BRPI0614027A2 - biomassa solidificada e método para a sua produção - Google Patents

Abstract

BIOMASSA SOLIDIFICADA E MéTODO PARA A SUA PRODUçAO[PROBLEMAS] Prover uma biomassa sólida que possa ser utilizada como um combustível alternativo para o coque de carvão e também como um material para um produto. [MEIOS PARA SOLUCIONAR PROBLEMAS] Uma biomassa que é um sólido em um estado semi-carbonizado que é formada pelo aquecimento, pressurização e moldagem de um material de biomassa bruta derivado de fotossíntese, tem uma resistência máxima de compressão de 60 a 200 MPa e um valor calorífico de 18 a 23 MJ/kg; e um método para a produção da biomassa sólida mencionada acima, que compreende uma etapa de pulverizar um material de biomassa bruta derivado a partir de fotossíntese, uma etapa de compactar um tubo com o material bruto, uma etapa de equipar o tubo resultante contendo o material bruto com um pistão, uma etapa de aquecer o material bruto e simultaneamente pressurizar e moldar o material por meio do pistão, uma etapa de manter o aquecimento e a pressurização durante um tempo, para preparar um sólido num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado, uma etapa de resfriamento do sólido resultante num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado enquanto mantendo a pressurização, e uma etapa de remoção do sólido resfriado num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado e secagem do sólido, onde o diâmetro interno do tubo e o diâmetro externo do pistão são quase iguais.

Description

"BIOMASSA SOLIDIFICADA E MÉTODO PARA A SUA PRODUÇÃO"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo da Invenção

A presente invenção está relacionada à biomassasolidificada e método para a sua produção, mais especifica-mente está relacionada à biomassa solidificada utilizávelcomo um combustível alternativo ao coque de carvão e tambémcomo material utilizável para uma variedade de propósitos emétodos para a sua produção.

Nessa especificação, a resistência compressiva má-xima (MPa) é indicativo da dureza com base em JISZ2111 ^Com-pression Test Method of Wood'.

Descrição da Arte Relacionada

Os problemas ambientais globais têm se tornadomais e mais sérios nos anos recentes, e a redução da emissãode gases de efeito estufa com base no Protocolo de Kyoto na3a conferência das reuniões da Convenção das Nações Unidassobre Mudanças Climáticas (C0P3), de seguridade das fontesprimárias de energia e desenvolvimento de fontes de energialimpas e renováveis têm sido de necessidade urgente levandoem conta o esvaziamento previsto do combustível fóssil nofuturo.

A biomassa tem granjeado atenção como um marco pa-ra superar a situação dos dias atuais.

Todavia, o material grosseiro da biomassa é alta-mente provido de vazios, volumoso, e de eficiência de trans-porte muito baixa. Além disso, ele é relativamente baixo empoder calorífico; o desenvolvimento de tecnologia de trans-formação para convertê-lo em produtos de alto valor agregadoé necessário.

Por outro lado, pela rápida demanda de ferro e açona China nos anos recentes, o custo do coque de carvão subiurepentinamente, e o gerenciamento da indústria de fundição ede fabricantes de ferro e aço nos paises está notadamentepressionada. Isso é atribuível ao fato de que a produção do-méstica de coque de carvão é deficiente e os fabricantes demodo geral dependem do coque de carvão produzido na China.

Em face de tais circunstâncias, é desejado seria-mente no campo da fundição e de siderurgia o desenvolvimentode combustível sólido de alta dureza produzido de biomassaque possa ser utilizada como substituto para diversas por-centagens até dezenas de porcentagens de coque de carvão,reduzindo desse modo os custos de combustível e também redu-zindo a emissão de gases de efeito estufa em virtude da na-tureza neutra do carbono da biomassa.

Além disso, é importante que a qualidade dos Iin-gotes não seja degradada em qualidade quando de sua utiliza-ção em alternativa ao combustível coque.

Como tecnologia para utilização do calor da bio-massa, são reveladas tecnologia de processamento de pelotas(ver literatura de patente 1 mencionada adiante, por exem-pio) e tecnologia de processamento ogalite (ver literaturade patente 2 mencionada adiante, por exemplo) bem como car-bonização de biomassa amplamente conhecido.

Pelotas de ogalite são combustíveis adensados porpressão produzidas por desidratação mediante deixar a águalivre contida na madeira evaporar a 100 °C, melhorando dessemodo a transportabilidade e a capacidade combustível.

Além disso, existem revelados um método de proces-samento no qual o material biomassa é cortado em aparas es-treitas e carbonizados a fim de obter carbureto de modo efi-ciente (ver literatura de patente 3, mencionada adiante, porexemplo), um método de processamento para produzir combustí-vel sólido com alto rendimento de energia possuindo altadensidade de energia por volume e peso (ver literatura depatente 4 mencionada adiante, por exemplo, ) , e um método deprocessamento para produzir combustível semi-carbonizado eadensado por pressão (combustível bio-carbonizado e adensa-do, daqui em diante referido como BCDF) de alta transporta-bilidade para adicionalmente melhorar a transportabilidade(ver literatura de patente 5 mencionada adiante, por exemplo).

O BCDF é combustível sólido a partir do qual umaparte da água quimicamente ligada contida na celulose, etc.,bem como a água livre contida na madeira são desidratadas,aprimorando desse modo adicionalmente a transportabilidade ea capacidade combustível.

As literaturas de patente 1 a 5 têm por objetivoproduzir combustível sólido com aumentada energia térmicaproduzido a fim de utilizar de modo eficiente a biomassa de-rivada da madeira como uma fonte de calor.

Todavia, o combustível sólido do grupo de biomassaderivada de madeira produzido através dos métodos menciona-dos acima não tem valor calorifico suficiente como comparadocom o coque de carvão e também não é suficientemente duro.

Portanto, o combustivel sólido não pode agüentar as severascondições quando queimado no alto-forno juntamente com o co-que de carvão; ele é destruído e queimado no alto-forno, re-sultando em ser dificil para o combustivel sólido ser traba-lhado como uma alternativa ao coque de carvão.

Além disso, existem diversos tipos de biomassatais como biomassa de grupos herbais (gramineas, girassol,etc.) e biomassa do grupo de restos de alimentos (rejeitosde coalho de soja, palha de arroz, etc.) os quais são maio-res no teor de água e maiores na fração de vazios como com-parado com a biomassa derivada da madeira, de modo menos a-dequadas para utilizar como combustivel sólido, e têm sidodescartadas por inutilidade. Meios para eficazmente utilizaresses tipos de biomassa têm sido procurados.

Literatura de patente 1: Pedido de patente Japone-sa Laid-Open No. S52-101202

Literatura de patente 2: Modelo de Utilidade Ga-zette No. H08-8085

Literatura de patente 3: Pedido de patente Japone-sa Laid-Open No. 2004-43517

Literatura de patente 4: Pedido de patente Japone-sa Laid-Open No. 2003-213273

Literatura de patente 5: Pedido de patente Japone-sa Laid-Open No. 2003-206490

Revelação da Invenção

Problemas a serem solucionados pela Invenção

A presente invenção foi produzida à luz dos pro-blemas mencionados acima, e o objetivo da invenção é o deprover biomassa solidificada utilizável como alternativacombustível ao coque de carvão e também como material utili-zável para uma variedade de propósitos e métodos para a suaprodução.

Meios para solucionar os Problemas

A reivindicação 1 está relacionada à biomassa so-lidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizadaou matéria sólida pré-semi-carbonizada que resulta atravésdo processamento no qual material biomassa em bruto que é umproduto de fotossintese é prensado enquanto está sendo aque-cido, por meio do que a referida matéria sólida pré-semi-carbonizada ou matéria sólida semi-carbonizada tem uma re-sistência compressiva máxima de 60-200 MPa e valor calorifi-co de 18-23 MJ/kg.

