólise rápidaem batelada, conversão para fração rica em ácidos graxos e esterificação dafração com álcool. A presente invenção difere desse documento por utilizar umprocesso contínuo, sem ser batelada, utilizar lodo de estamparia como matériaprima e produzir diretamente combustíveis, sem necessidade de reação posterior.

Já o documento US2007170091-A1 - Diesel fuel productionof high cetane value e.g. biomass-derived diesel fuel from triglyceride feedstockby pretreating feedstock by thermal cracking/rapid pyrolysis to form middle distil-late fraction and catalytically hydrotreating it. O documento US2007/170091descreve a produção de diesel compreendendo altos valores de cetano como,por exemplo, combustível diesel derivado de triglicerídeos através do pré-tratamento com craqueamento térmico em batelada com temperaturas inferioresa 500°C e com altos tempos de residência (40 minutos) e passam por uma uni-dade de hidrotratamento catalítico. A presente invenção difere desse documentopela operação de craqueamento ser contínua e ocorrer com tempos de residên-cia na faixa de 20 a 60 segundos.

Quanto a PI0204067 0- "REATOR CONTÍNUO PARA PIRÓ-LISE ULTRA-RÁPIDA DE BIOMASSA". A invenção refere-se a um equipamentode pirólise ultra-rápida de biomassa, caracterizado por um reator contínuo quese difere dos demais equipamentos existentes pelas suas características opera-cionais e de projeto, voltadas para um baixo custo operacional e para a maximi-zação do rendimento da fração líquida ("bio-oil"), importante fonte de insumosquímicos. Consiste num reator com montagem vertical o que permite estabelecerum fluxo descendente do material, dispensando tanto o emprego de mecanis-mos ou partes móveis internos ao reator quanto à utilização de gases para arras-te ou fluidização de leito. O aquecimento é executado por radiação, através deelementos resistivos de alta temperatura. Durante o percurso de queda, a bio-massa é aquecida, em condições de pressão reduzida (10kPa), até a temperatu-ra de conversão termoquímica. Como o "Reator Contínuo para Pirólise Ultra-Rápida de Biomassa" utiliza elevada taxa de aquecimento (200 a1.000<198>C/s), é necessária a imediata remoção dos voláteis, assim que foremgerados. Deste modo, a utilização de múltiplas saídas, dispostas ao longo do re-ator, possibilita a remoção destes voláteis logo após a sua geração (tempo depermanência de aproximadamente 0,5s), bem como um adequado controle dotempo de residência dos mesmos na zona de reação.

Outras patentes descrevem a recuperação de óleo de quali-dade utilizando a reação de craqueamento de óleo de xisto com hidrogênio a al-ta pressão e alta temperatura, utilizando um processo de industrialização do xis-to betuminoso que é um mineral fóssil. Que também se difere na presente solici-tação, pois o craqueamento ocorre no reator de leito de esferas circulantes, a- pressão atmosférica e utiliza resíduos pastosos.

Do que se depreende da literatura pesquisada, não foramencontrados documentos antecipando, que confrontados com a presente solici-tação, gere semelhança. Ou seja, a presente solicitação, apresenta uma máqui-na que contorna diversas dificuldades da técnica anteriormente descritas e pro-porciona vantagens técnicas em relação às mesmas.

Buscando desenvolver um novo modelo de utilidade, que a-tenda as necessidades, mais especificadamente do ramo têxtil, que nos ensaiosexperimentais para determinação da umidade e teor de orgânicos, apresentamum valor médio de 70% e 57%, respectivamente.

Com base nestes conhecimentos os autores buscam suprir ademanda por máquinas e equipamentos que funcionem na prática para a produ-ção contínua de combustíveis, biocombustíveis e produtos químicos a partir dematéria orgânica pastosa por craqueamento térmico.

Na atualidade a produção de combustíveis e biocombustí-veis se dão a partir de matéria orgânica na fase líquida. Os autores desenvolve-ram uma máquina com tecnologia que permite produzir, de modo contínuo, com-bustíveis, biocombustíveis e produtos químicos a partir de matéria orgânica naforma pastosa, com rendimento em torno de 70% em produtos líquidos, 25% emprodutos gasosos e 5% na forma de coque. Os gases não condensáveis (C1 aC4, CO e H2) gerados no processo com alto poder calorífico e o coque aderidonas esferas são suficientes para gerar a energia necessária para o aquecimentodas esferas responsáveis pelo fornecimento de energia ao meio reacional.

