BRPI0617386A2 - dispositivo de gaseificaÇço por um plasma tÉrmico de matÉria para a geraÇço de um gÁs de sÍntese de alta qualidade e processo de gaseificaÇço de matÉria - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE GASEIFICAÇçO POR UM PLASMA TÉRMICO DE MATÉRIA PARA A GERAÇçO DE UM GÁS DE SINTESE DE ALTA QUALIDADE E PROCESSO DE GASEIFICAÇçO DE MATÉRIA A invenção se refere a um dispositivo de gaseificação de matéria que compreende: - um recinto (1) de mistura de um plasma e de matéria a tratar, que compreende aberturas (12, 12', 13, 13', 14) para posicionar meios de injeção de um fluxo da dita matéria e para posicionar pelo menos uma fonte de plasma, e que formam uma zona (300) de mistura homogénea de um fluxo da dita matéria e de pelo menos uma lança de plasma (200, 200'), - uma zona de reação (5a, 5b), de uma mistura da dita matéria e do plasma, em comunicação com uma abertura do recinto e que se estende de maneira axial.
Description
"DISPOSITIVO DE GASEIFICAÇÃO POR UM PLASMA TÉRMICO DEMATÉRIA PARA A GERAÇÃO DE UM GÁS DE SÍNTESE DE ALTAQUALIDADE E PROCESSO DE GASEIFICAÇÃO DE MATÉRIA"
DESCRIÇÃO
DOMÍNIO TÉCNICO E ARTE ANTERIOR
A invenção se refere a um dispositivo de gaseificação debiomassa, pré-tratada ou não, e/ou de detritos orgânicos sólidos e/ou líquidose/ou gasosos tendo em vista a produção de um gás de síntese de altaqualidade, quer dizer que compreende muito poucas impurezas e que é ricoem hidrogênio e em monóxido de carbono.
Numerosos processos têm como objeto a valorizaçãoenergética da biomassa e dos detritos orgânicos para gerar um gás valorizável.Esse último pode ser utilizado para alimentar um processo a jusante de co-geração ou então, se a qualidade do gás o permite, servir como reagente emum processo químico como por exemplo a síntese de combustíveis (de tipoFischer Tropsch notadamente).
Diversas publicações descrevem diversas técnicas degaseificação da biomassa para a geração de um gás de síntese.
Assim, são conhecidos reatores de leito fixo, sejam eles de co-ou contra-corrente, pressurizados ou não. É possível mencionar a título deexemplo as patentes US 4643109, US 56456615 ou então ainda US 4187672.Um certo número de variantes foram notadamente imaginadas para aumentaro nível de conversão da carga carbonada empregada nesse gênero dedispositivo. Entretanto essas técnicas não permitem otimizar a conversão, enotadamente minimizar a formação de metano e de espécies orgânicas maispesadas tais como os alcatrões.
Um outro exemplo é dado no documento GB 2 160 219.
Esse documento descreve um processo de gaseificação queemprega um maçarico de plasma para produzir um gás quente compostoprincipalmente por C02 e por H2 a partir de matéria carbonada, como carvãoou turfa. Essa matéria carbonada é introduzida sob a forma pulverulenta, aomesmo tempo em que um agente oxidante, em uma câmara de combustão. Amatéria carbonada é introduzida na câmara de gaseificação, ou por umconduto anular disposto em torno do gerador de plasma, o que corresponde aum modo de injeção da carga concêntrico ao fluxo de plasma, ou por umalança, o que corresponde a um modo de injeção lateral da carga em relação aofluxo de plasma. Nesse documento, a câmara de gaseificação tem uma formacilíndrica.
Uma cuba cheia de um leito de matéria carbonada sólida,apresenta um eixo quase perpendicular ao eixo da câmara de gaseificação. Elatem como função reduzir o teor em CO2 e H2O da mistura gasosa provenienteda câmara de gaseificação.
Um inconveniente do dispositivo apresentado na patente GB2.160.219 é a grande inércia térmica do dispositivo associado ao processo. Oconjunto do dispositivo deve ser isolado com quantidades grandes derefratário, o que acarreta custos suplementares grandes, e aumentos detamanho do dispositivo. Esse dispositivo apresenta por outro lado uma inérciagrande, com como efeito uma separação entre a grande flexibilidade domaçarico de plasma e a inércia muito grande das zonas de reação.
Por outro lado, com esse tipo de forma cilíndrica da câmara degaseificação, a mistura entre o fluxo de plasma e a matéria é muito limitada, ofluxo de plasma de viscosidade muito alta não sendo ou sendo poucopenetrado pela matéria injetada. Uma tal mistura é então ainda maisimperfeita visto que a parte central axial do escoamento de plasma, emtemperatura muito alta (e em temperatura mais alta do que a temperaturamédia do plasma, ou seja muito superior a 5000 K nos maçaricos de plasmade arco não transferido, esse resultado sendo induzido pelo aquecimento dogás por um arco elétrico centrado no interior do maçarico) e portanto deviscosidade muito alta, permanece, com os modos de injeção e as geometriasde camada de gaseificação conhecidas anteriormente, "inacessível" à matériainjetada.
Por outro lado, a extrapolação de um ou outro dos tipos dereator descritos ou mencionados acima é limitada para além de um certotamanho e portanto de uma certa capacidade de tratamento. Em especial, oaparecimento inesperado de pontos quentes ou de passagens preferenciaispara os gases constitui limitações que constituem um impedimento acima deum certo tamanho, que é função de numerosos parâmetros, e em especial danatureza da carga a tratar.
Também são conhecidos reatores de leito fluidizado,pressurizados ou não, que integram ou não um laço de recirculação. A títuloindicativo, o documento US2004/0045279 apresenta um tal sistema que faz adistinção entre a zona de gaseificação e a zona de combustão, onde uma parteda carga carbonada e/ou do gás gerado por ocasião da gaseificação é utilizadapara trazer a energia necessária para a transformação de gaseificação que é noque lhe diz respeito endotérmica.
A maior parte dos processos que respondem a esse tipo detecnologia sofrem de limitações em temperatura (~1000°C) ligadas àaglomeração possível do leito de acordo com, notadamente, o teor em cinzasdo material a gaseificar. Um outro problema é devido à erosão dos sistemasde recirculação do portador de calor ou do agente fluidificante. Essesprocessos também sofrem limitações em pressão, devido a seu sistema dealimentação em biomassa. Por outro lado sua temperatura de funcionamentolimitada não é favorável à geração ótima de hidrogênio e de monóxido decarbono. Seria necessário subir mais alto em temperatura para favorecer aformação de hidrogênio e de monóxido de carbono. Certas outras técnicasforam propostas, como as técnicas descritas na patente US 6808543, mas elaspermanecem apesar de tudo bastante limitadas em termo de eficácia. Poroutro lado, ainda a fim de controlar os fenômenos de aglomeração de cinzaque tornam impossível a fluidificação da carga a tratar, esse tipo de reatorfunciona em temperatura moderada, a saber em temperaturas inferiores àtemperatura de fusão das cinzas. Essa condição de operação na temperaturainduz, de fato, uma qualidade limitada do gás de síntese gerado por esse tipode reator.
