BRPI0619293A2

BRPI0619293A2 - método para converter um gás de sìntese que contém hidrocarbonetos, sistema para a gaseificação com condicionamento in situ, sistema para converter um gás de sìntese que contém hidrocarbonetos, aparelho para tratar resìduos através da gaseificação e aparelho para condicionar um gás de sìntese que contém hidrocarbonetos

Info

Publication number: BRPI0619293A2
Application number: BRPI0619293-9A
Authority: BR
Inventors: Mark A Paisley
Original assignee: Taylor Biomass Energy Llc
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2011-09-27
Also published as: ES2430829T3; EA013703B1; EP1940736A4; HN2008000620A; JP2009512755A; NZ567582A; US20080244976A1; EA200801129A1; AU2006304867B2; MY148126A; CN101312905A; CN101312905B; MX2008005225A; EP1940736A2; ECSP088474A; KR20080067676A; US8999019B2; ZA200804284B; GEP20105115B; CA2626537C

Abstract

MéTODO PARA CONVERTER UM GAS DE SìNTESE QUE CONTEM HIDROCARBONETOS,SISTEMA PARA A GASEIFICAçAO COM CONDICIONAMENTO IN SITU, SISTEMA PARA CONVERTER UM GáS DE SìNTESE QUE CONTéM HIDROCARBONETOS, APARELHO PARA TRATAR RESìDUOS ATRAVéS DA GASEIFICAçAO E APARELHO PARA CONDICIONAR UM GAS DE SìNTESE QUE CONTéM HIDROCARBONETOS A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para a gaseificação de biomassa ou outros materiais de partida carbonáceos em um gaseificador indiretamente aquecido e apresenta um método para a eliminação de materiais orgânicos condensáveis (piches) do gás do produto resultante com uma etapa integrada de remoção de piche. Mais especificamente, essa etapa de remoção de piche utiliza o carreador de calor circulante para craquear os orgânicos e produzir o gás de produto adicional. Como um benefício do processo acima, e devido ao fato que o carreador de calor circula através de zonas de vapor e de oxidação alternadas no processo, a desativação das reações de craqueamento é eliminada.

Description

MÉTODO PARA. CONVERTER UM GAS DE SÍNTESE QUE CONTEM HIDROCARBONETOS, SISTEMA PARA A GASEIFICAÇÃO COM CONDICIONAMENTO IN SITU, SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, APARELHO PARA TRATAR RESÍDUOS ATRAVÉS DA GASEIFICAÇÃO E APARELHO PARA CONDICIONAR UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para a gaseificação de biomassa ou outros materiais de partida carbonáceos em um gaseificador indiretamente aquecido e a um método para a eliminação de materiais orgânicos condensáveis (piches) do gás re^lfc^nte do produto com uma etapa integrada de remoção de piche. Mais especificamente, essa etapa de remoção de piche utiliza o carreador de calor circulante para craquear os componentes orgânicos e para produzir o gás de produto adicional. Como um benefício do processo acima, e devido ao fato que o carreador de calor circula através de zonas de vapor e de oxidação alternadas no processo, a desativação x das reações de craqueamento é eliminada.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA CORRELATA

A técnica correlata envolve um sistema e um método de gaseificação da biomassa tal como descrito na patente U. S. n° . 6.808.543 (Paisley) , cujo teor é aqui integralmente incorporado a título de referência (também conhecido como sistema FERCO).

A patente '543 prova que um método da gaseificação que envolve um sistema gaseificador de leito fluidizado circulante (CFB) em que a areia é utilizada como um meio de transferência de calor. Um primeiro aspecto do sistema apresenta um método de redução da aglomeração de cinza em um gaseificador de leito fluidizado de arrasto paralelo/combustão em que óxido de magnésio (MgO) é adicionado ao material de transferência térmica para alterar uma eutética da cinza resultante e desse modo elevar um ponto de fusão de tal cinza para minimizar a aglomeração com a areia. Desta maneira, a patente '543 apresenta a necessidade de .minimizar a aglomeração de areia + cinza através de um aumento do ponto de fusão da cinza por meio da adição de MgO. A patente '543 de Paisley se distingue dos sistemas anteriores que adicionam CaO e Al2O3 nem tentativas de reduzir a aglomeração mediante a diluição da cinza.

A técnica correlata também envolve um método para o condicionamento de gás quente tal como descrito na Patente U.S. n° . 5.494.653 (Paisley) , cujo teor também é aqui integralmente incorporado a título de referência.

A patente 1653 discute a produção de um gás de alimentação para a síntese do hidrogênio utilizando a gaseificação em um reator de leito fluidizado (FBR), a recirculação do reator de leito fluidizado (CFB), ou em um reator de leito fixo (FB) , e requer o uso de um catalisador para ajustar a relação entre o hidrogênio e o monõxido de carbono em uma reação de deslocamento de água-gás, Equação 1 CO + H2O = CO2 + H2 de uma maneira tal que não promove a formação de carbono, um subproduto indesejado. A patente '653 afirma que a alumina é um catalisador preferido e que os sistemas e métodos catalisadores convencionais para tais reações requerem o uso de metais nobres tais como o níquel, o molibdênio, e outros ainda, ou materiais alcalinos tais como o potássio, o sódio, e outros ainda, para catalisadores. Além disso, os sistemas e métodos catalisadores convencionais não suprimem o carbono até a extensão desejada na patente '653. Os exemplos típicos destas e de outras operações de produção do gás são as seguintes patentes norte-americanas: 233.861, concedida a Jerzmanowski; 1.295.825, concedida a Ellis; 1.875.923, concedida a Harrison; 1.903.845, concedida a Wilcox; 1.977.684, concedida a Lucke; 1.992.909, concedida a Davis; 2.405.395, concedida a Bahlke et al. ; 2.546.606 e 3.922.337, concedidas a Campbell et al. ; 4.726.913, concedida a Brophy et al.; 4.888.131, concedida a Goetsch et al.; 5.143.647, concedida a Say et al.; e a patente britânica GB 461.402 (16 de fevereiro de 1937).

A patente '653 apresenta um método de craqueamento e deslocamento de um gás de síntese mediante a provisão de um catalisador que consiste essencialmente em alumina em uma câmara fora da passagem de circulação; e a colocação do catalisador de alumina substancialmente em contato com um gás de síntese substancialmente livre de oxigênio de metano e/ou de hidrocarbonetos de pesos moleculares mais elevados; e vapor de água a uma temperatura de aproximadamente 530°C a aproximadamente 980 °C, por meio do que o metano e os hidrocarbonetos superiores são craqueados de acordo com a reação,

Equação 2 CxH2y + XH2O = xCO + (l+y+x)H2 e deslocados pela reação na Equação 1 (reação de deslocamento de água-gás) , por meio do que a formação de carbono é minimizada a temperaturas abaixo de 980°C.

Consequentemente, a patente '653 apresenta o uso de alumina como um catalisador condicionador de gás que pode deslocar a chamada reação de deslocamento de água-gás para permitir uma relação de H2: CO igual a 2:1.