A reivindicação 2 está relacionada à biomassa so-lidificada de acordo com a reivindicação 1, onde a referidamatéria sólida pré-semi-carbonizada ou matéria sólida semi-carbonizada tem um peso especifico aparente de 1,2-1,38.

A reivindicação 3 está relacionada à biomassa so-lidificada de acordo com a reivindicação 1, onde a biomassasolidificada consiste de carbureto o qual é formado pelo re-aquecimento e prensagem da matéria sólida semi-carbonizadaou matéria sólida pré-semi-carbonizada.

A reivindicação 4 está relacionada à biomassa so-lidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizadaou matéria sólida pré-semi-carbonizada que resulta atravésdo processamento no qual uma mistura de material de biomassaem bruto, que é produto de fotossintese, e partículas metá-licas, é prensada enquanto está sendo aquecida.

A reivindicação 5 está relacionada à biomassa so-lidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizadaou matéria sólida pré-semi-carbonizada que resulta atravésdo processamento no qual uma mistura de material biomassa embruto, que é um produto de fotossintese, e um carbureto quepossui biomassa e tal é prensado enquanto está sendo aquecido.

A reivindicação 6 está relacionada à biomassa so-lidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizadaou matéria sólida pré-semi-carbonizada que resulta atravésdo processamento no qual uma mistura de material de biomassaem bruto, que é produto de fotossintese, e cinzas do materi-al que possui biomassa como o componente principal e que éreduzida a cinzas, é prensada enquanto está sendo aquecida.

A reivindicação 7 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada que compreende:

triturar o material de biomassa em bruto que éproduto de fotossintese;

carregar um tambor com o referido material de bio-massa em bruto triturado;

inserir uma pressão aplicando um pistão movediçonum espaço oco do referido tambor carregado com o referidomaterial biomassa em bruto triturado;

prensar os referidos materiais biomassa em brutopela aplicação de pressão ao material com a referida pressãoaplicada pelo pistão enquanto o material é aquecido;

obter matéria sólida semi-carbonizada ou matériasólida pré-semi-carbonizada mediante manter constante o tem-po de aquecimento e de pressurização;

resfriar a referida matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada enquantomantendo pressão da referida prensagem para obter um sólidoresfriado; e

retirar e secar o referido sólido resfriado.onde o referido pistão de aplicação de pressão e oespaço oco do referido tambor são formados de modo a terfolga muito pequena entre suas periferias externa e interna.

A reivindicação 8 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada de acordo com a reivindicação1, onde o referido material de biomassa em bruto trituradotem um tamanho de particula de 3 mm ou menos.

A reivindicação 9 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada de acordo com a reivindicação7, onde a temperatura de aquecimento é de 115-230 °C, epressão da prensagem é de 8-25 MPa.

A reivindicação 10 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada de acordo com a reivindicação7, onde as partículas metálicas são acrescentadas quando docarregamento do referido tambor com o referido material debiomassa em bruto triturado.

A reivindicação 11 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada de acordo com a reivindicação7, onde um carbureto que possui biomassa como um componenteprincipal é acrescentado ao referido tambor quando do carre-gamento do referido tambor com o referido material de bio-massa em bruto triturado.

A reivindicação 12 está relacionada a um método deproduzi biomassa solidificada de acordo com a reivindicação7, onde cinzas do material que possui biomassa como compo-nente principal e que é reduzido a cinzas é acrescentadaquando do carregamento do referido tambor com o referido ma-terial de biomassa em bruto triturado.

A reivindicação 13 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada carbonizada a partir de bio-massa solidificada da invenção de acordo com a invenção 7,que compreende:

aquecer a biomassa solidificada resfriada e soli-dificada em uma atmosfera aberta,

permitir a carbonização da referida biomassa soli-dificada mediante manter a temperatura de aquecimento e apressão de ar durante tempo predeterminado para obter bio-massa solidificada carbonizada.

A reivindicação 14 está relacionada a um método deproduzir biomassa solidificada carbonizada de acordo com areivindicação 13, onde a temperatura de aquecimento é de250-350 °C, e a pressão de ar sob a qual a biomassa solidi-ficada é aquecida é de 8-16 MPa.

Efeito da Invenção

A biomassa solidificada da invenção possuindo re-sistência compressiva máxima de 60-200 MPa e valor calorifi-co de 18-23 MJ/kg, pode ser usada em fundição de ferro ousiderurgia como alternativa ao coque a ser misturada com co-que de carvão. Além disso, ela tem uma resistência compres-siva máxima de 60-200 MPa, ela pode ser utilizada como mate-rial para uma variedade de propósitos de aplicação.

A biomassa solidificada possuindo peso especificoaparente de 1,2-1,38 que não é amplamente diferente de seureal peso especifico de 1,4, tem poucos vazios internos esua relação de carbono por volume é quase maximizada, talque ela é maximamente aumentada em transportabilidade.

A biomassa solidificada carbonizada da invençãopode ser obtida pelo aquecimento da biomassa solidificada dainvenção em ar pressurizado durante um curto periodo de tem-po. O carbureto resultante, a biomassa solidificada carboni-zada, possui quase as mesmas características de sólido-combustão como bincho-tan, o melhor carvão vegetal do Japão.

A biomassa solidificada produzida pela utilizaçãocomo material uma mistura de material de biomassa em brutoque é produto de fotossintese e partículas metálicas, podeabsorver calor de modo eficiente devido à presença de partí-culas metálicas no aquecimento e processo de prensagem, re-sultando na formação homogênea de matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada. Além do mais, as partículasmetálicas acrescentadas ao material em bruto e conseqüente-mente contida no bio-coque se torna metal derretido no pro-cesso de fundição ou de siderurgia quando do seu derretimen-to. Portanto, pela adição de partículas de metais ajustadosde antemão na relação de mistura dos metais ao material dabiomassa, o ajuste dos ingredientes na fundição de ferro oude siderurgia pode ser conseguido.

A biomassa solidificada produzida pela utilizaçãocomo material uma mistura de material de biomassa em brutoque é produto de fotossintese e um carbureto que possui bio-massa como um componente principal, é aumentada na relaçãode carbono por peso unitário e volume unitário, portanto au-mentada em valor calorifico e duração da combustão.

A biomassa solidificada produzida pelo uso comomaterial de uma mistura de material de biomassa bruta que éproduto de fotossintese e cinzas do material que possui bio-massa como componente principal e que é reduzida a cinzas,pode ser utilizada para ajustar o teor de silicio no metalderretido em fundição de ferro ou siderurgia sem influenciara performance de aquecimento do alto-forno.

De acordo com os métodos da presente invenção paraproduzir biomassa solidificada, o aquecimento e a prensagemé realizada mediante o carregamento de um tambor de moldagemcom material de biomassa em bruto triturado e aplicandopressão sobre o material por meio de um pistão de aplicaçãode pressão inserido de modo movediço no interior do espaçooco do tambor com pequena folga entre a periferia interna eexterna do tambor e do pistão, tal que o vapor e os compo-nentes gaseificados gerados a partir do material de biomassaé capturado no interior do tambor durante o processo de a-quecimento/prensagem. Além disso, a biomassa pode ser refor-mada com vapor superaquecido. Portanto, matéria sólida pré-semi-carbonizada ou matéria sólida semi-carbonizada com altadureza e um alto valor calorifico é obtida. A biomassa soli-dificada pode ser utilizada como material para diversos pro-pósitos de aplicação, por exemplo, para um empilhamento ouplaca inclinada.