Também são conhecidos reatores de meio com reaçãoprincipalmente constituído por um banho de sais ou de metal fundido.
Esses dispositivos, como o dispositivo descrito na patente US6110239, exploram a faculdade que trais banhos possuem para converter umacarga carbonada em gás majoritariamente composto por monóxido de carbonoe por hidrogênio. Entretanto, esse tipo de processo necessita a utilização derefratários com freqüência pesados para gerir e onerosos. Por outro lado, essestipos de reator sofrem de uma inércia térmica tanto na partida quando naparalisação, o que induz precauções de uso às vezes muito prejudiciais para aexploração do processo.
Os reatores de fluxo arrastado, como os reatores descritos naspatentes US 5 620 487 e US 4 680 035, têm como interesse trazer soluçõespaliativas às limitações de emprego dos reatores de leito fixo e fluidizados.Esses dispositivos necessitam geralmente de um controle muito bom dapreparação da carga a tratar (como a granulometria do que entra para ossólidos), a fim de assegurar uma taxa de conversão suficiente por ocasião desua passagem no reator de gaseificação. Uma atenção específica deve poroutro lado ser trazida ao controle e ao comando da temperatura dentro doreator, e portanto à escolha dos materiais refratários.
Os documentos US 5968212 ou DE 4446803 descrevemtécnicas que permitem gerir zonas tornadas refratárias de constituinte duplo ezonas resfriadas para levar em consideração as restrições térmicas.
Para além dessa diferenciação entre tecnologias, os processoindo linhas visíveis que permitem que o passageiro perceba prontamente ograu de inclinação interna das paredes internas da cabine. Tais linhas po-dem, por exemplo, incluir linhas paralelas à interseção da superfície internada parede lateral e um plano cujo eixo geométrico normal é paralelo aocomprimento da fuselagem. Por exemplo, as linhas definidas pelas juntas depainel 120 ilustradas nas figuras 1a e 1b permitem que o passageiro percebaprontamente o grau de inclinação interna das paredes internas da cabine.Cada passageiro deve então ser perguntado se o segundo desenho de cabi-ne (não consubstanciando a invenção) possui paredes laterais que inclinammais, menos, ou na mesma proporção que as paredes laterais do primeirodesenho de cabine (consubstanciando a invenção) e deve receber uma mar-ca de acordo com sua resposta (+1 para inclinações maiores, 0 para inclina-ções iguais e -1 para inclinações menores). Será apreciado que quanto maisalta a marcação, maior o efeito ótico da modalidade da invenção. Uma mar-cação total de uma amostra de 100 respostas demais de 25 pode ser consi-derada indicativa de que a seção inclinada para dentro da parede lateral damodalidade da invenção parece ter um grau de inclinação interno menor doque o grau real de inclinação interna. Uma marcação total de uma amostrade 100 respostas de 0 ou menos (por exemplo, conduzida com relação auma primeira parede lateral que não consubstancia a invenção em compara-ção com uma segunda parede lateral similar incluindo linhas visíveis permi-tindo que o passageiro perceba prontamente o grau de inclinação interna daparede) pode ser considerada indicativa de que a seção inclinada para den-tro de uma parede lateral não parece ter um grau de inclinação interna infe-rior ao grau de inclinação interna real. Portanto, uma marcação de 25 oumais pode ser considerada como suficiente, mas não necessariamente, con-dição de determinação de se o grau de inclinação interna de uma paredeparece inferior ao grau real de inclinação interna. Acredita-se que apenas emcasos limítrofes uma pesquisa tal como a descrita acima seria necessária,visto que os versados na técnica devem ser prontamente capazes de reco-nhecer esses desenhos de interior de cabine que criam uma aparência visu-al de inclinação interna menor das paredes laterais da cabine em compara-Mais precisamente, essa colocação em contato não concernepor um lado a totalidade do fluxo a valorizar e por outro lado não constituiuma mistura suficientemente estreita com o meio plasmagênico para serplenamente eficaz.
O conjunto das tecnologias existentes induz um certo númerode restrições relativas a sua exploração e/ou à limitação de sua potencialidade.
Sinteticamente, para cada um dos dispositivos atualmenteconhecidos, se apresenta(m) pelo menos um, e na maior parte das vezesvários, dos problemas seguintes:- insuficiência do rendimento em matéria (em hidrogênio emonóxido de carbono),
- necessidade de utilizar um reagente oneroso tal como ooxigênio para evitar qualquer diluição (com nitrogênio) do gás de sínteseproduzido,
- presença maior ou menor de subprodutos de degradação da
biomassa ou dos detritos orgânicos no gás de síntese gerado (alcatrões, ...). Aqualidade dessa mistura gasosa pode então não ser suficiente para que ele sejautilizável como reagente de síntese de processo químico a jusante (como porexemplo o processo Fischer Tropsch),- pequena latitude no que diz respeito ao controle da relação
H2/CO,
- peso de execução, notadamente nas fase de partida e de
paralisação,
- poluição eventual do gás de síntese pelo material refratárioutilizado (desgastes),
- complexidade do comando,
- importância da quantidade de elemento refratário necessáriopara proteger o gaseificador,
- restrições ligadas à escolha do refratário a fim de chegar aum par duração de vida/custo desse último satisfatório, escolha comfreqüência condicionada à composição das cinzas e ao modo de comando doreator (freqüência dos ciclos térmicos),
- dificuldades para trabalhar em pressão e importância dovolume de reação necessário para a transformação o que induz tamanhos dereator prejudiciais (em termo de balanço térmico e/ou de quantidade derefratário necessária para seu guarnecimento),
- e, eventualmente, pequena flexibilidade para poder valorizartanto uma fase condensada (sólida ou líquida) quanto um gás (que poderiapotencialmente se proveniente de um pré-tratamento da biomassa e/ou dosdetritos orgânicos).
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO
A invenção propõe um dispositivo que permite corrigir atotalidade ou parte das dificuldades encontradas nos dispositivos da arteanterior.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, essa últimatem como objeto um dispositivo de gaseificação, por plasma térmico, dematéria para a geração de um gás de síntese de alta qualidade, quecompreende meios ou uma câmara de mistura que permite uma misturahomogênea de pelo menos uma lança de plasma com a carga a tratar. Ainvenção, para levar em consideração a dificuldade de realizar uma misturaplasma/matéria (devido, notadamente, à alta viscosidade da lança de plasma),emprega meios para assegurar a penetração e o percurso mais longo damatéria a tratar no meio de plasma.
A injeção da matéria é realizada em uma zona na qual essaúltima tende a ser homogeneizada no meio de plasma (é a misturaplasma/matérias a tratar que se deseja homogeneizar). Essa injeção érealizada, em relação à lança de plasma, de maneira a penetrar o escoamentoou os escoamentos de plasma (caso de vários maçaricos).Por exemplo a totalidade do fluxo da matéria a tratar é injetada"perpendicularmente" à ou às lanças de plasma.
Por outro lado uma ou várias trajetórias de injeção, na saída doinjetor (ou dos injetores), pode/podem ser linear(es) ou em vórtice (ou em
uma combinação dos dois), de maneira a controlar o tempo de permanênciada matéria.