Embora o sistema mecânico na patente '653 seja geralmente similar àquele na patente '543, há uma diferença para a câmara de reação de temperatura mais baixa fora de ciclo (ex situ) acima mencionada (máximo 815°C/l.500°F) que recebe um gás de síntese de saída do módulo de gaseificação e contem o catalisador de alumina para a reação a jusante. Consequentemente, a patente '653 difere daquela do sistema da patente '54 3 ao prover (i) um catalisador de alumina (A1"2O"3) e (ii) ao prover esse catalisador somente em uma câmara ex si tu de baixa temperatura que resulta em uma desativação rápida a jusante das reações de craqueamento devido à deposição de carbono na superfície do catalisador.

Essas referências da técnica correlata não levam em consideração uma série de aspectos observados na presente invenção. Esses aspectos incluem o uso de um meio de transferência de calor recirculante que contém um catalisador, a remoção dos hidrocarbonetos (condensáveis) a altas temperaturas acima de aproximadamente 370°C, e a remoção dos condensáveis em um processo in si tu (remoção contínua com reciclagem).

Consequentemente, uma série de aspectos da presente invenção não são apreciados pela técnica anterior. Estes incluem a capacidade da presente invenção de recuperar o calor até uma temperatura significativamente mais baixa seguindo uma etapa de remoção de consensáveis in si tu (devido à remoção dos piches do gás à alta temperatura).

Similarmente, a técnica correlata não leva em consideração o benefício de um módulo condicionador de gás separado que é aquecido in si tu a altas temperaturas do sistema (1.000°C/1.800°F) por um meio de transferência térmica aquecido em um módulo combustor e reciclagem para uso contínuo, aumentando desse modo a eficiência de todas as reações devido a um uso de temperaturas mais altas.

Além disso, a técnica correlata não leva em consideração a capacidade de uma maior recuperação de hidrogênio (H2) mediante a inclusão de um módulo condicionador de gás in situ que opera a altas temperaturas do sistema.

Finalmente, a técnica correlata em todos os casos não leva em consideração o uso de vapor in situ como um elemento reativo para impactar a reação de deslocamento de água-gás no condicionamento de gás e minimiza desse modo a necessidade da remoção dos condensáveis em um processo a jusante separado (ex si tu) e caro.

Conseqüentemente, há uma necessidade quanto a um processo aperfeiçoado que permita a remoção de produtos condensáveis in si tu e que permita, portanto, mas não requeira, uma recuperação de energia incrementada do gás do produto.

OBJETIVOS E DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção consiste na obtenção de um processo para a gaseificação com a remoção de piche in-situ que atende pelo menos uma das necessidades observadas acima sem uma necessidade de atender mais de uma das necessidades observadas acima.

A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema para a gaseificação de biomassa ou outros materiais de partida carbonáceos em um gaseificador indiretamente aquecido, e apresenta um método para a eliminação de materiais orgânicos condensáveis (piches) do gás resultante do produto com uma etapa integrada de remoção de piche. Mais especificamente, essa etapa de remoção do piche utiliza o carreador de calor circulante para craquear os componentes orgânicos e para produzir gás de produto adicional. Como um benefício do processo acima, e devido ao fato que o carreador de calor circula através de zonas de vapor e oxidação alternadas no processo, a desativação das reações de craqueamento é eliminada.

Ao contrário de outros processos de gaseificação de biomassa conhecidos, o processo atualmente apresentado não é baseado em combustão de ar exaurida, mas, ao invés disso, aquece rapidamente a biomassa bruta em um ambiente livre de ar para minimizar a formação de piche e para criar um resíduo sólido que é utilizado como uma fonte de calor para o processo. Emissões significativamente menores são produzidas no processo por causa da facilidade relativa de tratar o produto resultante gasoso de valor calórico médio de densidade de energia elevada. No processo, a biomassa é aquecida indiretamente ao utilizar um material de transferência de calor (de preferência a areia) para produzir um gás de valor calórico médio (aproximadamente 17-19 MJ/Nm3/ 350-450 Btu/scf) , tal como mostrado na Figura 1.

No processo, um material de transferência de calor circulante é utilizado para aquecer rapidamente a biomassa de entrada e transferir o material não convertido do reator de gaseificação a um reator associado. No gaseificador, os materiais de transferência de calor são aquecidos (areia) e o vapor entra em contato com a biomassa. Nenhum ar ou oxigênio é adicionado, de modo que não ocorre nenhuma reação de combustão, propiciando uma vantagem ambiental. A biomassa é convertida rapidamente em gás de valor calórico médio a uma temperatura de aproximadamente 825°C (Celsius). Qualquer material não-convertido junto com os materiais de transferência de calor agora resfriados (areia), passa através do gaseificador e são separados então do gás do produto.

Os materiais carreadores de calor e o piche formado no gaseificador são transferidos ao combustor do processo. No combustor, o ar é introduzido, o qual por sua vez consome o piche na combustão e, no processo, reaquece o carreador de calor (areia) até aproximadamente 1.000°C. No combustor, todo o carbono restante é consumido, resultando em cinza substancialmente livre de carbono apropriada para a eliminação não agressiva ao meio ambiente e barata. Devido às condições do combustor e ao fato que o material não- convertido é essencialmente o carbono, as emissões são desejavelmente baixas nesta etapa no processo. Os sólidos de transferência de calor reaquecidos são em seguida separados do gás de combustão e retornados ao gaseificador. A cinza é removida do gás de combustão, resultando em uma corrente de gás limpo de alta temperatura (aproximadamente 1.000°C), disponível para a recuperação de calor.

O gás do produto que sai do gaseificador é transferido através de um reator condicionador de gás antes da limpeza final. Nesse reator de craqueamento, o gás do produto é aquecido até aproximadamente 1.000oC (1.832°F), a temperatura do material de transferência de calor que retorna ao reator de gaseificação do reator de combustão, indicado acima. A 1.000°C, os hidrocarbonetos condensáveis (piches) são craqueados para formar compostos de pesos moleculares mais baixos, tais como o hidrogênio (H2) , o monõxido de carbono (CO), o benzeno (C6H6) , e o metano (CH4). Esta etapa de craqueamento elimina os materiais de pesos moleculares mais elevados do gás, desse modo simplificando substancialmente a recuperação do calor a jusante e o gás final limpo para o material em partículas. Além disso, a presente invenção apresenta adicionalmente a produção de hidrogênio aumentada ao utilizar o ajuste da razão entre hidrogênio e monóxido de carbono por uma reação de deslocamento de água-gás in si tu tal como observado na Equação 1.

Como um benefício adicional da presente invenção, com a remoção dos condensáveis do gás do produto, um maior recuperação de calor é possível. Quando os condensáveis permanecem no gás do produto, o gás do produto só pode ser resfriado até aproximadamente 370°C durante a recuperação de calor. Após a remoção de condensáveis, no entanto, a recuperação de calor pode ocorrer pelo menos tão baixa quanto a 200°C, resultando em uma melhoria de aproximadamente 40% na energia recuperada do gás do produto.