Pela utilização de material de biomassa em brutotriturado na forma de partículas de 3 mm ou menor em tamanhocomo material para produzir a biomassa solidificada, o mate-rial pode ser carregado no também de modo bem distribuído.

Mediante o ajustamento da temperatura de aqueci-mento para 115-230 0C e pressão da prensagem para 8-25 MPa,a matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizadapossuindo alta dureza e valor calorifico pode ser formadasem requerer excessiva energia de processo.

Pela adição de partículas metálicas ao material debiomassa em bruto quando do carregamento do tambor com o ma-terial, a mistura do material de biomassa em bruto e daspartículas metálicas podem absorver o calor de modo eficien-te, e uma matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada formada de modo homogêneo pode ser obtida. Alémdisso, as partículas metálicas acrescentadas ao material embruto e conseqüentemente contidas no bio-coque se tornam me-tal derretido no processo de fundição ou de siderurgia quan-do do derretimento. Portanto, pela adição de partículas demetais previamente ajustadas na relação de mistura de metais emrelação ao material de biomassa, o ajuste dos ingredientesna fundição de ferro ou na siderurgia pode ser conseguido.

Pela adição de um carbureto que possui biomassacomo um componente principal ao material de biomassa em bru-to quando do carregamento do tambor como o material, matériasólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada aumentada emvalor calorifico e duração de combustão pode ser formada.Pela adição de cinzas do material que possui bio-massa como componente principal e que é reduzida a cinzas aomaterial de biomassa em bruto quando do carregamento do tam-bor com o material, matéria sólida pré-semi-carbonizada ousemi-carbonizada pode ser formada com a qual o teor de silí-cio no metal derretido na fundição de ferro ou na siderurgiapodem ser ajustados sem influenciar a performance de aqueci-mento do alto-forno.

Pelo aquecimento da biomassa solidificada sob arpressurizado por tempo predeterminado e em seguida resfrian-do sob o ar pressurizado, a biomassa solidificada carboniza-da pode ser obtida numa curta quantidade de tempo.

Nesse caso, é preferível aquecer a biomassa soli-dificada a uma temperatura de 250-350 0C sob ar pressurizadode pressão de 8-16 MPa. Através disso, a biomassa solidifi-cada é carbonizada de modo bem uniforme e carbureto com altograu de coesão pode ser obtido numa curta quantidade de tempo.

Melhor modo de realizar a invenção

A biomassa solidificada da invenção (daqui em di-ante referida como bio-coque) e métodos de seu processamentoserão agora detalhados com referência aos desenhos que acom-panham. A Figura 1 é uma vista em perspectiva externa de umexemplo do bio-coque (1) de acordo com a presente invenção.O bio-coque (1) da invenção pode ser produzido utilizandotodos os tipos de material de biomassa que sejam produtos defotossintese. Como biomassa de fotossintese podem ser cita-dos, por exemplo, o grupo de madeiras, grupo herbal, produ-tos provenientes de instalações agrárias, rejeitos alimenti-cios, etc.

Como biomassa de grupo de madeiras podem ser cita-das, por exemplo, madeira, folhas mortas, agregados ou podasde galhos e de folhas, madeiras flutuantes, rejeitos de pa-pel, etc.

Como biomassa de grupo herbal podem ser citados,por exemplo, caules de cana da índia, girassol, etc.

Como biomassa de produtos provenientes de instala-ções agrárias podem ser mencionados por exemplo, caules deplantas, caules de gergelim, vinhas de batata doce, palha dearroz, etc.

Como biomassa proveniente de rejeitos culináriospodem ser mencionados, por exemplo, borras de café, borrasde chá, rejeitos de coalho de soja, etc.

Tal biomassa é composta de celulose, hemicelulose,e lignina como seus componentes principais.

De modo a melhorar as propriedades de resistênciatérmica desses componentes principais da biomassa sob pres-são atmosférica, uma grande parte da água livre é desidrata-da por evaporação a cerca de 100 °C. Descoloração, decompo-sição ou amolecimento, gaseificação, e geralmente adicionalde calor e progressão da carbonização ocorre acima das tem-peraturas apresentadas a seguir para cada um dos componen-tes; lignina (280-550 °C), celulose (240-400 °C), e hemice-lulose (180-300 °C). A lignina é a maior nas propriedades deresistência térmica seguido por celulose e hemicelulose nes-sa ordem.

Celulose é a cadeia polimérica mais altamentecristalizada possuindo estrutura de ligação de ordenamentodistinto e grau de polimerização de 2000~15000, tal que elaassume um papel importante na propriedade de dureza da bio-massa como um todo.

Lignina tem uma estrutura tridimensional extrema-mente complexa, tal que sua distribuição quanto a proprieda-de de dureza da biomassa como um todo é também alta.

Em contra, a hemicelulose tem estrutura ramificadae grau de polimerização de 50~200 que é mais baixo como com-parado com aquele da celulose, tal que sua contribuição paraa propriedade de dureza da biomassa como um todo é baixa.

Foi descoberto que a matéria sólida, isto é, bio-coque de dureza muito alta e superior nas características dequeima pode ser produzido mediante deixar a hemicelulose queé estruturalmente quebradiça e baixa nas propriedades de re-sistência térmica ser termicamente decomposta permitindodesse modo o desenvolvimento do efeito de coesão, comprimiro material de biomassa para permitir que ocorra a reação determofixação entre a celulose e a lignina enquanto eles es-tiverem mantendo suas cadeias estruturais, e melhorar as ca-racterísticas de queima de superfície do sólido.

A reação de termofixação evolui devido ao surgi-mento da reação de sitio ativo entre as macromoléculas fenó-licas contidas na lignina, etc.

Isso é verificado pelo fato de que a presença decresol nas moléculas de lignina do produto de reação ligni-na-cresol foi confirmada pela análise 1H-RMN. Isso significaque a reação ocorreu entre lignina e cresol e o cresol foiinfundido dentro das moléculas de lignina. Isso assegura quea reação de termofixação irá ocorrer entre as moléculas defenol e uma rede entrelaçamento intermolecular relativamentehomogênea e forte será formada.

Além disso, é possivel ativar a reação de termofi-xação mediante a confecção de material e rebaixar a tempera-tura de prensagem de formação em 10~60 0C ou mais.

Portanto, se torna possivel induzir a ocorrênciada reação de termofixação em baixa temperatura sem carboni-zar a biomassa e alcançar características de queima da bio-massa solidificada substituta para o coque de carvão.

A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processode produção do bio-coque de acordo com a presente invenção.O método de produção do bio-coque da invenção será detalhadomais adiante com referência à Figura 2.

Como mostrado na Figura 2, o processo de produzir obio-coque está dividido em termos mais amplos em três etapas.

Na primeira etapa, o material de biomassa é que-brado na forma de fraturas de 3 mm ou menores em tamanho.

Na segunda etapa, o material biomassa quebrado naforma de fraturas na primeira etapa é aquecido a uma faixade temperatura de 115~230 0C e moldado aplicando pressãocontrolada numa faixa de pressão de 8~25 MPa.

Na terceira etapa, o estado de aquecimento e apli-cação de pressão na segunda etapa é mantido por 10~20 minutos.

Em seguinte a biomassa é resfriada enquanto man-tendo a aplicação da pressão na terceira etapa, em seguida abiomassa moldada é retomada e secada para completar a produ-ção do bio-coque da invenção.

O método de produção mencionado acima será expla-nado num modo conhecido.