Um processo de injeção da matéria, de acordo com a invenção,é portanto fundamentalmente diferente dos processos descritos na patente GB2 160 219.
A câmara de mistura ou de gaseificação é de preferênciaesférica ou ovóide, a fim, como explicado acima, de tornar eficaz ahomogeneização do plasma e da matéria a tratar nessa câmara e de minimizaras perdas térmicas.
Essa forma permite uma homogeneização nitidamente melhorque aquela obtida com uma forma cilíndrica.
Em relação às estruturas anteriores, o dispositivo de acordocom a invenção otimiza o meio de reação de plasma e reduz o tempo depermanência necessário para converter a carga carbonada. Assim as perdasnas paredes podem ser tornadas aceitáveis na zona de mistura na medida emque a reatividade da lança de plasma (lá onde reina um nível de temperaturalocal muito elevado, com presença de moléculas dissociadas ou ionizadas) éutilizada da melhor maneira possível para a conversão. No plano tecnológico,o dispositivo de acordo com a invenção propõe uma zona de reação detamanho e uma quantidade de refratário reduzidos em relação aos dispositivosda arte anterior.
Um dos outros interesses do dispositivo que é objeto dapresente invenção reside no fato de que o volume dos resíduos gerados pelodispositivos é ou equivalente, ou menor do que aqueles induzidos pelosdispositivos descritos no estado da arte. Por outro lado, o resíduo é inerciadodevido a sua vitrificação in situ o que permite portanto uma utilizaçãosecundária ou uma colocação em descarga menos onerosa.
A presente invenção propõe por outro lado uma combinaçãode dois subconjuntos principais, meios ou um subconjunto de mistura (queassegura também em parte um pré-tratamento da carga ou, no mínimo, suacolocação em temperatura) e meios ou um subconjunto de reação.
Os meios de mistura compreendem meios para posicionarmeios de injeção de um fluxo de matéria e para posicionar pelo menos umafonte de plasma para formar pelo menos uma lança de plasma, e formam umazona de mistura homogênea do fluxo da dita matéria e de pelo menos umalança de plasma.
Meios, disposto a jusante da zona de mistura, em um sentidode escoamento dessa mistura, formam uma zona de reação da mistura da ditamatéria e do plasma.
Assim o reator é composto por uma câmara de mistura e poruma zona ou câmara de reação. Em funcionamento, o plasma ocupa uma partegrande do volume da câmara de mistura e a mistura plasma/gasesquentes/partículas quentes, em decorrer de conversão, se propaga na zona dereação confinada para evitar o aparecimento de grandes gradientes detemperatura que poderiam ocasionar a formação de espécies não desejadascomo o metano ou alcatrões.
De acordo com um modo especial de realização, meiospermitem captar ou acompanhar a temperatura na zona de reação, e essamedição da temperatura pode ser utilizada para controlar, na zona de mistura,a injeção de um produto para formar uma camada de proteção da paredeinterior da zona de mistura e da zona de reação em função da temperatura nazona de reação.
A invenção também se refere a um dispositivo de gaseificaçãopor um plasma térmico de matéria para a geração de um gás de síntese da altaqualidade que compreende:
- um recinto de mistura de um plasma e de matéria a tratar, quecompreende aberturas para posicionar meios de injeção de um fluxo da ditamatéria e para posicionar pelo menos uma fonte de plasma, e que formamuma zona de mistura de um fluxo da dita matéria e de pelo menos uma lançade plasma,
- uma zona de reação, de uma mistura da dita matéria e doplasma, em comunicação com uma abertura do recinto e que se estende demaneira axial a partir dessa abertura,
- meios para medir uma temperatura na zona de reação,
- meios para controlar, na zona de mistura, a injeção de pelomenos um produto que permite formar uma camada de proteção da paredeinterior da zona de mistura e da zona de reação em função da temperaturamedida na zona de reação.
A invenção permite realizar um dispositivo que minimiza ouque evita a utilização de materiais refratários clássicos e onerosos para asparedes da zona de mistura e da zona de reação. De fato, a formação de umacamada de proteção adequada e controlada permite reduzir as perdas térmicasna parede e os fenômenos de corrosão dessa última sem utilizar refratáriosespecíficos.
A zona de reação tem de preferência uma forma e um volumeque impõem à carga a tratar um tempo de permanência suficiente para realizaras reações químicas. Essa zona de reação leva também em consideração oaumento do fluxo gasoso que resulta dessas transformações. A zona demistura e a zona de reação são de preferência objetos de dimensões reduzidas.Uma parede resfriada pode por outro lado garantir uma inércia muito pequenaao processo, e portanto condições de segurança melhoradas.
A parede da zona de reação e/ou da zona de mistura podecompreender, ou ser constituída de, um material metálico refratário.A zona de mistura pode compreender, como já foi explicado,um recinto de forma específica, e notadamente esférica ou ovóide,especialmente adaptadas para minimizar o volume da zona de mistura eportanto as trocas térmicas com o exterior.
A saída da zona de reação pode ser equipada com meios, porexemplo uma tubeira, que induzem uma expansão para a condensação dosgases de síntese.
Um dispositivo de acordo com a invenção compreendevantajosamente pelo menos uma ou duas fonte(s) de plasma, dispostas demaneira a orientar o escoamento de uma mistura de matéria a tratar - plasmapara a zona de reação.
Um dispositivo de acordo com um dos modos de realizaçãoacima pode compreende por outro lado meios para alimentar pelo menos umafonte de plasma com pelo menos em parte pelo menos um gás que provém dagaseificação (reciclagem dos gases).
Meios podem se previstos para resfriar a zona de mistura e/oua zona de reação.
A zona de mistura e/ou a zona de reação pode ser por outrolado revestida com um material que constitui uma camada protetora, porexemplo um refratário.
Meios de purificação e/ou de limpeza do gás de síntese podemser dispostos na saída da zona de reação.
Os meios de purificação e/ou de limpeza podem compreenderuma zona de pré-imersão.
Esses meios podem compreender meios para captar matériascondensáveis.
De acordo com um modo de realização, um dispositivo degaseificação de matéria de acordo com a invenção pode compreender umprimeiro e pelo menos um segundo dispositivo de gaseificação, dispostos demaneira escalonada, pelo menos um desses dispositivos sendo um dispositivode acordo com a invenção.
A invenção também se refere a um processo de gaseificação dematéria que compreende:
- a injeção da dita matéria e de pelo menos uma lança deplasma em uma zona de mistura na qual a dita matéria e o fluxo da dita lançade plasma se encontram e se misturam,
- a formação de uma reação da dita matéria e do plasma, edepois a manutenção dessa reação em uma zona de reação, disposta a jusanteda zona de mistura.
Uma temperatura pode ser medida na zona de reação. Emfunção dessa temperatura na zona de reação, é possível controlar uma injeção,na zona de mistura, de um produto para formar uma camada de proteção daparede interior da zona de mistura e de reação.