A máquina foi projetada para realizar na prática o "PRO-CESSO PARA PRODUÇÃO CONTÍNUA DE COMBUSTÍVEIS, BIOCOMBUSTÍ-VEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DE MATÉRIA ORGÂNICA PASTO-SA POR CRAQUEAMENTO TÉRMICO/PIRÓLISE POR REATOR DE LEITOCIRCULANTE DE ESFERAS" depositado como patente de invenção pelosmesmos autores desta solicitação de modelo de utilidade.

A máquina difere-se das demais existentes na atualidade,pois realiza todo o processo produtivo de forma continua totalmente controladapor sistema de aquisição de dados e controle. Bem como possibilitar a purifica-ção por condensação fracionada dos produtos do craqueamento térmico, apre-sentando alta flexibilidade operacional.

Em síntese a máquina com reator de pirólise com leito circu-Iante de esferas, para produção contínua de combustíveis, biocombustíveis eprodutos químicos a partir de matéria orgânica pastosa por craqueamento térmi-co, tem seu princípio inventivo, pois realiza o craqueamento térmico da matériaorgânica residual na forma pastosa, denominada lodo de estamparia, por pré-aquecimento e volatilização, seguido da elevação da temperatura no reator, atéa ativação das reações de craqueamento térmico. A corrente de gases e vapo-res que deixam o topo do reator segue para a seção de troca-térmica onde éresfriada e concentrada de acordo com a temperatura de condensação. O gásnão-condensável é utilizado como fonte energética do queimador responsávelpela geração de gás de combustão necessário ao aquecimento das esferaspermitindo assim a operação autotérmica do processo.

A presente solicitação tem como princípio inovador, umamáquina que realize o processo de craqueamento térmico contínuo de resíduospastosos, com o conceito do "heat Carrierj', ou seja, transportador de calor, deforma automatizada e controlada, e com o reaproveitamento do gás não-condensável, em três fases de execução realizadas na câmara de aquecimentode fluxo cruzado para as esferas; seção reacional de pirólise; e a seção de con-densação.Para a primeira fase o funcionamento da câmara de aqueci-mento de fluxo cruzado, seguindo para a câmara reacional de pirólise, e finali-zando com a terceira fase, que é a condensação, idealizada de maneira a reali-zar um fracionamento dos produtos pela temperatura de condensação.

As figuras em anexo mostram claramente a máquina comreator de pirólise, com leito circulante de esferas para produção contínua decombustíveis, biocombustíveis e produtos químicos a partir de matéria orgânicapastosa, que em conjunto com as referências numéricas, detalhadas a seguir,faz-se entender mais facilmente.

Figura 1 - Vista esquemática geral detalhada da máquinacom reator contínuo de pirólise com leito circulante de esferas de aço.

Figura 2 - Vista em detalhe ampliado do sistema de trans-porte das esferas de aço, mostrando a diferença do diâmetro menor da tela per-furada em relação às esferas de aço.

Figuras 3 e 4 - Vista esquemática parcial detalhada e ampli-ada, apresentada na figura 1, da máquina com reator de pirólise com leito circu-lante de esferas de aço. Com detalhe ampliado da conexão entre dois condesa-dores em série.

A presente solicitação é caracterizada por uma estrutura (1)totalmente comandada e controlada por central de comando eletrônico (22), comrecebimento de matéria orgânica pastosa ou lodo de estamparia, constante noreservatório (23), é transportada por ação da bomba de deslocamento positivo(2), para um trocador de calor (3), para promover o pré-aquecímento do material,seguindo até um dispersor (4), dentro da seção reacional de leito circulante deesferas (5), que por ação da energia térmica contida nas esferas (12) de aço, éconvertida em gases e vapores. Estes são coletados sob pressão reduzida atra-vés dos dutos coletores (6) e (6a) e seguem por uma tubulação intermediária(24) até uma torre de condensadores recheados em série (8, 8a, 8b e 8c), oscondensáveis obtidos são transportados por tubulações (14, 14a, 14b, 14c), esão armazenados nos tanques (7, 7a, 7b e 7c), respectivamente. O gás nãocondensável é succionado por um exaustor (9) e transportado pela tubulação(10) até um queimador (15) onde, juntamente com GLP (11) são queimados nacâmara de combustão (17).