O material de biomassa para a produção do bio-coque é alto na fração de vazios e sua área de superfície émenor no estado como ele está, tal que ele é inadequado paraaquecimento e prensagem. Portanto, a fim de realizar a mol-dagem homogênea, primeiramente o material de biomassa é fra-turado em peças de tamanho granular menor que 3 mm ou menor,preferivelmente a 0,01 mm ou menor através de meios de tri-turação tal como um misturador.

Por meio disso, o material de biomassa pode serpreenchido num tambor de moldagem (mencionado mais adiante)num estado homogêneo com densidade aumentada. Conseqüente-mente, a área de contato das peças de biomassa no aquecimen-to e prensagem, e dureza da biomassa moldada aumenta.

Em seguida, o material biomassa triturado é preen-chido num tambor de moldagem tal como um cilindro, e em se-guida a isso um pistão de pressão para aplicar pressão é in-serido dentro do tambor de moldagem.

Nesse ponto, a forma do tambor de moldagem e opistão de pressão não é particularmente especificada, a for-ma da seção transversal deles é preferivelmente circular.Pela adoção da seção circular, o processamento de moldagempode ser realizado de modo mais estável mesmo quando o tam-bor de moldagem ou o pistão de pressão é girado ligeiramenteno processo de prensagem.

O diâmetro interno do tambor de moldagem e o diâ-metro externo do pistão de pressão são determinados seremquase iguais, e o vapor e os componentes gaseificados quesão gerados a partir do material de biomassa quando do aque-cimento e prensagem do material de biomassa podem ser manti-dos dentro do tambor de moldagem, a reforma da biomassa pelovapor superaquecido é possivel, e bio-coque possuindo altovalor calorífico e alta dureza pode ser obtido.

Após o material biomassa fraturado ser preenchidono tambor de moldagem, o aquecimento e aplicação de pressãoé realizado sob uma condição de temperatura de 115~230 0C epressão de 8~25 MPa como mencionado acima. Esse processo deaquecimento e pressurização é mantido por 10~20 minutos.

Quanto ao método de aquecimento, é adequado, por exemplo,que um dispositivo de aquecimento tal como dispositivos elé-tricôs de aquecimento seja provido para envolver a circunfe-rência externa do tambor de moldagem e o material de biomas-sa é aquecido através do tambor de moldagem. A prensagem érealizada por meio do pistão de pressão. Quanto ao método deaplicar pressão, é adequado pressionar o pistão de pressãopor meio de uma jaqueta hidráulica a óleo, etc. Todavia, de-ve ser dada atenção, para o fato de poder ocorrer o caso emque a pressão do vapor gerado no tambor de moldagem excedera pressão aplicada pelo pistão de pressão.

Mediante realizar o aquecimento e pressurizaçãosob uma condição mencionada acima, o bio-coque pode ser ob-tido o qual é alto em dureza e alto em valor calorifico semrequerer um excesso na energia de processamento.

Isso é devido ao fato de que, pela realização doaquecimento sob uma condição de temperatura de 115-230 °C, ahemicelulose é termicamente decomposta, celulose e ligninareagem entre si em baixa temperatura em presença de vaporsuperaquecido gerado no tambor de moldagem enquanto da manu-tenção de suas cadeias estruturais, o que atua sinergicamen-te junto com o efeito de prensagem, aumentando desse modo adureza da biomassa solidificada.

É mais preferível que o aquecimento e a prensagemsejam realizados sob uma faixa de temperatura de 185-230 0Ce faixa de pressão de 12-19 MPa.

O bio-coque é resfriado a 40-50 0C ou mais baixopor cerca de 30-60 minutos com o estado pressurizado manti-do, em seguida o bio-coque é retirado do tambor de moldagem.Se o bio-coque é retirado quando sua temperatura é mais altaque a referida faixa de temperatura ou quando o estado pres-surizado não está mantido durante o resfriamento, o efeitode coesão da hemicelulose se reduz. Quanto ao método de res-friamento, o resfriamento natural por ar atmosférico é pre-ferível. Se o tempo de resfriamento é muito curto, a ocor-rência de rachaduras na superfície e a redução da dureza po-de ser induzida.

Além disso, 5-10% de vapor é condensado novamenteno bio-coque logo após ele ser retirado do tambor de molda-gem em decorrência dele ter sido moldado nas proximidades doestado hermético, isto é, sob condições próximas ao vácuo. Adureza pode ser aumentada mediante sua desidratação atravésde sua secagem.

O método de secagem não está particularmente Iimi-tado, e a secagem natural mediante deixar na atmosfera ou asecagem nua sala com temperatura controlada de 80-100 0C po-de ser mencionado, por exemplo.

0 bio-coque produzido através do processo mencio-nado acima é excelente nas suas propriedades fisicas possu-indo peso especifico de 1,2-1,38, resistência compressivamáxima de 60-200 MPa, valor calorifico de 18-23 MJ/kg, quesignifica superior tanto em propriedades de dureza e propri-edades de combustão como comparado, por exemplo, com biomas-sa de madeira não tratada com peso especifico de cerca de0,4-0,6, valor calorifico de cerca de 17 mL/kg e resistênciacompressiva máxima de cerca de 30 MPa.

O bio-coque da invenção é superior em propriedadesde dureza e compressão também como comparado com coque decarvão que possui um peso especifico de cerca de 1,85, re-sistência máxima compressiva de 15 MPa e valor calorifico de29 MJ/kg.

O valor especifico aparente de 1,2-1,38 do bio-coque da invenção é tanto igual àquele do peso especificoreal da biomassa. Desse modo, o bio-coque da invenção temmenos vazios internos, tal que é quase possivel maximizar arelação de carvão por volume e obter uma geração de energiatérmica quase máxima de cerca de 30 GJ/m3. Além disso, suatransportabilidade é maximamente aumentada.

Em seguida, variantes do método de produção dobio-coque de acordo com a invenção serão descritas adiante.Nas variantes apresentadas a seguir do método de produção, oprocessamento de produção propriamente não é alterado, ape-nas os materiais para produzir o bio-coque são mudados.

Numa primeira variante, particulas metálicas sãoacrescentadas ao material de biomassa e a mistura é aquecidae prensada.

Como particulas metálicas a serem acrescentadaspodem ser mencionadas, por exemplo, Fe (ferro), Ni (niquel),Cu (cobre), Mn (manganês), etc.

Quanto ao tamanho da granulação das particulas me-tálicas, quanto menor, melhor. É preferivel misturar parti-culas metálicas de tamanho de grão de cerca de 3 mm ou menor(mais preferivelmente de 0,1 mm ou menor). Isso é para per-mitir às particulas metálicas serem misturadas de modo homo-gêneo e serem colocadas em contato uniforme com o materialda biomassa no tambor de moldagem.

0 bio-coque produzido desse modo irá ter resistên-cia compressiva máxima de 60-200 MPa, valor calorifico de 1-23 MJ/kg, e peso especifico aparente de 1,3-6,0.

0 bio-coque efetivamente absorve o calor aplicadoproveniente do exterior e a reação de contato entre as peçasdos materiais de biomassa é promovido em presença das parti-culas metálicas, o que leva a aumentada resistência compres-siva da biomassa moldada.

As particulas metálicas acrescentadas à matériaprima e conseqüentemente contidas no bio-coque se tornam me-tal derretido no processo de fundição ou de siderurgia quan-do do derretimento.

No geral, em processos de fundição ou de siderur-gia, o ajuste dos ingredientes é requerido no estágio finaldo processamento de acordo com as propriedades requeridaspara o ferro ou aço fundidos (por ex., conversor de aço,etc.). Pela adição de partículas de metais ajustadas previa-mente na relação de mistura de metais para o material da bi-omassa, o ajuste dos ingredientes no estágio final pode seromitido, resultando em redução de custos.