A matéria a tratar pode ser pelo menos em parte sólida, e/oulíquida e/ou gasosa. Ela é por exemplo biomassa sólida, e/ou detritosorgânicos e/ou um resíduo líquido, e/ou um gás. Essa matéria pode provirpelo menos em parte de um tratamento de pirólise e/ou de gaseificação, porexemplo de acordo com a invenção ou provenientes de outros tipos deprocessos conhecidos.
A ou as lança(s) de plasma pode(m) ser formada(s) por pelomenos um maçarico de arco não transferido.
Pelo menos um maçarico de plasma pode ser alimentado emparte por pelo menos um gás obtido por um processo de gaseificação, porexemplo um processo de acordo com a invenção.
O produto para formar uma camada de proteção da paredeinterior da zona de mistura compreende por exemplo um óxido ou umcarboneto.
A reação é iniciada na zona de mistura e é favorecida peladissociação dos gases plasmagênicos.
Pelo menos duas lanças de plasma podem ser utilizadas, demaneira a dirigir a mistura de matéria — plasma para a zona de reação.
A temperatura média na saída da zona de mistura pode estarcompreendida entre IOOO0C e 2000°C, com localmente temperaturas no seioda lança que podem estar compreendidas, por exemplo, entre 3000 K e 8000Κ. A temperatura na zona de reação se situa também entre 1000oC e 2000°C.
Uma gaseificação de acordo com a invenção pode ser realizadacom a adição de um gás reagente que compreende ar, e/ou oxigênio, e/ouvapor de água, e/ou dióxido de carbono, e/ou metano ou uma combinaçãodessas diferentes espécies.
Diversas adaptações são portanto possíveis no que diz respeitoaos diversos modos de funcionamento de um dispositivo de acordo com ainvenção.
Um dispositivo e um processo de acordo com a invençãopermitem dobrar (em relação a um processo clássico de tipo FICFB) aprodução de hidrogênio e de monóxido de carbono graças a um complementoexterno de potência elétrica. Essa técnica evita por outro lado a formação dedióxido de carbono e de vapor de água ligada a uma gaseificação comoxigênio.
A invenção permite a produção de um produto gasoso a partirde biomassa e/ou de detritos orgânicos, o dito produto tendo umaconcentração em poluentes orgânicos (notadamente em alcatrões) inferior a 1mg/Nm3 , e mesmo inferior a 0,5 mg/Nm3 . Uma tal pureza permite umautilização tendo em vista uma síntese, notadamente uma síntese decombustível.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
- a figura 1 representa um dispositivo de acordo com ainvenção,- as figuras 2A e 2B representam variantes de uma zona dereação de um dispositivo de acordo com a invenção,
- a figura 3 representa um outro dispositivo de acordo com ainvenção, em configuração não simétrica,
- a figura 4 representa um outro dispositivo de acordo com ainvenção, em configuração escalonada.
EXPOSIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO ESPECIAIS
Um primeiro modo de realização da invenção vais ser descritoem ligação com a figura 1.
Um dispositivo de acordo com a invenção compreende umprimeiro subconjunto 1, primeiros meios, que formam uma zona de misturade uma matéria a tratar 3, 3' com o ou os fluxos (ou lanças 200, 200') de umou de vários dispositivos 2, 2' geradores de plasma.
A matéria a tratar pode ser sólida, ou líquida ou gasosa. Ela é,por exemplo, biomassa sólida finamente dividida e/ou um produto de pirólise,e/ou detritos orgânicos e/ou um resíduo líquido, e/ou ainda um gás. Essamatéria (notadamente o caso de um gás) pode, pelo menos em parte, provir,ou ser um subproduto, de um tratamento da matéria a tratar. Esse é ocaso deuma reciclagem de gás para alimentar os geradores de plasma 2 e 2' quesimbolizam as setas 210e210' da figura 1. A reciclagem de gás pode tambémprovir de uma etapa a jusante ao presente processo (caso de uma reciclagemde gases de topo provenientes de uma operação de Fischer-Tropsch porexemplo).
Aberturas 13, 13' permitem injetar o fluxo de matéria a tratarcom o auxílio de meios de injeção 130, 130'. Serão levadas em consideraçãoa resistência em temperatura e a aptidão das mesmas para fornecer um fluxocontrolado, a uma pressão adaptada às condições impostas no dispositivo. Atítulo de exemplo, esses meios de injeção podem compreender, no caso deuma alimentação em líquido, um nebulizador ou uma extremidade de tuboreta que permite uma colocação sob pressão. Por exemplo ainda, para o casode sólido a valorizar, é possível utilizar meios de transporte pneumático sobpressão.
Os meios de injeção permitem a realização de trajetórias deinjeção da matéria a tratar, essas trajetórias sendo lineares, ou em vórtice, ouhelicoidais ou trajetórias de injeção dessa matéria que resultam de umacombinação de movimentos linear e rotativo.
Um ou vários maçaricos de plasma 2, 2' preferencialmente dearco soprado, são dispostos em torno do recinto de maneira a poder injetar umplasma dentro desse último.
Um tal maçarico funciona de preferência ou com um gásproveniente diretamente (depois de eventual tratamento e/ourecondicionamento) de um tratamento de acordo com a presente invençãoe/ou com um gás proveniente de um processo a jusante unido a essa última(reciclagem). É possível também utilizar, eventualmente em combinação comos precedentes gases, um reagente (H2O e/ou CO2, e/ou O2 e/ou arnotadamente) escolhido de tal modo que um compromisso satisfatório sejaencontrado entre os diferentes critérios de aceitabilidade relativos àcomposição do gás gerado pela presente invenção (relação H2/CO, volume degás reciclado), e a rentabilidade do processo (ligada notadamente ao balançode matéria e ao balanço energético).
Em especial, a título de exemplo, a alimentação de pelo menosum dos maçaricos pode ser realizada com o auxílio de uma pequena parte davazão de gás de síntese, obtida pelo tratamento de acordo com a invenção (oque é simbolizado pelas setas 210, 210' em traços interrompidos), na saída dodispositivo ou ainda por um gás dito "de topo" proveniente da reação Fischer-Tropsch (composto notadamente de metano). E possível também escolherágua, sob a forma de vapor ou diretamente líquida, de acordo com aaceitabilidade dos maçaricos.De preferência, o ou os maçarico(s) 2', 2' é/são de tipo de arconão transferido. Esse tipo de maçarico não necessita de fato de contra eletrodoexterno ao maçarico e pode portanto ser substituído sem intervenção nointerior do subconjunto de mistura. A temperatura na perpendicular à lança deplasma é da ordem de vários milhares de 0C (2000°C a 3000°C ou mais).
A ou as fontes de plasma, e um ou vários injetores, podem serdispostos de maneira a orientar o escoamento de uma mistura de matéria atratar - plasma para a zona de reação.
A utilização de vários maçaricos permite atingir uma potênciaaumentada no seio do dispositivo e/ou beneficiar de uma simetria em relaçãoa um eixo XX' de uma zona de reação 5a, 5b disposta a jusante da zona demistura. Essa zona de reação permite assegurar um tempo de permanênciasuficiente à carga a valorizar para atingir o nível de conversão esperado. Umatal simetria permite controlar a complexidade dos fenômenos de mistura eminimiza o impacto térmico dos escoamentos de plasma nas paredes. Elapermite eventualmente simplificar os parâmetros de entrada que levam àotimização da mistura de gás plasmagênicos/fluxo a tratar. A assimetria dosistema entretanto não deve ser proscrita visto que ela contribui para ahomogeneização dos escoamentos.