Pela seleção apropriada dos materiais de transferência de calor circulantes, e pela inclusão de um material cataliticamente ativo, o gás do produto também pode ser ajustado quimicamente, conferindo o potencial de deslocamento de água-gás para (a) a síntese química, (b) aplicações de produção de hidrogênio ou (c) ajuste das composições químicas para usos específicos a jusante.

De acordo com um aspecto alternativo da presente invenção, é apresentado um método de conversão de um gás de síntese que contém hidrocarbonetos, sendo que o método compreende as etapas de: provisão de um módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o gás de síntese a partir de um combustível carbonáceo, e um módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do módulo de gaseificação, provisão de um módulo condicionador de gás in situ para receber o gás de síntese do módulo de gaseificação e para operar à temperatura de operação, e no módulo condicionador de gás, condicionando o gás de síntese para minimizar um teor de piche no mesmo.

De acordo com um outro aspecto alternativo da presente invenção, é apresentado um sistema para a gaseificação com condicionamento in-situ, o qual compreende: um módulo de gaseificação para gaseificar um material de partida de biomassa no gás de síntese, um módulo condicionador de gás para receber o gás de síntese do módulo de gaseificação e para condicionar o gás de síntese em um circuito in situ com o módulo de gaseificação e um módulo de combustão, e o módulo de combustão para aquecer um material de transferência térmica e para circular o material de transferência térmica aquecido ao módulo condicionador de gás antes de circular os materiais de transferência térmica ao módulo de gaseificação. De acordo com um outro aspecto alternativo da presente invenção, é apresentado um sistema para a gaseificação com condicionamento in-situ, sendo que o sistema compreende: um meio de módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o gás de síntese a partir de um combustível carbonáceo, e um meio de módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do módulo de gaseificação, um meio de módulo de condicionamento de gás do situ para receber o gás de síntese do módulo de gaseificação e para operar à temperatura de operação, e um meio de módulo condicionador de gás, um meio para condicionar o gás de síntese para minimizar um teor de piche no mesmo.

De acordo com um outro aspecto alternativo da invenção, é apresentado um aparelho para condicionar um gás de síntese que contém hidrocarbonetos, o qual compreende: um módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o gás de síntese a partir de um combustível carbonáceo, e um meio de módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do módulo de gaseificação, um módulo condicionador de gás in situ para receber o gás de síntese do módulo de gaseificação e para operar à temperatura da operação, e um módulo condicionador que inclui um módulo para condicionar o gás de síntese para minimizar um teor de piche no mesmo que compreende um sistema para craquear os hidrocarbonetos e deslocar o gás de síntese, produzindo desse modo um gás condicionado que contém uma razão entre o hidrogênio e o monóxido de carbono que tem um balanço de hidrogênio positivo.

Os objetivos, as características e as vantagens acima, e outros ainda da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da seguinte descrição lida em conjunto com os desenhos anexos, nos quais as referências numéricas idênticas designam os mesmos elementos. BREVE DESCRIÇÃO DQS DESENHOS A Figura 1 é um fluxograma pictográfico do sistema de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um fluxograma do processo detalhado de uma realização alternativa e preferida da presente invenção.

A Figura 3 é um gráfico de um resultado da espectrometria de massa que mostra os resultados da análise do hidrocarboneto antes de entrar no módulo condicionador de gás da presente invenção.

A Figura 4 é um gráfico de um resultado da espectrometria de massa que mostra os resultados da análise do hidrocarboneto que sai do módulo condicionador de gás da presente invenção onde se observa a redução substantiva de hidrocarboneto.

A Figura 5 é uma representação gráfica do efeito de deslocamento de água-gás no presente reator condicionador de gás em que o componente "negativo" (para hidrogênio, CO2, e CO) descreve a formação de mais do componente e o componente "positivo" para os hidrocarbonetos restantes descreve a sua redução.

A Figura 6 é um gráfico que representa a conversão de hidrocarbonetos condensáveis de acordo com a presente invenção atingindo mais de 95% de conversão de alguns piches e a conversão de 8 0% de piches de problema.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS Agora será feita referência em detalhes a diversas realizações da invenção que são ilustradas nos desenhos em anexo. Onde quer que seja possível, referências numéricas idênticas ou semelhantes são utilizadas nos desenhos e na descrição para fazer referência a partes ou etapas idênticas ou semelhantes. Os desenhos estão em forma simplificada e não em uma escala precisa. Apenas para as finalidades de conveniência e de clareza, termos direcionais, tais como topo, fundo, para cima, para baixo, sobre, acima, e abaixo, podem ser utilizados com respeito aos desenhos. Estes e outros termos direcionais similares não devem ser interpretados como limitadores do âmbito da invenção de nenhuma maneira. As palavras "conecta", "acopla" e termos similares com seus morfemas inflexionais não denotam necessariamente conexões diretas e imediatas, mas também incluem conexões através de elementos ou dispositivos intermediários.

Com referência agora â Figura 1, é apresentado um processo de fluxo esquemãtico do presente sistema para a gaseificação de biomassa ou um outro material de partida carbonáceo em um gaseificador indiretamente aquecido que elimina os materiais orgânicos condensáveis (hidrocarbonetos/piches) do gás de produto resultante com uma etapa integrada de remoção de piche. Mais especificamente, esta etapa de remoção de piche utiliza o carreador de calor circulante para craquear os componentes orgânicos e o gás de produto adicional do produto em combinação com uma reação de deslocamento de água-gás tal como será discutido. Como um beneficio do processo proposto, e devido ao fato que o carreador de calor circula in si tu através das zonas de vapor e oxidação alternadas no processo, a desativação das reações de craqueamento é eliminada.

Ao contrário de outros processos de gaseificação de biomassa conhecidos, o processo atualmente apresentado não é baseado na combustão de ar exaurido, mas, ao invés disto, preferivelmente aquece rapidamente a biomassa bruta provida em um módulo de suprimento de carga de partida 100 em um ambiente livre de ar dentro de um reator de gaseificação lacrado 102 para minimizar a formação de piche e para criar um resíduo sólido (carvão) que é utilizado como uma fonte de calor para o processo dentro do reator de combustão 105. Emissões significativamente menores são produzidas no processo por causa da facilidade relativa de tratar o produto resultante gasoso de valor calórico médio de densidade de energia elevada. No processo, a biomassa é aquecida indiretamente ao utilizar um material de transferência de calor (de preferência a areia) para produzir um gás de valor calórico médio (gás de síntese) que tem aproximadamente 17-19 MJ/Nm3/3 5 0-450 Btu/scf de um reator condicionador de gás 103 puxado para a síntese ou a turbina ou uso de combustível em 104.

No processo (discutido mais detalhadamente na Figura 2) o material de transferência de calor circulante é utilizado para aquecer rapidamente a biomassa de entrada e transferir o material não-convertido do reator de gaseificação a um reator associado. No gaseificador 102, os materiais de transferência de calor aquecidos e o vapor 101 são colocados em contato em um sistema lacrado. Nenhum ar ou oxigênio é adicionado, de modo que não ocorre nenhuma das reações de combustão, propiciando uma vantagem ambiental. A biomassa é convertida rapidamente em gás de valor calórico médio a uma temperatura de aproximadamente 825°C (Celsius) ou mais. Qualquer material não-convertido (carvão) junto com os materiais de transferência de calor agora resfriados (areia) , passa através do gaseificador e são então separados do gás do produto.