Numa segunda variante, carburetos consistindo debiomassa carbonizada, etc., são acrescentados ao material dabiomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Como o bio-coque contém cerca de 40-50% de carvãosob o ponto de vista bioquímico, ele é inferior em caracte-rísticas de queima da combustão efetuada pela reação de su-perfície de sólido como comparado com o coque de carvão emcerca de 50-60%. Isso não influencia o valor calorifico etemperatura de liberação térmica, todavia, se relaciona àduração da liberação de calor.

Para lidar com isso, nessa modalidade, o bio-coqueé formado mediante compor carbureto (valor calorifico de 33-42 MJ/kg) consistindo de biomassa carbonizada, etc., com ma-terial de biomassa (composto tal que o carbureto é envolvidopelo material da biomassa).

Desse modo, o bio-coque aumentado na relação car-vão por volume e por peso e melhorado na duração da combus-tão e valor calorifico pode ser obtido. Isso significa, queas características de combustão de superfície do sólido po-dem ser aumentadas desse modo.

O carbureto consistindo de biomassa carbonizada,etc., preferivelmente é triturada em peças de 3 mm ou meno-res em tamanho, mais preferivelmente é triturado a pó de 0,1mm ou menor em tamanho de grão.

Não apenas carbureto produzido a partir de materi-al de biomassa mas também carbureto em pó produzido a partirde material de rejeitos derivado a partir de recursos fós-seis podem ser adequadamente utilizados como o carburetomencionado acima.

0 bio-coque do tipo composto por carbureto produ-zido como mencionado acima irá ter resistência compressivamáxima de 60-200 MPa, valor calorifico de 18-27 MJ/kg, pesoespecifico aparente de 1,3-1,4.

Portanto, quando pó de carbureto é misturado a 50%em peso do material total, por exemplo, o bio-coque produzi-do desse modo irá ter aumentada relação de carvão em cercade 75%, em valor calorifico em cerca de 15% a 24,5 mL/kg, etambém será aumentado na duração da combustão.

Numa terceira variante, cinzas da biomassa, etc.,são acrescentadas ao material de biomassa e a mistura é a-quecida e prensada.

Quanto ao material para obter cinzas podem sermencionados rejeitos de alimentos vegetais, sucata de cons-trução não revestidas com tinta contendo CCA (cromo, cobre,arsênico), materiais isolantes térmicos, etc.

No geral, na fundição e siderurgia, F-Si é fundidono alto-forno juntamente com o coque de carvão para acres-centar Si quanto ao ajuste do componente. Embora o materialde biomassa contenha silicio, pela adição de cinzas da bio-massa, etc., ao material de biomassa e moldagem por aqueci-mento e prensagem, o teor de silicio no bio-coque produzidono modo pode ser ajustado sem reduzir o seu valor calorificoe sua dureza.

Numa quarta variante, biomassa contendo enxofrenatural em grande quantidade é acrescentada ao material debiomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Alguns tipos de biomassa contêm enxofre, fósforo,e semelhantes num estado de ácido sulfônico de lignina ousemelhante em 10% ou mais por volume produzido no processode fotossintese. Isso é provocado pelo fato de que uma gran-de quantidade de enxofre e de fósforo, e semelhantes estãocontidos no solo no qual tal biomassa se desenvolve.

Como já mencionado, as propriedades requeridas pa-ra fundir ferro e aço diferem de acordo com os seus propósi-tos pretendidos, e assim é necessário realizar o ajuste decomponentes na etapa final de processamento. Enxofre, fósfo-ro, e semelhantes também precisam ser ajustados.

Portanto, pela adição de biomassa contendo enxofrenatural e semelhante em 10% ou mais em volume em relação aomaterial de biomassa num estado similar em tamanho de partí-cula como aquele do material de biomassa e a moldagem poraquecimento e prensagem, o teor de enxofre e semelhantes nobio-coque pode ser ajustado sem reduzir o valor calorifico ea dureza, e o teor de enxofre e semelhante no ferro fundidoe lingote de ferro pode ser ajustado no processo de fundiçãoou de siderurgia. Como o enxofre, o fósforo, e semelhantesnaturais são compostos como aditivos em lugar da utilizaçãodaqueles contidos originalmente no combustível fóssil, acarga ambiental pode ser reduzida.

Quando ferro fundido ou lingote de ferro contendouma grande quantidade de enxofre ou semelhante é requerido,é adequado produzir bio-coque utilizando apenas material debiomassa contendo uma grande quantidade de enxofre e semelhantes.

Como descrito acima, o bio-coque de acordo com apresente invenção é capacitado para ser usado como uma fontede calor, agente redutor, etc., num cubilô ou alto forno naindústria de fundição de ferro e aço. A alta resistênciacompressiva do bio-coque permite que ele seja usado como ma-terial para diversos propósitos de aplicação. O bio-coque dapresente invenção pode ser transformado num sólido de diâme-tro de 0,1-250 mm e altura de 1-100 mm.

Aqui, como um exemplo de uso, um caso utilizadonum cubilô como alternativa ao coque será explanado.

Uma vista esquemática em seção de um alto forno defusão do tipo cubilô (2) é mostrada na Figura 3, sua tempe-ratura característica na Figura 4, e uma vista em perspecti-va em corte parcial do alto forno na Figura 5.

O auto forno de fusão do tipo cubilô (2) mostradonas Figuras 3 e 5 é um alto forno cilíndrico alongado defundo fechado possuindo uma superfície externa coberta comuma placa de aço (3) e possuindo uma superfície interna for-mada com uma parede de tijolos refratários (4). 0 alto fornotubular (2) tem um furo para carregamento (5) em sua partesuperior, um furo de corrida (6) e um furo de inércia (7)próximo ao seu fundo. Abaixo do furo de carregamento (5) es-tá disposta uma plataforma de carregamento (8). Ligeiramenteacima do furo de corrida (6) está disposta uma ventaneira(11) conectada continuamente a um tubo de vento (9) e caixade vento (10). No fundo do alto forno (12) está disposta umaporta (13).

Quando o alto forno de fundição do tipo cubilô (2)é usado para a fundição de ferro ou na fabricação de aço,primeiramente, o leito de coque (14) é disposto sobre o fun-do (14) do alto forno, e o metal nu (15) e carga de coque(16) são dispostos tal que o metal nu (15) e a carga de co-que (16) formem camadas alternadas de metal nu (15) e cargade coque (16) e espaço vazio é formado entre cada camada.

Aqui, ambos o leito de coque (14) e a carga de co-que (16) são misturas de coque de carvão e bio-coque (1) dainvenção com proporção do bio-coque (1) de vários % a 50%.

A Figura 4a mostra uma distribuição da temperaturadentro do alto forno.

A distribuição da temperatura dentro do alto fornoé como a seguir.

Na região superior (A) onde o metal nu (15) e acarga de coque (16) estão empilhados, a temperatura aumentagradualmente para baixo desde cerca de 500 0C até cerca de1000 °C. Na região inferior (B) onde o leito de coque (14)está disposto, a temperatura aumenta rapidamente até cercade 1800 °C, em seguida se reduz para 1600 °C.