Os meios Iea disposição das fontes de plasma permitemtambém reorientar o escoamento de plasma fornecido pelo(s) maçarico(s) detal modo que a mistura de gás plasmagênico-matéria a tratar siga globalmente,na saída do subconjunto de injeção, o eixo longitudinal XX' da zona dereação 5a, 5b.
A simetria permite por outro lado limitar assimetrias dedesgaste, quer dizer uma repartição desigual dos fenômenos de corrosão e/oude desgaste das paredes interiores da zona 1 submetidas ao fluxo de gasesplasmagênicos.
A fim de permitir um funcionamento contínuo otimizado, épossível realizar um dispositivo próprio para receber vários maçaricos, emeios de isolamento que permitem isolar uma das entradas 12, 12'. Essaconfiguração permite a manutenção de um maçarico ao mesmo tempo em quepermite paralelamente o funcionamento dos outros maçaricos quedesembocam no seio do subconjunto de mistura 1.
A zona 1 de mistura desemboca, a jusante, em uma primeiraparte 5a da zona de reação.
Uma saída 15 da zona de mistura leva a essa zona de reação 5a, que apresenta um eixo XX' que pode ser por exemplo aquele provenientedo fluxo de plasma que resulta comumente da confluência das lanças deplasma 200, 200' dos maçaricos (caso em que vários maçaricos sãoutilizados). Em outros modos de realização, esse eixo XX' pode se afastardaquele do(s) dispositivo(s) de alimentação do fluxo a tratar: esse é emespecial o caso para a configuração que só utiliza um maçarico de plasma,como ilustrado por exemplo na figura 2.
Meios 50, por exemplo de tipo pirômetro permitem captar oumedir uma temperatura nessa zona 5a de reação.
Essa medida de temperatura é utilizada por exemplo sobcontrole de um dispositivo eletrônico ou de um microcomputador 52programado para isso, para controlar meios 140 de injeção, na zona demistura 1, de um produto 4, por exemplo um óxido (tal como notadamente, atítulo de exemplo, MgO, e/ou FeO, e/ou CaO, e/ou Al2O3 e/ou SiO2) paraformar uma camada de proteção da parede interior da zona de mistura 1 e dazona de reação 5 a em função da temperatura na zona de reação 5 a. A seta 55simboliza esse controle.
Esse controle pode ser utilizado, notadamente em caso deflutuação de vazão ou da natureza da carga a tratar, ou ainda em caso deinadequação entre as temperaturas de fusão das cinzas constitutivas da carga avalorizar e a temperatura visada no seio do dispositivo. A adaptação dapotência elétrica aplicada perpendicularmente ao dispositivo pode ser umoutro meio de controle.
Na ausência dessa injeção, um depósito natural pode se formarsobre as paredes internas do dispositivo, notadamente no caso de cargas quecontêm cinzas.
Uma diminuição de temperatura, nessa zona 5 a, induz umaumento da espessura do depósito sobre a parede interna dos subconjuntos 1 e5a, 5b (mas também 60). O depósito assim constituído vai induzir umadiminuição das perdas térmicas na parede. Essa diminuição vai então por suavez provocar uma diminuição da espessura do depósito sabendo que atemperatura de fusão desse último é fixada para uma mesma composição.
A fim de se liberar dessa correlação, pode ser vantajoso injetarde acordo com o modo e o comando descrito precedentemente um produtopara adaptar a temperatura de fusão do depósito. Esse depósito permiteaumentar o isolamento da zona ou do recinto 1 e da zona 5a, 5b e evitarperdas térmicas.
A camada de proteção das paredes interiores das zonas 1 e 5a,5b permite também uma proteção contra a corrosão.
Os meios 1 podem ter, como ilustrado na figura 1, a forma deum recinto equipado com interfaces ou com aberturas ou com orifícios 12,12', 13, 13', 14, essa forma permitindo confinar o fluxo de matéria a tratar eum ou vários fluxos de plasma 200, 200' fornecido por um ou váriosmaçaricos 2, 2'.
Os meios ou o recinto 1 permitem, a fim de homogeneizar aalimentação em matéria 3, 3' realizar um contato ótimo entre o fluxo dematéria a tratar e a ou as lanças 200, 200' dos plasmas. Notadamente, a formado recinto permite garantir uma colocação em contato que é a mais estreitapossível, no volume das lanças 200, 200' geradas pelos maçaricos de plasma,da matéria 3, 3' a tratar e/ou a valorizar. Esse contato estreito resultanotadamente de uma injeção forçada da matéria a tratar, que é dirigida para ouna ou nas lanças 200, 200' dos plasmas. Assegura-se assim uma injeção emuma câmara de mistura, que impõe uma trajetória da matéria no meioionizado gerado pelo maçarico (cujas características de temperatura e decomposição, e de condutividade térmica (não homogêneas axialmente eradialmente) fazem dele um meio bastante reagente).
Os meios 1 permitem também homogeneizar a mistura de gásplasmagênico/material a tratar devido a turbulências geradas pelo escoamentode gás plasmagênico (lanças 200, 200') através da suspensão de matéria atratar e pela confluência da lança ou das lanças de plasma 200, 200' com essamatéria.
Por outro lado, essa homogeneização é reforçada por umaumento da seção de passagem (entre a seção do(s) maçarico(s) e a seção dosubconjunto de injeção) que permite a homogeneização dos gradientes develocidade de escoamento do gás plasmagênico.
O fluxo de matéria a tratar 3, 3' e o ou os fluxos da ou daslanças de plasma 200, 200' se encontram em uma mesma zona de confluência300 de modo que a mistura desses dois fluxos é forçada. Disso resulta poroutro lado uma iniciação da reação dentro da câmara de plasma 1, antes que amistura realizada entre dentro da zona ou no subconjunto de reação 5a, 5bsituado a jusante.
A cinética de decomposição da matéria em meio de plasmapode ser caracterizada ou acompanhada por meios ópticos. Tais meiospermitem por exemplo perceber a densidade de partículas no meio de plasma.
De preferência, o recinto permite por outro lado suportareventuais variações de fluxo térmico. Tais variações podem aparecer naparede interna do recinto, e podem ser devidas a uma eventualheterogeneidade e/ou descontinuidade da alimentação do fluxo de matéria atratar ou a uma paralisação voluntária do sistema ou a sua nova partida. Umatal paralisação voluntária deveria ter uma cinética de preferência rápida, a fimde minimizar o tempo de indisponibilidade do conjunto do dispositivo (tempode indisponibilidade anual de preferência inferior a 10%). Uma paralisação deum ou de vários maçaricos de plasma 2, 2' pode também se produzir, porexemplo em caso de manutenção rotativa nos sistemas de aquecimento. Orecinto é portanto de preferência feito de um material que suporta as variaçõesde fluxo térmicas esperadas em sua superfície interior 100. Ele é por exemplofeito de um material metálico refratário, tal como um aço refratário resfriado.Um recinto feito de material refratário clássico, de tipo tijolo ou concreto teriaum preço de custo muito alto (devido à necessidade de substituição periódica)e uma inércia térmica muito grande, e não seria possível paralisar ou dar umanova partida rapidamente ao sistema.