Os materiais carreadores de calor e o carvão formados no gaseificador são transferidos ao combustor do processo 105 para a combustão e o reaquecimento. No combustor 105, o ar é introduzido, o que por sua vez consome o carvão na combustão e, no processo, reaquece o carreador de transferência de calor até aproximadamente 1.000°C. No combustor 105 todo o carbono restante é consumido, resultando em cinza substancialmente livre de carbono apropriada para a eliminação não agressiva ao meio ambiente e barata em 106. Devido às condições do combustor e ao fato que o material não-convertido consiste essencialmente em carbono, as emissões são desejavelmente baixas nesta etapa no processo.

Os sólidos de transferência de calor reaquecidos são em seguida separados do gás de combustão e retornados ao gaseificador 102. A cinza é removida do gás de combustão, resultando em uma corrente de gás limpo de alta temperatura (aproximadamente 1.000°C) que também pode ser empregada para um processo de recuperação de calor 107.

O gás do produto que sai do gaseificador é transferido através de um reator condicionador de gás in si tu antes da limpeza final. Na reação condicionadora de gás uma função de craqueamento ocorre quando o gás do produto é aquecido até aproximadamente 1.000ºC (1.832°F), a temperatura do material de transferência de calor que retorna ao reator de gaseificação do reator de combustão, indicado acima. A 1.000ºC (bem acima das referências da técnica correlata), os hidrocarbonetos condensáveis (piches) são reagidos com as entradas de vapor e craqueados para formar compostos de pesos moleculares mais baixos, tais como o hidrogênio (H2), o monóxido de carbono (CO), o benzeno (C6H5), e o metano (CH4). Esta etapa de craqueamento elimina os materiais de pesos moleculares mais elevados do gás, simplificando desse modo substancialmente a recuperação do calor a jusante e do gás final limpo para o material em partículas.

Como um benefício adicional da presente invenção, com a remoção dos condensáveis do gás do produto, uma maior recuperação de calor é possível sem a condensação prejudicial do piche. Quando os condensáveis permanecem no gás do produto, o gás do produto só pode ser resfriado até aproximadamente 370ºC durante a recuperação de calor. Após a remoção dos condensáveis, no entanto, a recuperação de calor pode ocorrer pelo menos tão baixo quanto a 200°C, resultando em uma melhoria de aproximadamente 40% na energia recuperada do gás do produto.

Com referência agora à Figura 2, é apresentado um sistema gaseificador 1 mais detalhado de acordo com a presente invenção e inclui geralmente um módulo de gaseificador 12 em comunicação fluida com um módulo de combustão 32 que operam de maneira cooperativa para converter a biomassa inserida através da alimentação do processo P1 em gás de síntese, carvão e calor.

A alimentação do processo P1 opera para condicionar e alimentar material de partida de biomassa e inclui uma corrente de combustível de biomassa que inclui combustíveis de biomassa geralmente reconhecidos tais como materiais de construção e demolição, resíduos orgânicos, e outras matérias de biomassa conhecidas dos elementos versados na técnica. A corrente de biomassa P1 é entregue no módulo de armazenagem 4 que contém um mecanismo de alimentação (tal como mostrado) acionado por um motor 10 e a entrada para um gás inerte tal como o nitrogênio ou o argônio através da válvula 6.

Um sistema coletor de poeira fugitiva 2 retém os finos da entrega e passa os mesmos ao módulo 4 através da válvula rotativa 4 ou outros meios mecânicos. O módulo de armazenagem viva 4 passa a carga de material de partida através da válvula rotativa 7 alimentada com gás inerte através da válvula 6 a um sistema de medição de combustível 8 que contém um condutor de rosca 9 acionado por um motor 10, tal como mostrado, e alimentado com um gás inerte através da válvula 6.

Deve ser reconhecido que a corrente de biomassa P1 também pode conter uma variedade de módulos de preparação de precursor incluindo um módulo de controle da umidade ou secador, módulos de tremonhas de armazenagem, módulos pré- combustores e/ou módulos de pré-tratamento químico tal como será do conhecimento dos elementos versados na técnica de preparação de biomassa.

A alimentação do processo P2 passa a carga de material de partida preparado ao gaseificador 12 que submete o mesmo ao calor por meio do seu contato com um meio de transferência de calor em um ambiente livre de oxigênio, volatilizando parcial ou completamente a carga de material de partida para liberar uma mistura de gases incluindo H2, CO7 CO2, CH4, C6H6 e outros gases carbonáceos e piches tal como aqui indicado.

O reator de gaseificação ou módulo 12 é aquecido através da carga de aquecimento Pll com um meio de transferência de calor quente tal como a areia ou um outro material sólido inerte e/ou quimicamente ativo e material fluidizado por gás do módulo de combustão 32 através de um reator condicionador de gás 20, tal como será discutido. 0 módulo de gaseificação 12 pode ser de qualquer tipo convencional conhecido dos elementos versados na técnica sem limitação, tal como um distribuidor de gás do tipo de placa perfurada utilizado geralmente em sistemas de leito fluidizado. Consequentemente, o módulo de gaseificação 12 é mostrado com um distribuidor 12, e as entradas de vapor S através da válvula de controle 6 e um gás inerte G também através de uma válvula de controle 6.

Na realização preferida indicada, etapas são executadas para assegurar que uma totalidade do leito seja fluidizada, desse modo minimizando a circulação incompleta, e que as construções internas do módulo de gaseificação 12, do módulo de combustão 32, e de componentes do sistema de alta temperatura correlatos sejam construídos com um material substancialmente não-reativo.

O gaseificador 12 opera como um gaseificador de leito fluidizado circulante de modo que o carvão formado durante a gaseificação retenha a forma geométrica geral do material de partida e seja circulado com gás de síntese para fora de uma porta de saída através da passagem 3 para o reator condicionador de gás 20. Entre a passagem 3 e o reator condicionador de gás 20 há um módulo de surto do reator de gaseificação 15 opcional que contém um separador 14 do reator (incluindo um ciclone) e um distribuidor de fluidização 16 que recebe as entradas de vapor e gás inerte tal como mostrado para manter o fluxo. 0 separador 14 opera para separar a areia e o carvão diretamente a uma porta de entrada do módulo de combustão 32 através da alimentação P5. Tal como mostrado, uma passagem de gás de síntese P4 é mostrada indicando a transferência do gás de síntese do módulo de surto 15 diretamente a uma entrada no reator condicionador de gás 20.

A passagem de gás de síntese P4 é aumentada com uma entrada de vapor controlada por uma válvula de controle 6, tal como mostrado, e o gás de síntese compreende pelo menos CO e H2, bem como uma variedade de outros gases (e piches) a concentrações e combinações dependentes da reação dentro do reator de gaseificação 12. Como uma conseqüência da entrada de vapor no reator condicionador de gás 20, ocorre verdadeiramente uma reação dentro desse módulo in situ, aqui a reação de deslocamento de água-gás e outras reações que envolvem o craqueamento de moléculas petroquímicas.