A Figura 4b mostra a classificação das condiçõesno alto forno. Na parte esquerda da Figura 4b é mostrada aclassificação de acordo com a condição do metal nu (15).Uma zona de pré-aqueciraento é formada na parte su-perior onde o metal nu (15) e a carga de coque (16) estãoempilhados de modo alternado. 0 metal nu (15) é pré-aquecidonessa região. Uma zona de fusão é formada na zona fronteiri-ça entre a região superior (A) e a região inferior (B) . 0metal nu (15) é derretido na zona de fusão. Uma zona de su-peraquecimento é formada na parte inferior do alto forno on-de o leito de coque (14) está disposto e a temperatura atin-ge um pico. 0 metal nu (15) derretido na zona de fusão é su-peraquecido na zona de superaquecimento. Uma zona de piscinaliquida onde o metal fundido (18) se acumula é formada naparte de fundo abaixo da ventaneira (11). Na região de baci-a, um metal fundido (18) é coletado.

Na zona de pré-aquecimento, um espaço vazio é for-mado através do qual ar ou o gás de combustão do coque flui.Como o bio-coque (1) da invenção possui resistência compres-siva de cerca de 10 vezes mais forte que aquela do coque decarvão (17), o bio-coque (1) não é destruido pela carga quese aplica desde cima e o espaço vazio pode ser mantido.

Na parte direita da Figura 4b é mostrada classifi-cação de acordo com a condição de reação entre o coque e gásno alto forno.

A zona de fusão e a zona de superaquecimento sãoclassificadas na forma de uma zona de redução e uma zona deoxidação como mostrado no desenho, uma zona superior sendo azona de redução e a zona inferior sendo a zona de oxidação.

Na zona de redução, o CO2 gerado pela reação decombustão na zona de oxidação é reduzido. A zona de reduçãoé formada pela redução do CO2 e também gases resultantes dagaseificação do bio-coque (1) , mais especificamente, pelosgases (CO, H2, etc.) gerados pela decomposição térmica e ga-seificação da celulose e lignina do bio-coque (1). Em outraspalavras, significa que o bio-coque (1) opera como um agenteredutor.

Quando a biomassa é aquecida sob uma atmosfera deredução, a reação exotérmica resultante provoca gaseifica-ção, e também promove a reação de auto-gaseificação. Esse éo motivo pelo qual a zona de redução (isto é, a região naqual a gaseificação do bio-coque (1) ocorre) é formada naparte superior do leito de coque (14) dentro do alto forno.

A zona de oxidação é a zona inferior da zona desuperaquecimento, e a temperatura atinge 600 0C ou mais nazona de oxidação. Na zona de oxidação, o bio-coque (1) écompletamente gaseificado ou queimado (oxidado) a cinzas e ocalor para derreter o metal nu (15) é gerado.

O motivo pelo qual uma tal zona de oxidação (istope, a região na qual ocorre a completa gaseificação ou com-bustão do bio-coque (1)) é formada na parte inferior abaixodo leito de coque (14) é que uma reação de combustão é pro-movida por sopro de ar desde a parte inferior do alto fornoatravés da ventaneira (11).

Agora as propriedades da combustão do bio-coque(1) serão apresentadas.

O coque de carvão (17) possui um valor calorificode cerca de 29 MJ/kg. Por outro lado, o bio-coque (1) tem umvalor calorifico na faixa de 18 a 23 MJ/kg que é ligeiramen-te mais baixo que o do coque de carvão (17). 0 valor calori-fico e a temperatura de liberação de calor do bio-coque mu-dam de acordo com a mudança no seu peso provocada pelo pro-cesso de sua gaseificação/carbonização.

Primeiramente, em temperaturas entre a temperaturaambiente e 250 °C, o bio-coque é apenas aquecido, e uma rea-ção exotérmica não ocorre.

Em temperaturas entre 250 0C e cerca de 600 °C, ocalor é liberado enquanto compostos gasosos tais como CO,H2, etc., vão sendo liberados devido à gaseificação da bio-massa, todavia, a temperatura de liberação do calor tende aser ligeiramente baixa.

A 600°C ou mais, a combustão de carbonização dobio-coque é provocada pela reação de superficie de superfi-cie do sólido e a temperatura de liberação de calor compará-vel àquela do coque de carvão (17) pode ser conseguida. Atemperatura de liberação de calor do bio-coque excede momen-taneamente aquela do coque de carvão (17) e o valor calori-fico de cerca de 33-42 MJ/kg que é comparável àquele obtidoquando o calor é queimado.

Portanto, o valor completo para o bio-coque (1)como uma fonte de energia de fusão pode ser realizado numaatmosfera de 600 0C ou maior.

O processo de fundição de ferro ou processo de fa-bricação de aço usando alto forno de fundição do tipo cubilô(2) construído como descrito acima será apresentado adiante.

Primeiramente, o metal nu (15) e a carga de coque(16) são introduzidos a partir do furo de carregamento (5)ao interior do alto forno de fundição do tipo cubilô (2) co-mo mostrado na Figura 3 e 4, a carga de coque sendo uma mis-tura de coque de carvão (17) e bio-coque (1) com o bio-coque(1) misturado numa proporção apropriada, por exemplo, de vá-rios % a 50% da quantidade total da mistura.

Em seguida, quando o interior do alto forno é a-quecido enquanto fornecendo ar a partir da ventaneira (11),o leito de coque (14) na zona de redução é gaseifiçado, ga-ses voláteis são gerados para aumentar ainda mais a formaçãoda zona de redução. O leito de coque (14) na zona de oxida-ção é completamente gaseificado ou queimado (oxidado).

O empilhamento de metal nu (15) e a carga de coque(16) empilhados em alternância na parte superior do altoforno desmorona, e se movimenta para baixo enquanto sendopré-aquecido à medida que o leito de coque na região inferi-or no interior é gaseificado ou queimado.

O metal nu arrastado é derretido pelo calor geradopela combustão do coque disposto na zona de oxidação, redu-zido pelo ar fornecido a partir da ventaneira (11), e em se-guida retirado através do furo de corrida (6) como metalderretido (18).

0 metal derretido (18) pode ser obtido num estadode temperatura tão quente quanto o metal derretido obtidoquando o coque de carvão convencional é usado ou ainda maisquente, devido às superiores características de combustão dobio-coque (1) na região de alta temperatura como mencionadoacima.

Como o bio-coque da invenção pode ser ajustado emcomponentes no estágio inicial de sua produção, não é neces-sário o ajuste em componentes usando conversor. Isso tornapossivel simplificar as etapas de produção como um todo edesse modo reduzir custos.

Como descrito acima, o bio-coque de acordo com apresente invenção pode ser usado como coque alternativo paramistura com o coque de carvão através de proporção de vários% a 50% na fundição de ferro ou fabricação de aço. Nesse ca-so, efeito similar ou mesmo superior àquele obtido quando100% de coque de carvão é usado pode ser obtido.

Como o bio-coque da invenção pode ser produzidomediante o uso de um equipamento de construção relativamentesimples, o custo de sua produção pode ser reduzido comparadocom o coque de carvão.

Além disso, a redução de carga ambiental terrestrepode ser conseguida pelo uso do coque alternativo, o bio-coque da invenção.

Em seguida, um exemplo de utilização do bio-coquede acordo com a presente invenção como material para diver-sos propósitos de aplicação será apresentado.

Existe uma imensa quantidade de biomassa facilmen-te acessível e tal biomassa é continuamente produzida. A bi-omassa com menos potencial de utilização tal como restos dealimentos, gramineas de leitos de rios ou semelhantes é usu-almente considerado lixo, porque é considerado ter pouco va-lor em sua utilização em muitos casos. Tal biomassa é usual-mente forçada a ser recuperada ou incinerada.

Considerando que a biomassa é fixa em carbono a-través da fotossintese e tem uma estrutura com organizaçãobem ordenada, é possível construir uma circulação continuada estrutura em cascata, isto é, emissão zero na circulaçãoambiental mediante converter tal biomassa na forma de mate-rial para diversos propósitos de aplicação mediante tirarproveito de suas características.