O recinto 1 pode ser munido de meios de resfriamento. Essesmeios são de preferência dispostos em torno do recinto. Eles compreendempor exemplo um invólucro duplo 40 com circulação de um fluido deresfriamento 41, por exemplo água pressurizada.
Como será visto mais adiante, esses meios de resfriamentopodem ser também utilizados para resfriar a zona de reação, e notadamente aparte 5a dessa zona.
Se for necessário, essa estrutura pode ser vantajosamenteforrada por um material refratário complementar (por exemplo carboneto desilício SiC) mas de acordo com uma espessura restrita devido à presença, porocasião do funcionamento do sistema, de depósito que protege a parede. Esseforro complementar permite agüentar ou absorver uma eventual variaçãotérmica maior ou menor e repentina.
A superfície de troca entre o interior do recinto e a atmosferacircunvizinha, superfície na qual a perda térmica é proporcional, é depreferência a menor possível ou pelo menos escolhida tal para que as perdastérmicas do dispositivo (que englobam as perdas perpendicularmente aorecinto 1) não sejam superiores a 15% (e mesmo 10%) da potência injetada.Uma forma esférica (caso da figura 1) ou ovóide é, desse ponto de vista,ótima. Como indicado abaixo, e em ligação com a figura 3, o diâmetro ou adimensão máxima dessa esfera ou dessa forma ovóide pode ser por exemploda ordem de algumas centenas de mm, por exemplo compreendido entre 200mm e 400 mm ou 500 mm para uma potência da ordem de alguns megawatts.
A presente invenção pode funcionar sob pressão. Isso permitediminuir o volume do recinto 1 (um tal volume realizável ou compatível comuma utilização industrial pode ser calculado a partir das indicações dediâmetro dadas acima), e portanto suas perdas térmicas mas tambémeconomizar uma eventual etapa de compressão no caso de uma união com umprocesso a jusante que deve empregar um gás de síntese sob pressão (porexemplo para um processo de síntese Fischer Tropsch que funciona a umapressão de cerca de 30 bars).
Os meios de alimentação são de preferência implantados nosdiversos orifícios de injeção 12, 12', 13, 13', 14 do recinto de tal modo paraque o ângulo de incidência do fluxo a tratar com o escoamento de plasmafornecido pelo maçarico (ou então o escoamento global que resulta dautilização de vários maçaricos) possa maximizar o ou os desempenhos dosubconjunto. Em especial, a título de exemplo, uma configuração possível éaquela apresentada na figura 1: os dispositivos de alimentação e os maçaricosestão situados no mesmo plano e os ângulos entre sistemas de alimentação emaçaricos são todos próximos de 30°.
A abertura 14, que também desemboca no subconjunto demistura 1, permite posicionar os meios 140 que permitem incorporar à carga atratar um composto (ou uma mistura de compostos) que apresentampropriedades físico-químicas que asseguram a formação de um filme (ou deuma camada) protetor, na parede interna do subconjunto de injeção, e naparede interna do subconjunto de reação (parte 5a e/ou 5b). Esses meios 140podem ser comandados, como já explicado acima, com o auxílio de umainstrução de monitoramento baseada na temperatura do subconjunto ou domeio de reação 5a. Esse acrescentamento de um tal composto é especialmenteadaptado ao caso em que as características da carga não permitem seutratamento em condições satisfatórias, por exemplo na medida em que ascinzas constitutivas do fluxo a tratar não possuem uma temperatura de fusãosuficientemente próxima daquela que deve ser imposta no seio dogaseificador.
Os meios de reação 5a, 5b, ou a zona de reação, sãodiretamente contíguos à zona de mistura 1. A saída 15 dessa última zonachega diretamente na entrada dessa zona de reação 5 a como indicado nafigura 1.
Como explicado acima, a reação pode já estar iniciada na zona1. Mas o essencial da reação matéria - plasma ocorre nessa segunda zona 5a,5b, na qual a matéria permanece mais tempo do que nessa mesma zona 1.Dito de outro modo essa zona permite principalmente perfazer a conversão dofluxo a tratar, começada no subconjunto 1 de mistura. Para isso, um segundovolume de reação 5b, de preferência significativamente superior àquele daprimeira zona de reação 5 a (por exemplo da ordem de IOn vezes maior, com ηsuperior ou igual a 1) pode ser unido ao primeiro volume 5 a. Esse segundovolume permite prolongar a zona de reação e portanto o tempo depermanência desejado.
De acordo com a natureza do fluxo de matéria a tratar ou avalorizar, esse subconjunto de reação ou essa zona de reação 5a, 5b podetomar várias formas. Ela pode por exemplo compreender:
- um reator de fluxo arrastado,
- ou um reator auto-cadinho,
- ou um reator ciclônico.
São utilizados o menos possível matérias refratáriostradicionais para esse subconjunto de reação,e de preferência um materialmetálico refratário. Essa zona de reação pode ser resfriada para permitir aformação de depósitos de resíduos provenientes do tratamento da carga atratar e preservar o material metálico refratário protegido. Uma camada ouuma crosta sólida que resulta desses depósitos constitui uma espessura deproteção térmica e também de proteção em relação à corrosão. O resfriamentopode ser assegurado pelo duplo invólucro 40, 41 e pela circulação de fluido42 já mencionada acima para a zona 1.
E interessante notar que um resfriamento da zona de reação 5 a,5b deveria em princípio provocar perdas térmicas grandes. De fato, oresfriamento age primeiro como um meio para formar, a partir dos fundentesda matéria a tratar, uma camada ou uma crosta de proteção que, comoindicado acima, realiza tanto um isolamento térmico quanto uma proteçãocontra a corrosão.
Esse mecanismo limita sensivelmente a utilização de matériasrefratárias cuja qualidade seria maior sem a exploração desse fenômeno dedepósito.
A parte 5a da zona de reação pode ter uma forma divergente,como ilustrado nas figuras 2A e 2B. A parte divergente permite levar emconsideração o aumento de volume de gases produzidos por ocasião daconversão da carga a tratar.
Opcionalmente, meios de imersão permitem, de acordo com oobjetivo visado e a natureza do fluxo a tratar, purificar o gás de síntese de suafração inorgânica e fixar sua composição. Esses meios ou esse sub-sistema 60de imersão são/é situado(s) a montante de elementos 70 complementares àpresente invenção, que permitem a purificação e/ou a limpeza do gás geradopelo dispositivo que é o objeto da presente invenção.
Os meios 60 compreendem por exemplo um elemento de tipotubeira divergente 61 ou ainda um sistema de "quench" específico (comoaquele descrito na patente US 6613127), que incorpora, ou não, um sistemade nebulização a fim de captar as matérias condensáveis (as cinzasnotadamente). Um separador inercial 70 permite a purificação e/ou a limpezado gás gerado.