Com o recebimento do fluxo de gás de síntese e piche através da passagem de fluxo P4 à temperatura de operação e distribuído por um distribuidor 19, o módulo condicionador de gás 20 opera para craquear os piches e balancear a reação de deslocamento de água para criar o gás da síntese (gás de síntese) que contém até 50% de H2 e tão pouco quanto aproximadamente 0,0003 lb/cft (libra por pé cúbico) de piche residual em que ambos os limites excedem em muito as referências correlatas.

Embora não seja requerido pela presente invenção, o módulo condicionador 20 do reator também pode incluir uma separação de reator de combustão 22 opcional para receber a cinza e outras partículas não-convertíveis e transferir as mesmas através de um fluxo de alimentação P9 a um separador de cinza 23 para a distribuição como gás de combustão através da passagem P12 e como cinza não-consumível através da passagem P13 a um sistema de manipulação de cinza 24 em comunicação operativa com um coletor de poeira de cinza 25 (para finos) e um coletor de cinza 26 (para sólidos) para uma distribuição posterior.

Na realização preferida mostrada, uma saída do reator de combustão 32 provê materiais de transferência de calor aquecidos através de uma passagem de fluxo P7 ao reator de combustão 22 e ao módulo condicionador de gás 20. Consequentemente, o módulo condicionador de gás 20 é mantido a altas temperaturas de operação de até aproximadamente 1.000°C. Na realização preferida mostrada, um módulo de surto 18 adicional recebe materiais de transferência de calor aquecidos do módulo condicionador de gás 20,. assegura a fluidização do mesmo com uma alimentação de gás inerte através de uma válvula de fluxo 6 a um distribuidor 7, e pode similarmente receber um reagente tal como vapor através de uma válvula de fluxo adicional 6, tal como mostrado.

O gás de síntese que completou o condicionamento no módulo de condicionamento 20 é removido através da linha de alimentação P8 como gás do produto, tal como será discutido.

Conforme observado, o fluxo de alimentação P5 transporta o carvão e os materiais de transferência de calor a uma porta de entrada do módulo de combustão 32 para mais combustão e reaquecimento tal como necessário. O módulo de combustão 32 recebe o calor através de um mecanismo distribuidor 31 de um sistema de combustão de gás natural, controlado por uma válvula 6 e pelo suprimento de ar de combustão A através de insuflador de combustão 29 alimentado através de um controle de volume 30 em um aquecedor 28 de partida e manutenção que queima o gás natural e alimenta os gases de combustão combinados através da alimentação P6 ao distribuidor 31 no módulo de combustão 32. Como uma conseqüência de uma combinação de tal entrada de calor através da alimentação P6 juntamente com a combustão adicional do carvão recuperado no módulo de combustão 32 (desse modo completando a sua reação) a temperatura dos materiais de transferência de calor alimentados no módulo condicionador de gás 20 através do fluxo P7 é mantida e intensificada conforme necessário para o controle do processo. Após o aquecimento no módulo condicionador de gás 20, os materiais de transferência de calor são transferidos através do fluxo PlO ao módulo de gaseificação 12 através do módulo de surto 18, tal como mostrado.

Deve ser reconhecido que os materiais de transferência de calor podem ter que ser adicionados ao sistema operando continuamente, um módulo de composição de meio de transferência de calor 27 operando através da alimentação P14 pode ser operado para manter ou aumentar os materiais de transferência de calor e para adicionar materiais do catalisador tal como necessário por operadores do sistema 1. Depois da entrada dos mesmos no módulo de combustão 32 , eles são fluidizados e se reúnem aos materiais de fluxo fluidizado dentro do sistema 1 e saem pelo topo do combustor 3 2 como gás de combustão.

Similarmente, deve ser reconhecido que o gás nem sempre pode ser utilizado a jusante, e como uma característica opcional de segurança, depois da operação do módulo condicionador de gás 20, o sistema 1 inclui uma pilha de fulgor 21 opcional acessível através de uma válvula de fluxo 6 do fluxo de saída P8 do gás do produto para obter um mecanismo da combustão de controle onde os gases de síntese resultantes não possam ser empregados a jusante para a fabricação de materiais, a síntese de célula de combustível, a geração de combustível, e o pré-uso ou armazenagem do pré- embarque.

Como uma conseqüência da discussão acima, a presente descrição deve reconhecer que o uso do módulo de surto 15 do reator de gaseificação, do módulo de retorno de surto 18 e das passagens, distribuidores e separadores associados é opcional para a presente realização que requer somente o uso do módulo do reator condicionador de gás 20. Similarmente, sem os respectivos módulos de surto 15, 18, os fluxos de retorno P3/P4 podem combinar para formar diretamente materiais de transferência de calor de saída, gás de síntese e piches da porta de saída no topo do módulo de gaseificação 12 para o reator condicionador de gás 20 (em um fluxo similar àquele mostrado na Figura 1) . Em uma discussão correlata, sem os módulos de surto 15, 18 os materiais de transferência de calor de retorno podem retornar de um portal de saída no topo do módulo de combustão 32 através do reator condicionador de gás 2 0 diretamente a um portal de entrada no reator de gaseificação 12. Como uma conseqüência do parágrafo acima, os elementos versados na técnica irão reconhecer que o processo de fluxo ilustrado na Figura 1 é uma realização preferida de acordo com a presente invenção e que a ilustração detalhada na Figura 2 é uma outra realização preferida adicional (e opcional).

Com referência agora às Figuras 3 e 4, o fluxograma do presente processo mostrado na Figura 2 foi testado pela amostragem do gás de síntese (gás resultante) do fluxo P3 que sai do módulo de gaseificação 12 e antes da entrada do módulo condicionador de gás 2 0 (mostrado tal como na Figura 3) e do fluxo P8 que sai do módulo condicionador de gás 2 0 (Figura 4). Ambos são mostrados como resultados da espectrometria de massa com os picos indicando as várias cadeias de hidrocarboneto.

Como deve ser óbvio aos elementos versados na técnica, a Figura 3 mostra um volume substancial de hidrocarbonetos de elevado peso molecular (acima do pico de benzeno 78), e um volume elevado de hidrocarbonetos de peso molecular mais baixo (abaixo do pico de benzeno 78) . Depois do condicionamento de gás no reator condicionador de gás 20, a Figura 4 mostra os resultados benéficos do volume reduzido de hidrocarbonetos totais de todos os pesos molecular e o deslocamento substancial de pesos moleculares em relação aos hidrocarbonetos que têm pesos molecular geralmente mais leves (menos, digamos, do que o pico de benzeno 78) que podem ser facilmente removidos por processos a jusante, caso ainda reste algum. Como um benefício adicional da presente invenção, os hidrocarbonetos pós-condicionamento de gás são segmentados e arranjados mais previsivelmente e desse modo podem ser recuperados mais rapidamente por processos a jusante adaptáveis tais como o tratamento com solvente eleito ex situ, precipitadores eletrostáticos, depuradores, e outros métodos conhecidos dos elementos versados na técnica.