Os gases de combustão gerados escoam sob pressão redu-zida por uma câmara de fluxo cruzado (19), para promover o aquecimento dasesferas (12) provenientes da seção reacional.

Os gases de combustão seguem do reservatório de entrada(20) até o trocador de calor (3) a fim de fornecer energia para pré-aquecer o ma-terial e o exaustor (13) responsável pela sucção destes gases que finaliza o cir-cuito emitindo-os para a atmosfera.

As esferas (12) contidas na câmara de fluxo cruzado (19)seguem por ação da gravidade, para a seção reacional de leito circulante de es-feras (5), onde fornecem calor para o material orgânico pastoso oriundo do dis-persor (4).

Após isso, as esferas (12) são coletadas por um mecanismotransportador (25) com tela perfurada (16) com diâmetro menor que as esferas(12) que são retirados dos inorgânicos, para deslocamento das mesmas, a fimde serem alimentadas novamente na câmara de fluxo cruzado (19), por força demotor (18) para queima do coque aderido superficialmente e para novo aquecimento.

Claims (4)

1.) "EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTÍ-- NUO DE PIRÓLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DEALIMENTAÇÃO E SISTEMA DE SEPARAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE COM-BUSTÍVEIS, BIOCOMBUSTÍVEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DERESÍDUO DE ESTAMPARIA", caracterizada por uma estrutura (1) controladapor central de comando eletrônico (22), com reservatório (23), da bomba de des-locamento positivo (2), para um trocador de calor (3), com dispersor (4), dentroda seção reacional de leito circulante de esferas (5), com esferas (12) de aço, Ii-gados por dutos coletores (6) e (6a), seguido de tubulação intermediária (24)com torre de condensadores recheados em série (8, 8a, 8b e 8c), com tubula-ções (14, 14a, 14b, 14c), interligados aos tanque ( 7c), interligado por um exaus-tor (9) através de tubulação (10) ao queimador (15), juntamente com GLP (11)da câmara de combustão (17) da câmara de fluxo cruzado (19), com tela perfu-rada (16) contendo as esferas (12), interligada por reservatório de entrada (20)até o trocador de calor (3) com exaustor (13); e esferas (12) condicionadas pormecanismo transportador (25) com tela perfurada (16) com diâmetro menor queas esferas (12).

2.) "EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTÍ-NUO DE PIRÓLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DEALIMENTAÇÃO E SISTEMA DE SEPARAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE COM-BUSTÍVEIS, BIOCOMBUSTÍVEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DERESÍDUO DE ESTAMPARIA", de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor a câmara de fluxo cruzado (19) com motor (18), ser provida de tela perfurada(16) com diâmetro menor que as esferas (12).

3.) "EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTÍ-NUO DE PIRÓLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DEALIMENTAÇÃO E SISTEMA DE SEPARAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE COM-BUSTÍVEIS, BIOCOMBUSTÍVEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DERESÍDUO DE ESTAMPARIA", de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracteriza-- do por o queimador (15), estar interligado paralelamente com o exaustor (9) portubulação (10) e GLP (11).

4.) "EQUIPAMENTO COMPOSTO POR REATOR CONTÍ-NUO DE PIRÓLISE COM LEITO CIRCULANTE DE ESFERAS, SISTEMA DEALIMENTAÇÃO E SISTEMA DE SEPARAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE COM-BUSTÍVEIS, BIOCOMBUSTÍVEIS E PRODUTOS QUÍMICOS A PARTIR DERESÍDUO DE ESTAMPARIA", de acordo com a reivindicação 1, 2 e 3, caracteri-zado por as esferas (12) ficarem contidas na câmara de fluxo cruzado (19), se-ção reacional de leito circulante de esferas (5) e mecanismo transportador (25)com tela perfurada (16).