Uma variante da invenção, em configuração assimétricasimplificada, de um maçarico, é ilustrada na figura 3. Referências idênticas àsreferências da figura 1 designam nela elementos idênticos ou similares aoselementos dessa figura 1. Nessa figura 3, os outros elementos (meios dealimentação 130, 130' em matéria a tratar, meios de alimentação 140 emcompostos que permitem formar um filme protetor, laço 210, 210', meios demedição de temperatura 50, laço de retroação 55, etc) da figura 1 não estãorepresentados mas fazem parte desse modo de realização.
As dimensões indicadas nessa figura são dadas abaixo a títuloindicativo para uma potência desenvolvida da ordem de 100 kW:
- d1 está compreendido entre 150 e 200 mm,
- d2 está compreendido entre 300 e 400 mm,
- L1 está compreendido entre 500 e 3000 mm,
- L2 está compreendido entre 1000 e 5000 mm.
A vazão em volume do maçarico é de preferência a menorpossível (para apesar de tudo assegurar uma potência de aquecimentosuficiente ao mesmo tempo em que limita a utilização de um grande volumede gás). A título indicativo, essa vazão pode ser por exemplo da ordem de umvalor alvo inferior a 100 Nm3/h. Como já indicado acima, essa vazão poderávantajosamente ser constituída pelo gás produzido pelo dispositivo(reciclagem).
Para essa potência, o dispositivo é próprio para convertervazões de biomassa (normatizadas em base seca) da ordem de 200 kg/h.
Para uma potência de maçarico de vários MW, por exemplosuperior a 2 MW ou a 5 MW ou mesmo a 10 MW, é possível tratar váriastoneladas por hora de matéria, por exemplo 5 toneladas/hora ou mais, porexemplo 10 toneladas/h ou ainda mais. As dimensões do dispositivo sãoadaptadas a partir das indicações dadas acima.
Para o pós-tratamento de gases provenientes de um primeiroestágio de gaseificação clássica (processo autotérmico clássico, de tipoFICFB), a potência a aplicar é da ordem de 1 MW por tonelada de gás a tratar.
A título indicativo, a temperatura média no seio dosubconjunto funcional poderá ser próxima de 1300-1500°C para uma lança deplasma de temperatura próxima de cerca de 5000-7000 K.
As dimensões de um dispositivo simétrico de dois maçaricos,tal como ilustrado na figura 1,poderão a título indicativo ser da ordemdaquelas mencionadas para a versão assimétrica (figura 3). O número demaçaricos influencia principalmente a potência desenvolvida pelo dispositivo,na medida em que, aqui, um só maçarico suplementar vem equipar osubconjunto de mistura. Mais geralmente, o número de maçaricos pode seradaptado às necessidades dos processos (potência a desenvolver, gestão deocupação de espaço e de manutenção, ...). Para um número de maçaricosmaior do que para os casos mencionados nos exemplos de realização, asordens de grandeza das cotações precitadas devem ser recalculadas levando-se notadamente em consideração a potência unitária dos maçaricos e asrestrições de fluxos mássicas e térmicas.
Outras variantes e configurações são possíveis. Por exemplo, épossível realizar vantajosamente, de acordo com as restrições específicasligadas ao processo, empilhamentos mono-maçarico ou multi-maçaricos, commono ou multi-alimentação escalonada, de 2 ou 3 ou mais de 3 estágios.
A figura 4 representa um conjunto mono-maçarico com multi-alimentação escalonada.
Esse conjunto compreende de fato dois estágios 230, 250, cadaum deles realizado de acordo com um dos modos de realização da presenteinvenção. E possível também ter um dispositivo que compreende um estágiode acordo com a arte anterior e, a jusante, um estágio de acordo com apresente invenção. Um tal conjunto permite aumentar a capacidade detratamento da matéria a tratar. Por outro lado o segundo estágio 250 permitefinalizar uma conversão ou um tratamento que não teria podido sê-lo peloprimeiro estágio 230. Cada estágio compreende aberturas 13, 13', 131, 131'em matéria a tratar. Os outros elementos das figuras 1 ou 3 não sãorepresentados nessa figura 4, mas cada estágio 230, 250 pode ter aconfiguração da figura 1 ou 3.
Por outro lado, o número de maçaricos por subconjunto demistura é só principalmente limitado pelo volume deles perpendicularmenteao subconjunto, que permite assim atingir potências relativamente grandes. Atítulo indicativo, é possível utilizar maçaricos que têm cada um deles umapotência próxima de 2 MW ou mais (por exemplo da ordem de 10 ou 15 MW).
A invenção permite a transformação da biomassa e/ou dosdetritos orgânicos sob condições de alta temperatura (a título indicativo entre1200 e 1500°C proporcionado no núcleo do dispositivo ou da zona degaseificação 5) a fim de minimizar as diferenças em relação ao equilíbriotermodinâmico. A transformação é realizada com um agente de gaseificação(dito também reagente), introduzido pelas aberturas 3, e/ou 3' e/ou 4, ouintroduzido como gás plasmagênico dos maçaricos 2, 2'. Esse agente pode serar, ou oxigênio, ou vapor de água, ou dióxido de carbono, ou umacombinação dessas diferentes espécies, de preferência em proporções quepermitem garantir uma atmosfera globalmente redutora no seio do dispositivode gaseificação.
É possível estimar o ganho de um processo alotérmico deacordo com a invenção, em relação ao processo autotérmico clássico, no casoespecial da gaseificação da biomassa com finalidade de produção decombustível de síntese via Fischer Tropsch. Duas configurações alotérmicaspodem ser consideradas de acordo com uma adjunção de hidrogênio (a fim deajustar a relação molar H2/CO) é assegurada ou não perpendicularmente aodispositivo, a jusante.
A tabela I arrola os rendimentos de matérias esperados(relação da massa de combustível diesel sobre a massa de biomassa secanecessária para produzir esse combustível) de acordo com as vias devalorização escolhidas.
Ela compara o balanço de matéria (equivalente de petróleoproduzido em relação à quantidade de biomassa seca que entra no processo)em termo de ordem de grandeza para diferentes configurações de processogaseificação da biomassa. Essa tabela mostra o ganho trazido pelo processoalotérmico de acordo com a invenção.
Os diferentes processos [1] — [4] utilizados para ascomparações e mencionados na tabela I são os seguintes:
[1]: processo de tipo FICFB ou Choren,
[2]: processo [1] completado por um estágio de pós-tratamentode acordo com a presente invenção, que trabalha sobre o gás gerado porocasião da primeira etapa,
[3]: processo de acordo com a presente invenção e cujoinsumo é diretamente biomassa,
[4]: processo [3] no qual é introduzido um fluxo de hidrogêniocomplementar a fim de permitir a otimização da quantidade de H2+CO parauma relação molar H2/CO próxima de 2.
Os valores da tabela I são dados para o caso [3] da tabela 1com base em uma necessidade média de um terço do PCI (poder caloríficoinferior, por exemplo de 15 a 20 MJ/kg) da biomassa para gaseificar a mesmacom CO e H2, essa energia provindo da própria biomassa (o que comprometena mesma proporção o rendimento de matéria) ou de uma fonte exterior (viaalotérmica). Para poder realizar uma síntese de combustível, a relação molarH2/CO é próxima de 2 o que induz um ajuste por "gas-shift" ou aporte dehidrogênio exterior ao sistema inicial.