0 bio-coque de acordo com a presente invenção temresistência compressiva máxima de 60-200 MPa que é maior queaquela do ferro. Adicionalmente, o bio-coque pode ser produ-zido a partir de restos de alimentos, gramineas de leitos derios ou semelhantes, cujo valor de utilidade como material émuito grande.

O bio-coque pode ser usado como materiais de pro-dutos do tipo para empilhamento tais como muros de jardins,materiais para ajardinamento; produtos do tipo placas taiscomo painéis para proteção de costas e encostas, tapumes; etc.

Quando da utilização do bio-coque da invenção comoum empilhamento, algum grau de resistência a impacto é re-querido. Para satisfazer esse requisito, é preferível que,por exemplo, partículas de metal sejam acrescentadas ao ma-terial de biomassa em bruto para melhorar a reatividade en-tre os componentes da biomassa, ou que o material de biomas-sa em bruto triturado de modo grosseiro mediante tirar pro-veito da sua natureza fibrosa, é acrescentado para melhorara continuidade entre os componentes.

Como descrito acima, de acordo com a presente in-venção, é tornado possível utilizar a biomassa que é até en-tão descartada, e apresentar direcionamento no qual artigosproduzidos de material plástico derivado de substâncias quí-micas prejudiciais aos organismos humanos são substituídospor artigos derivados de recursos de biomassa continuamenterecicláveis.

Além disso, o bio-coque usado como material paradiversos propósitos de aplicação pode ser usado como umafonte de calor como um material natural. Portanto, quando osartigos produzidos de bio-coque terminam suas funções e sãodescartados, eles podem ser novamente utilizados como mate-rial do bio-coque da invenção, por exemplo, mediante conver-ter o material usado na forma de pó de carvão e misturar como material de biomassa para produzir o bio-coque. Desse mo-do, o sistema de utilização em cascata, isto é, um sistemade uso ciclico da biomassa, é realizado. Além disso, como obio-coque decai normalmente, ele pode ser permitido retornarpara a natureza.

Em seguida, um exemplo adicional de utilização dobio-coque da invenção será apresentado.

Carbureto possuindo alta dureza pode ser fabricadonum periodo curto de tempo mediante expandir mais o métodoaté agora mencionado para produzir bio-coque.

Nesse caso, o bio-coque é aquecido adicionalmenteem atmosfera aberta. A temperatura e pressão são ajustadospara estar de 250-350 0C e 8-16 MPa, respectivamente, paraobter cerca de 10 a 30% de rendimento em peso.

Por meio desse processamento, quase 100% de carbu-reto podem ser obtidos num curto periodo de tempo.

Pelo ajuste da temperatura a 250-350 0C e pressãopara 8-16 MPa, um carbureto homogêneo com alto grau de coe-são pode ser obtido rapidamente.

Por meio desse processamento, ocorre uma reaçãoexotérmica de gaseificação no bio-coque e ele se reduz empeso à medida que a carbonização evolui, e quando completa-mente carbonizado, a matéria sólida é obtida como carvão ve-getal. Quando árvores vivas são carbonizadas sob as mesmascondições como acima, elas são rapidamente gaseificadas de-vido aos efeitos de pressurização, e a matéria sólida obtidacomo carvão vegetal não pode ser obtida, em lugar disso, a-penas cinzas são obtidas.

O carbureto obtido pelo processamento mencionadoacima tem valor calorifico de 30-35 MJ/kg e dureza maior quea do carvão vegetal. A matéria sólida carbureto tem caracte-risticas superiores de combustão sólida e pode ser usada co-mo uma fonte de calor comparável com a do bincho-tan, o me-lhor carvão vegetal no Japão.

Exemplos

Exemplos de bio-coque de acordo com a presente in-venção e método para a sua produção serão detalhados a se-guir.

Exemplo 1

Serragem de cedro japonês são triturados na formade peças de tamanho de cerca de 0,01 mm usando um trituradorproduzido pela Matsushita Electric Works.

O material triturado foi carregado a um tambor demoldagem (um vaso cilíndrico de diâmetro de 40 mm e alturade 250 mm) e o pistão de pressão foi inserido dentro do tam-bém. O material foi aquecido e pressurizado a uma temperatu-ra de cerca de 210 0C e uma pressão de cerca de 16 MPa por10 minutos.

Em seguida, o material foi deixado a esfriar por60 minutos enquanto mantida a pressão. Em seguida o bio-coque foi retirado e secado na atmosfera.

O bio-coque resultante apresentou resistência com-pressiva máxima de cerca de 21 MJ;kg.

Exemplo 2

O bio-coque foi formado pelo mesmo processo comono Exemplo 1, exceto que a temperatura de aquecimento foiajustada para 180 °C.

O bio-coque resultante apresentou resistência com-pressiva máxima de cerca de 80 MPa e valor calorifico decerca de 20 MJ/kg.

Exemplo 3

O bio-coque foi formado pelo mesmo processo comono Exemplo 1, exceto que a temperatura de aquecimento foiajustada para 220 °C.

O bio-coque resultante apresentou resistência com-pressiva máxima de cerca de 120 MPa e valor calorifico decerca de 23 MJ/kg.

Exemplo 4

O bio-coque foi formado pelo mesmo processo comono Exemplo 1, exceto que um tambor de moldagem de diâmetrode 20 mm foi usado e a temperatura de aquecimento foi ajus-tada para 220 0C e a pressão foi ajustada para 20 MPa.

O bio-coque resultante apresentou resistência com-pressiva máxima de cerca de 200 MPa e valor calorífico decerca de 23 MJ/kg.

Exemplo 5

O bio-coque foi formado pelo mesmo processo comono Exemplo 1, exceto que casca arbórea de cipreste japonêsfoi usada em lugar da serragem de cedro japonês.

Cascas arbóreas de cipreste japonês foi solidifi-cada mais rapidamente que a serragem de cedro japonês. Obio-coque resultante apresentou valor calorifico de cerca de21 MJ/kg e resistência compressiva máxima de cerca de 100MJ/kg.

Exemplo 6

O bio-coque foi formado pelo mesmo processo comono Exemplo 1, exceto que uma mistura de 10% de serragem decedro japonês e 90% de casca arbórea de cipreste japonês foiusado como material, e que o material foi aquecido e pressu-rizado até uma temperatura de cerca de 115 0C e uma pressãode cerca de 21 MPa por 15 minutos.

O bio-coque resultante apresentou valor calorificode cerca de 21 MJ/kg e resistência compressiva máxima decerca de 83 MJ/kg. A temperatura de aquecimento foi capaz deser reduzida para cerca de 50 0C devido à presença de macro-moléculas de alto teor fenólico, polifenol ou semelhante,contidas na cascas arbóreas utilizadas.

Exemplo Comparativo 1

O mesmo processo como no Exemplo 1 foi adotado,exceto que a temperatura de aquecimento foi ajustada a 240°C. Nesse Exemplo Comparativo, o material foi inteiramentecarbonizado e não solidificado.

Como descrito acima, é identificado a partir dosexemplos acima e exemplo comparativo que bio-coque superiortanto em valor calorifico e resistência compressiva máximafoi obtido quando a temperatura de aquecimento foi de 115-230 °C. Ao mesmo tempo, quando a temperatura de aquecimentoexcedeu 230 °C, bio-coque não foi obtido devido ao rápidoprogresso da carbonização e gaseificação.