Conforme aqui discutido, o sistema de processo gaseificador 1 preferido inclui no módulo condicionador de gás 2 0 in situ que opera à temperatura do sistema e que produz significativamente mais hidrogênio através da reação de deslocamento de água-gás,

Equação 3 CO + H2O = CO2 + H

devido à ação catalítica dos sólidos aquecidos no reator condicionador de gás. A composição de gás medida comparada a outros processos conhecidos de gaseificação é mostrada abaixo (base seca) na Tabela I.

Tabela I

<table>table see original document page 22</column></row><table>

1 Do sistema tal como mostrado.

2 De http://www.fercoenterprises.com para a discussão dos resultados do FERCO-gaseificador.

3 De http://www.ficfb.at/discussion dos resultados do FICFB- gaseificador.

4 De www.thermochem.net também da discussão da Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Information, "Biomass

Energy" de M. Paisley, pub. John Wiley & Sons 2002.

Como uma conseqüência, para obter a água necessária para a reação de deslocamento de água-gás, o vapor suficiente deve estar disponivel no gás que entra na etapa de condicionamento de gás. Isto é efetuado ao aumentar o fluxo de vapor para o módulo de gaseificação 20 (tanto através do aumento do fluxo de vapor para o módulo de gaseificação (um suprimento indireto) quanto ao módulo condicionador de gás através da entrada de vapor para o fluxo de processo P4 (uma fonte direta), ou ambos). Graficamente, o efeito do deslocamento de água-gás é indicado na tabela na Figura 5. Conforme observado no gráfico, a "conversão" é definida como a diminuição de um componente no gás, de modo que uma conversão negativa indica a formação de um pouco mais do componente.

Uma vantagem principal do reator condicionador de gás na presente invenção é a remoção substantiva dos hidrocarbonetos condensáveis no gás do produto do gaseificador em uma etapa in situ sem se basear em etapas complexas de craqueamento a jusante. Conforme mostrado acima na Tabela 1, quantidades significativamente menores destes "piches" estão presentes no gás que sai do gaseificador de Taylor que são encontrados em outros gaseificadores indiretamente aquecidos. Isto simplifica a limpeza final do gás e a recuperação de calor. O resultado é (1) um processo de uma eficiência maior porque a recuperação adicional de calor é possível (a temperaturas tão baixas quanto 200°C), e (2) um processo mais econômico (uma vez que a remoção dispendiosa dos condensáveis em uma etapa separada do processo a jusante é minimizada ou eliminada). Similarmente, deve ser observado que o nitrogênio (N2) identificado dentro dos sistemas Taylor e Ferco é provavelmente simplesmente o resultado de uma purga menor de nitrogênio introduzido inicialmente na corrente. Como uma conseqüência, é simples contrastar os resultados pobres no hidrogênio (H2) do "sistema Ferco" com aquele do sistema aqui descrito (mais do que o dobro). Similarmente, deve ser observado que, ao ajustar a reação de deslocamento de água-gás no presente sistema de reação 1 in situ, a concentração de CO pode formar hidrogênio adicional que excede 50%.

Conforme observado na técnica correlata, um reator catalisador a jusante separado (ex si tu) requerido para uma conversão posterior do hidrocarboneto depende de manter a atividade do catalisador em um nível elevado de modo que os condensãveis possam ser craqueados. À temperatura normalmente utilizada para isto (isto é, a temperatura do gaseificador de 760°C/1.400°F a 816°C/l.500°F) isto é materialmente difícil e dispendioso, uma vez que as reações de craqueamento tendem a formar carbono livre, que subseqüentemente desativa o catalisador e desacelera o sistema, requerendo uma realimentação de catalisador fresco.

Na configuração preferida mostrada, as reações de craqueamento ocorrem a temperaturas muito mais altas (900°C/1. 6520F a 1.100°C/2 . 012°F) , o que é desconhecido na técnica correlata e dentro do próprio sistema circulante (in situ) reduzindo desse modo o potencial de formação de carbono. Como uma vantagem adicional, ao utilizar o meio carreador de calor/de transferência do calor como agente catalítico in situ, todo o carbono que possa ser formado é consumido no módulo do combustor antes de ser reciclado ao reator condicionador de gás, desse modo "regenerando" ainda mais o material para manter níveis elevados de atividade do catalisador.

Com referência agora à Figura 6, uma figura que ilustra a conversão dos hidrocarbonetos condensáveis que ocorre dentro do reator condicionador de gás in situ de maneira tal que a conversão do piche total é de quase 80%, a conversão do chamado piche pesado ou de elevado peso molecular excede 82%, a conversão de todos os outros piches excede 8 0%, e a conversão dos hidrocarbonetos (tolueno, fenol, cresol) excede 90% com um aumento correspondente no volume de benzeno (C6H6) que pode ser contido imediatamente por processos conhecidos.

Levando em consideração a ambas as Figuras 5 e 6, os elementos versados na técnica irão considerar os detalhes adicionais mostrados abaixo nas Tabelas 2 e 3 para suportar ainda mais a presente discussão. Especificamente, a Tabela 2 mostra abaixo os dados detalhados da concentração para os condensáveis, e a Tabela 3 mostra os mesmos dados porém expandidos para fornecer os detalhes para compostos específicos.

Tabela 2

<table>table see original document page 25</column></row><table>

Tabela 3

<table>table see original document page 25</column></row><table> <table>table see original document page 26</column></row><table>

Levando em consideração o acima exposto, deve-se observar que a regeneração do material de transferência de calor foi testada passando a ar através o material após diversas horas da operação (exposição significativamente mais longa ao gás do produto do que ser o caso na operação normal prevista). Durante a operação normal, os sólidos deviam se reciclados depois de aproximadamente oito a quinze minutos.

Ambos os resultados do craqueamento e os resultados do deslocamento de água-gás antes e depois da regeneração eram idênticos.

No sistema de uma das realizações preferidas da presente invenção, a biomassa é contatada pelo material de transferência de calor e pelo gás quente, é pirolisada (gaseifiçada) e uma região arrastada do material de transferência de calor, do carvão e de partículas carbonáceas é formada na extremidade superior do módulo gaseificador 12.

Os materiais de transferência de calor arrastados circulam através da biomassa, do carvão e dos gases quentes arrastados. À medida que as partículas carbonáceas são pirolisadas, elas geram gás, formando uma região de uma velocidade relativamente mais elevada acima do leito fluidizado.

Conforme descrito e discutido, no sistema 1 os sólidos decompostos são removidos do topo do reator de combustão 12 para o transporte ao módulo condicionador de gás 20 ou ao módulo de combustão 32 depois da separação, e removidos do sistema por arrasto independentemente das velocidades baixas do gás de entrada abaixo do leito. Isto se torna possível pelo desenho ao utilizar uma região fluidizada, acima da qual fica uma região arrastada da qual todas as partícula do leito, incluindo componentes inertes e carvão, são removidas. Desse modo, o arrasto ocorre em parte por causa do gás gerado in si tu que contribui significativamente para o volume do gás se mover através do vaso de reação para o condicionamento posterior no módulo condicionador de gás 20, enquanto é evitada a formação de pasta destrutiva.