Tabela 1
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A invenção permite a produção de um produto gasoso que temuma concentração em poluentes orgânicos (notadamente em alcatrões)inferior a 1 mg/Nm3 , e mesmo inferior a 0,5 mg/Nm ou 0,1 mg/Nm . Esseúltimo nível de pureza permite uma utilização tendo em vista uma síntese,notadamente uma síntese de combustível ou de metanol. Finalmente, a presente invenção permite trabalhar em altatemperatura, o que evita a formação de dioxinas, notadamente no caso dotratamento dos detritos.
Um dispositivo de acordo com a invenção permite trabalharcom muito pouco material refratário, mas entretanto com poucas perdas(menos de 20% ou de 15% ou de 10%).
A invenção permite notadamente a produção de um gás desíntese de alta qualidade, que compreende muito poucas impurezas e que érico em hidrogênio e em monóxido de carbono.
Claims (32)
1. Dispositivo de gaseificação por um plasma térmico dematéria para a geração de um gás de síntese de alta qualidade caracterizadopelo fato de que ele compreende:- um recinto (1) de mistura de um plasma e de matéria a tratar,que compreende aberturas (12, 12', 13, 13', 14) para posicionar meios deinjeção de um fluxo da dita matéria e para posicionar pelo menos uma fontede plasma, e que formam uma zona (300) de mistura homogênea de um fluxoda dita matéria e de pelo menos uma lança de plasma (200, 200'),- uma zona de reação (5a, 5b), de uma mistura da dita matériae do plasma, em comunicação com uma abertura do recinto e que se estendede maneira axial.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que ele compreende por outro lado:- meios (50) para medir uma temperatura na zona de reação,- meios (52, 140) para controlar, na zona de mistura (1), ainjeção de pelo menos um produto (4) que permite formar uma camada deproteção da parede interior da zona (1) de mistura e da zona de reação (5a, 5b)em função da temperatura medida na zona de reação.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que a zona de reação tem uma forma que permite ocontrole da pressão e da temperatura de uma mistura de matéria-plasma queescoa a partir da zona de mistura.
4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que a zona de reação é equipada na saída por meios(60, 61) que induzem uma expansão para a condensação do gás de síntese.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que os meios (60, 61) de condensação compreendem uma zona depré-imersão.
6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que a parede interior da zona de reação é feita deum material metálico refratário recoberto vantajosamente por uma proteção.
7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6,caracterizado pelo fato de que a parede interior (100) da zona de mistura (1) éfeita de um material metálico refratário recoberto por uma camada deproteção.
8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a zona de mistura (1) compreende um recintoque apresenta uma forma esférica, ou ovóide.
9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8,caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado meios deinjeção (130, 130') da matéria a tratar que permitem a realização de trajetóriasde injeção da matéria a tratar lineares, ou em vórtice, ou helicoidais ou detrajetórias de injeção dessa matéria que resultam de uma combinação demovimentos linear e rotativo.
10. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9,caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado pelo menos umafonte de plasma (2, 2').
11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das fontes de plasma é de arconão transferido e/ou transferido.
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que ele compreende pelo menos duas fontes deplasma, dispostas de maneira a orientar o escoamento de uma mistura dematéria a tratar - plasma para a zona de reação.
13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, ou 11 ou-12, caracterizado pelo fato de que ele compreende uma ou várias fontes deplasma, e um ou vários injetores respectivamente dispostos de maneira aorientar o escoamento de uma mistura de matéria a tratar - plasma para a zonade reação.
14. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13,caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado meios (210,-210') para alimentar pelo menos uma fonte de plasma com pelo menos emparte pelo menos um gás que provém da gaseificação.
15. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14,caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado meios (40, 41)para resfriar a zona de mistura e/ou a zona de reação.
16. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 15,caracterizado pelo fato de que a zona de mistura e/ou a zona de reação é poroutro lado forrada com um material refratário.
17. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 16,caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado meios (70) depurificação e/ou de limpeza ou de separação das fases orgânicas e minerais nasaída da zona de reação.
18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que os meios (70) de purificação e/ou de limpezacompreendem meios para captar matérias condensáveis.
19. Dispositivo de gaseificação de matéria caracterizado pelofato de que ele compreende um primeiro e pelo menos um segundodispositivo (230, 250) de gaseificação, dispostos de maneira escalonada, pelomenos um desses dispositivos sendo um dispositivo de acordo com uma dasreivindicações 1 a 18.
20. Processo de gaseificação de matéria (3), caracterizado pelofato de que ele compreende:- a injeção da dita matéria (3) e de pelo menos uma lança deplasma (200, 200') em uma zona de mistura (1) na qual a dita matéria e ofluxo da dita lança de plasma se encontram e se misturam de maneirahomogênea,- a iniciação de uma reação da dita matéria e do plasma, edepois a realização propriamente falando dessa reação em uma zona de reação(5a, 5b), disposta a jusante da zona de mistura.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que ele compreende por outro lado:- a medição de uma temperatura na zona de reação,- o controle de uma injeção, na zona de mistura, de um produtopara formar uma camada de proteção da parede interior da zona de misturaem função da temperatura na zona de reação.
22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que a matéria a tratar é pelo menos em parte sólida, e/ou líquidae/ou gasosa.
23. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 22,caracterizado pelo fato de que a matéria a tratar é biomassa sólida, e/oudetritos orgânicos e/ou um resíduo líquido, e/ou um gás.
24. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 23,caracterizado pelo fato de que a matéria a tratar é proveniente pelo menos emparte, de um tratamento de uma matéria a tratar.
25. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 24,caracterizado pelo fato de que a ou as lança(s) de plasma é (são) formada(s)por pelo menos um maçarico (2, 2') de arco não transferido.
26. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 25,caracterizado pelo fato de que a ou as lança(s) de plasma é (são) formada(s)por pelo menos um maçarico de plasma alimentado em parte ou na totalidadepor pelo menos um gás obtido por um processo de gaseificação de acordocom uma das reivindicações 20 a 25.
27. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 26,caracterizado pelo fato de que o produto para formar uma camada de proteçãointerior da zona de mistura compreende um óxido.
28. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 27,caracterizado pelo fato de que a zona de reação é iniciada na zona de mistura.
29. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 28,caracterizado pelo fato de que ele compreende a injeção de pelo menos duaslanças de plasma, de maneira a dirigir a mistura de matéria - plasma para azona de reação.
30. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 29,caracterizado pelo fato de que a temperatura na zona de mistura écompreendida entre 1000°C e 2000°C.
31. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 30,caracterizado pelo fato de que a temperatura na zona de reação écompreendida entre 1000oC e 2000°C.
32. Processo de acordo com uma das reivindicações 20 a 31,caracterizado pelo fato de que a gaseificação é realizada com um reagente quecompreende ar, e/ou oxigênio, e/ou vapor de água, e/ou dióxido de carbono,ou uma combinação dessas diferentes espécies.
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