Portanto, como a carbonização e gaseificação evo-luiu rapidamente numa pequena faixa de temperaturas entre230 0C e 240 °C, o limite superior da temperatura de aqueci-mento apropriada para a produção do bio-coque da invençãofoi determinado ser de 230 °C.

Além disso, um experimento para demonstrar a capa-cidade substitutiva do bio-coque para o coque de carvão foirealizada mediante utilizar bio-coque de máxima resistênciacompressiva de cerca de 100 MPa e valor calorifico de cercade 21 MJ/kg com um cubilô real de diâmetro interno de 300 mm(da Naniwa Roki Co., Ltd.).

Exemplo 7

10% de coque integral foi substituído pelo bio-coque da invenção numa operação experimental do cubilô.

Foi verificado que a drenagem do metal foi possí-vel similarmente como no caso do uso de 100% de coque decarvão sem grande diferença.

O ferro fundido resultante apresentou resistênciade tração de 120-160 MPa no teste de tração subseqüente.

Exemplo 8Além disso, 50% do coque integral foi substituídopelo bio-coque da invenção. O resultado foi similar àqueledo Exemplo 4.

A partir desses resultados, foi identificado que aoperação do cubilô pode ser realizada sem diferença daquelado caso de 100% de coque de carvão ser usado mesmo se o bio-coque da invenção é usado como substituto em 50% para o co-que total.

Exemplo 9

Bio-coque possuindo resistência compressiva máximade cerca de 100 MPa e valor calorifico de cerca de 231 MJ/kgfoi adicionalmente aquecido a 300 0C num alto forno de aque-cimento sob pressão de 8 MPa por 20 minutos.

O carbureto obtido por meio desse processamentoapresentou um rendimento em peso de cerca de 20% e valor ca-lorifico de cerca de 34 MJ/kg. O carbureto pode ser chamadobincho-tan artificial, o melhor carvão vegetal no Japão.

Exemplo 10

Gramineas coletadas num leito de rio foram usadascomo o material a ser transformada num bio-coque de empilha-mento. O bio-coque de empilhamento foi moldado mediante uti-lizar um pistão de pressão do qual a face lateral do materi-al foi formada num furo cônico. A moldagem foi realizada sobcondições as mesmas que as do Exemplo 1.

O empilhamento resultante apresentou resistênciacompressiva máxima de cerca de 80 MPa.

Aplicabilidade Industrial

De acordo com o método da invenção, biomassa soli-dificada pode ser produzida com equipamento simples com bai-xo custo, e o bio-coque produzido pelo método pode ser usadocomo um combustível alternativo ao coque de carvão bem comomaterial para uma variedade de propósitos de aplicação.

Breve Explanação das Figuras

A Figura 1 é uma vista externa em perspectiva deum exemplo do bio-coque de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processode produção do bio-coque de acordo com a presente invenção.

A Figura 3 é uma vista esquemática em seção trans-versal de um alto forno de fundição do tipo cubilô quando obio-coque da invenção é usado como alternativa ao coque.

A Figura 4 é um diagrama que mostra as caracterís-ticas de temperatura num alto forno de fundição do tipo cu-bilô quando o bio-coque da invenção é usado como alternativaao coque.

A Figura 5 é uma vista externa em perspectiva eparcialmente em corte de um alto forno de fundição do tipocubilô quando o bio-coque da invenção é usado como alterna-tiva ao coque.

Explanação dos Simbolos

1 - bio-coque

14 - leito de coque

16 - carga de coque

17 - coque de carvão

Claims (14)

1. Biomassa solidificada, CARACTERIZADA pelo fatode que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou maté-ria sólida pré-semi-carbonizada que resulta através de pro-cesso no qual o material de biomassa em bruto que é produtode fotossintese é prensado enquanto sob aquecimento, pormeio do que a matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada possui uma resistência máxima compressiva de 60-200 MPa e valor calorifico de 18-23 MJ/kg.

2. Biomassa solidificada, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida matériasólida pré-semi-carbonizada ou matéria sólida semi-carbonizada possui peso especifico aparente de 1,2-1,38.

3. Biomassa solidificada, de acordo com a reivin-dicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a biomassa solidi-ficada consiste de carbureto que é formado pelo reaquecimen-to e prensagem da matéria sólida semi-carbonizada ou matériasólida pré-semi-carbonizada.

4. Biomassa solidificada, CARACTERIZADA pelo fatode que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou maté-ria sólida pré-semi-carbonizada que resulta através de pro-cessamento no qual uma mistura de material de biomassa embruto, que é produto de fotossintese, e partículas metáli-cas, é prensada enquanto está sendo aquecida.

5. Biomassa solidificada, CARACTERIZADA pelo fatode que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou maté-ria sólida pré-semi-carbonizada que resulta através de pro-cessamento no qual uma mistura de material de biomassa embruto, que é produto de fotossíntese, e um carbureto quepossui biomassa e isto é prensado enquanto está sob aqueci-mento.

6. Biomassa solidificada, CARACTERIZADA pelo fatode que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou maté-ria sólida pré-semi-carbonizada que resulta através de pro-cessamento no qual uma mistura de material de biomassa embruto, que é produto de fotossintese, cinzas de material quepossui biomassa como componente principal e que é reduzido acinzas é prensada enquanto está sendo aquecida.

7. Método de produzir biomassa solidificada,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:triturar o material de biomassa em bruto que éproduto de fotossintese;carregar um tambor com o referido material de bio-massa em bruto triturado;inserir uma pressão aplicando um pistão movediçonum espaço oco do referido tambor carregado com o referidomaterial biomassa em bruto triturado;prensar os referidos materiais biomassa em brutopela aplicação de pressão ao material com a referida pressãoaplicada pelo pistão enquanto o material é aquecido;obter matéria sólida semi-carbonizada ou matériasólida pré-semi-carbonizada mediante manter constante o tem-po de aquecimento e de pressurização;resfriar a referida matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada enquantomantendo pressão da referida prensagem para obter um sólidoresfriado; eretirar e secar o referido sólido resfriado.onde o referido pistão de aplicação de pressão e oespaço oco do referido tambor são formados de modo a terfolga muito pequena entre suas periferias externa e interna.

8. Método de produzir biomassa solidificada, deacordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de queo referido material de biomassa em bruto triturado tem umtamanho de partícula de 3 mm ou menos.

9. Método de produzir biomassa solidificada, deacordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de quea temperatura de aquecimento' é de 115-230 °C, e pressão daprensagem é de 8-25 MPa.

10. Método de produzir biomassa solidificada, deacordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de queas partículas metálicas são acrescentadas quando do carrega-mento do referido tambor com o referido material de biomassaem bruto triturado.

11. Método de produzir biomassa solidificada, deacordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de queum carbureto que possui biomassa como um componente princi-pal é acrescentado ao referido tambor quando do carregamentodo referido tambor com o referido material de biomassa embruto triturado.

12. Método de produzi biomassa solidificada, deacordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de quecinzas do material que possui biomassa como componente prin-cipal e que é reduzido a cinzas é acrescentada quando docarregamento do referido tambor com o referido material debiomassa em bruto triturado.

13. Método de produzir biomassa solidificada car-bonizada a partir de biomassa solidificada da invenção, deacordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:aquecer a biomassa solidificada resfriada e soli-dificada em uma atmosfera aberta,permitir a carbonização da referida biomassa soli-dificada mediante manter a temperatura de aquecimento e apressão de ar durante tempo predeterminado para obter bio-massa solidificada carbonizada.

14. Método de produzir biomassa solidificada car-bonizada, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADOpelo fato de que a temperatura de aquecimento é de 250-350°C, e a pressão de ar sob a qual a biomassa solidificada éaquecida é de 8-16 MPa.