Os materiais de biomassa carbonáceos alimentados no módulo gaseificador 12 podem atingir uma conversão de mais de 60% do carbono disponível com uma única passagem através do sistema gaseificador 1 devido à capacidade da presente invenção de operar a temperaturas acima de 980°C. 0 restante do carbono é queimado no módulo de combustão 32 para gerar o calor para a reação de pirólise com a reciclagem. Se um outro combustível for utilizado no módulo de combustão 32, então o carbono adicional pode ser convertido no módulo gaseificador 12. Com combustíveis úmidos, tais como dejetos municipais, as conversões do carbono podem variar para cima ou para baixo dependendo da temperatura de operação do módulo gaseificador 12 e conseqüentemente a realização preferida provê uma série de etapas de condicionamento (e secagem) pré-alimentação antes da alimentação através do fluxo P2.

O gás de entrada alimentado no módulo gaseificador 12 pode ser tipicamente vapor (tal mostrado) , gás de produto reciclado e gases inertes tais como o nitrogênio, o argônio, e as misturas destes. Os gases preferidos para a invenção são o vapor e o gás de produto reciclado, e com mais preferência vapor e gases inertes.

Na presente invenção, o material arrastado que sai do módulo de gaseificação 12 perto do topo e é passado (o gás de síntese do produto) ao módulo condicionador de gás 20, e os sólidos (o carvão, o material carbonáceo, e os materiais de transferência de calor) são retornados ao módulo 32 do reator de combustão para a combustão e o aquecimento, respectivamente. Todos os sólidos do sistema são arrastados, com exceção de material aprisionado não desejado, tal como o metal de sucata introduzido inadvertidamente com o material de partida do combustível, para o qual uma provisão separada de limpeza pode se fazer necessária.

O sistema da presente invenção é versátil e poderia ser combinado com qualquer tipo de combustor, fluidizado, arrastado, ou não-fluidizado, para aquecer o material de transferência de calor. 0 material de transferência de calor é aquecido pela passagem através de uma zona de reação exotérmica do módulo de combustão 32 para adicionar calor.

Em conseqüência do acima exposto, os elementos versados na técnica irão reconhecer as melhorias aqui obtidas; as quais incluem o uso de um módulo condicionador de gás in-situ, o uso de uma fase de recirculação que tem uma característica ou uma operação catalític em seu processo, o uso de vapor em um módulo condicionador de gás como um reagente, a razão resultante operacional de H2:CO de aproximadamente 2:1 ou mais, desse modo minimizando uma necessidade quanto a uma modificação subseqüente (razão positiva no que diz respeito ao hidrogênio).

Finalmente, deve ser reconhecido que, para a geração de hidrogênio livre (H2) está sendo utilizada a síntese de gás in si tu em vez de alguma forma de reação petroquímica tal como uma síntese subseqüente de gás e água.

Os produtos benéficos produzidos pelo sistema acima descrito incluem um gás com uma razão entre o hidrogênio e o monóxido de carbono altamente favorável que pode ser útil como um aditivo da gasolina, ou na síntese de célula de combustível, ou na produção de energia tipicamente para um sistema de geração de energia de turbina de gás de ciclo combinado.

Conforme observado acima, embora o presente sistema gere até e acima de 50% de hidrogênio que pode ser utilizado diretamente, as etapas subseqüentes para a recuperação do hidrogênio podem ser utilizadas e estas podem incluir opcionalmente: o processo comum de separação de membrana baseado na pressão parcial ou um segundo processso posterior de reação de deslocamento de água-gás.

Tal como aqui utilizado, deve ficar compreendido que a expressão material inerte significa relativamente inerte (relativamente não-reativo) em comparação ao material carbonáceo rapidamente reativo, e pode incluir materiais de transferência de calor tais como a areia, calcário, e outras calcitas ou óxidos. Tal como observado de maneira mais ampla, alguns destes materiais de transferência de calor podem não ser relativamente inertes e podem então participar como reagentes ou agentes catalíticos, desse modo "relativamente inerte" é utilizado como uma comparação com os materiais carbonáceos e não é aqui utilizado em um sentido químico qualitativo restrito ou puro tal como aplicado geralmente aos gases nobres. Por exemplo, na gaseificação de carvão, o calcário é útil como um meio para capturar o enxofre para reduzir emissões de sulfato e é desse modo ativo no craqueamento do piche no reator de gaseificação 12 e no módulo condicionador de gás 20, mas tal como aqui utilizado é relativamente inerte.

Embora um benefício do sistema atualmente descrito seja uma minimização substancial da aglomeração devida às condições de operação a altas temperaturas e no reator condicionador de gás 20 in si tu, outros materiais úteis também podem ser adicionados ao material de partida do gaseificador para melhorar ainda mais a operação do sistema e para incrementar ainda mais a geração de gases finais prontos para uso removidos do reator condicionador de gás 20. Por exemplo, foi verificado que a aglomeração de cinza, areia e carvão no sistema gaseificador 1 também pode ser reduzida mediante a adição de óxido de magnésio (MgO), olivina, ou de outras composições contendo Fe na superfície aos materiais de transferência de calor in si tu e opcionalmente aos materiais de partida. Uma vez que a aglomeração convencionalmente conhecida é geralmente um resultado da fusão parcial da cinza na condensação a alta temperatura, a minimização de tal condensação a alta temperatura e a restrição da criação original confere benefícios substanciais. Nos sistemas anteriores, o óxido de cálcio (CaO) e a alumina (Al2O3) eram adicionados em uma tentativa de reduzir a aglomeração da cinza ex si tu ao diluir a cinza, e a patente U. S. n° . 6.808.543 (que não apresenta nenhuma forma de módulo condicionador de gás in si tu) afirma que a adição de MgO é ainda mais eficaz para reduzir a aglomeração ao reduzir a eutética da mistura de cinza ex si tu e desse modo elevando o ponto de fusão para reduzir eficazmente a aglomeração a uma porcentagem em peso ou entre 1% e 25% do peso do material de partida.

No entanto, ao contrário dos preceitos da patente '543, qualquer outra referência relacionada à presente invenção apresenta o uso de um material catalisador de olivina in si tu dentro da faixa de 1-50% em peso dos materiais de transferência de calor e ainda com mais preferência entre 2% e 40% de um material cataliticamente ativo são adicionados ao material de transferência de calor in si tu para reduzir a agregação (através da prevenção, da conversão, e da eliminação da origem) e para promover a catálise de acordo com a presente invenção.

Conforme aqui utilizado, as expressões meio de transferência de calor ou materiais de transferência de calor não serão vistos pelos elementos versados na técnica como sendo restringidas a areia ou olivina, mas devem preferivelmente ser consideradas como incluindo todos os sólidos inorgânicos que podem pelo menos temporariamente resistir a danos térmicos a temperaturas de até 1.100°C/2.012 ° F. Consequentemente, tais materiais de transferência de calor não serão vistos exclusivamente como os materiais aqui apresentados, mas, pelo contrário, inclusivamente, e dessa maneira podem incluir (sem limitação ou exclusão) materiais cataliticamente ativos e materiais não-cataliticamente ativos, areia comum (quartzo ou um outro), olivina, silica (SiO2 ou SiO4), alumina (Al2O3), Feldspato, e os outros óxidos de metal (incluindo MgO, CaOx, ZnOx, ZrOx, TiOx, B2O3), e múltiplas combinações e composições que envolvem os mesmos, incluindo aquelas que são estabilizadas parcial ou completamente, sinterizadas previamente ou então preparadas termicamente, e que podem ser naturais ou formadas artificialmente.

Os elementos versados na técnica deverão considerar que os materiais de transferência de calor cataliticamente ativos aqui utilizados serão reconhecidos como materiais cataliticamente ativos e que incluem, mas sem ficar a eles limitados, todos aqueles materiais de transferência de calor acima que exibem essa atividade de decomposição de hidrocarbonetos; incluindo dolomita tratado e não-tratada e olivina tratada e não-tratada, e alumina (ambos os tipos de ocorrência natural e artificialmente formada, e tanto tratados com calcinação quanto com outros métodos), óxidos de metais alcalinos, óxidos de metais nobres, composições à base de Ni (incluindo Ni/Al2O3, NiCuMo/SiO2 ou SiO4-Al2O3) , óxidos à base de Mg, óxidos à base de Fe, óxidos de Ca, óxidos à base de V, óxidos à base de Cr, óxidos de Co, óxidos de Cu, óxidos de Mo, dolomitas calcinadas, magnesitas, zeólitos, e as composições de óxidos de alta temperatura que contêm os elementos acima.

Conforme aqui utilizado, a expressão catalisador de transporte de ferro deve ser compreendido como incluindo, mas sem ficar a eles limitada, o material de transferência de calor cataliticamente ativo indicado acima que contém ferro, bem como outros materiais e composições de cerâmica contendo ferro, incluindo a olivina natural e artificialmente formada.

Similarmente, como deve ser compreendido pelos elementos versados na técnica, o uso da expressão in si tu deve ser reconhecido e fazendo referência a uma atividade no processo ou um processo, tal como o condicionamento de gás, que ocorre em uma passagem de fluido circulante entre um reator de gaseificação e um reator de combustão, e não como um processo externo separado além do sistema. Para exemplo neste caso, o módulo condicionador de gás 20 é "in situ", porque ele recebe materiais de transferência térmica do módulo de combustão e do gás de síntese do módulo de gaseificação.

Nas reivindicações, as cláusulas de meios ou de etapa-mais-função prestam-se a cobrir as estruturas e as reações aqui descritas ou sugeridas quando da execução da função ou reação recitada, e não somente equivalentes estruturais e químicos mas também estruturas e composições equivalentes. Desse modo, por exemplo, embora um prego, um parafuso, e uma cavilha possam não ser equivalentes estruturais, uma vez que um prego é baseado no atrito entre uma peça de madeira e uma superfície cilíndrica, a superfície helicoidal de um parafuso acopla positivamente a peça de madeira, e a cabeça de um parafuso e a porca comprimem os lados opostos de uma peça de madeira, no ambiente de fixação de peças de madeira, um prego, um parafuso e uma cavilha podem ser imediatamente compreendidos pelos elementos versados na técnica como estruturas equivalentes. De uma maneira similar, a expressão materiais cataliticamente ativos inclui os materiais que funcionam como catalisadores.

Tendo sido descrita pelo menos uma das realizações preferidas da presente invenção com referência aos desenhos anexos, deve ficar compreendido que a invenção não fica limitada a essas realizações precisas, e que várias mudanças, modificações e adaptações podem ser feitas na mesma pelo elemento versado na técnica sem se desviar do âmbito ou caráter da invenção tal como definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. MÉTODO PARA. CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, sendo que o método é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: provisão de um módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o dito gás de síntese de um combustível carbonáceo, e um módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do dito módulo de gaseificação; provisão de um módulo de condicionamento de gás in si tu para receber o dito gás de síntese do dito módulo de gaseificação e para operar à dita temperatura de operação; e, no dito módulo de condicionamento de gás, o condicionamento do dito gás de síntese para minimizar um conteúdo de piche no mesmo.

2. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a dita etapa de condicionamento do dito gás de síntese no dito módulo de condicionamento de gás compreende adicionalmente pelo menos uma das etapas de: craqueamento dos ditos hidrocarbonetos; e troca do dito gás de síntese, produzindo desse modo um gás condicionado que contém uma razão de hidrogênio:monóxido de carbono em um balanço positivo de hidrogênio.

3. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: provisão de um material de transferência de calor que contém pelo menos uma primeira parte em peso de um material de transferência de calor cataliticamente ativo; e colocação do dito material de transferência de calor em contato com o dito gás de síntese no dito módulo de condicionamento de gás, permitindo desse modo a dita etapa de condicionamento.

4. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: circulação do dito material de transferência de calor do dito módulo de combustão onde o dito material de transferência de calor é aquecido para manter uma temperatura de operação, ao dito módulo de condicionamento de gás onde pelo menos a dita etapa de contato ocorre à dita temperatura de operação, e ao dito módulo de gaseificação onde o dito gás de síntese é gerado a partir de um material de biomassa de entrada.

5. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: a dita temperatura de operação fica compreendida entre aproximadamente 825°C (1500°F) e aproximadamente IlOO0C (2012 °F).

6. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: o material de transferência de calor cataliticamente ativo inclui pelo menos um dentre a olivina, calcitas, óxidos de metal, e um material cataliticamente ativo de alta temperatura contendo ferro.

7. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte de um dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 50% e 100% em peso.

8 . MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte de pelo menos um dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 80% e 100% em peso.

9. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte do dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 90% e 100% em peso.

10. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: provisão de um fornecimento de vapor para ambos o dito módulo de condicionamento de gás e o dito módulo de gaseificação.

11. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de gaseificação em uma faixa de velocidade entre aproximadamente 0,50 pé/segundo e aproximadamente 15 pés/segundo.

12 . MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de gaseificação em uma faixa da velocidade entre aproximadamente 0,50 pé/segundo e aproximadamente 10 pés/segundo.

13 . MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de condicionamento de gás a uma taxa para manter uma concentração de vapor de mais de aproximadamente 25% em volume do total de gases de entrada do dito módulo de gaseificação.

14. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de condicionamento de gás a uma taxa para manter uma concentração de vapor de mais de aproximadamente 20% em volume do total de gases de entrada do dito módulo de gaseificação.

15. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o dito módulo de gaseificação indiretamente aquecido é pelo menos um dentre módulo de gaseificação do tipo leito fluidizado borbulhante, módulo de gaseificação do tipo leito fluidizado recirculante, módulo de gaseificação do tipo leito arrastado, e módulo de gaseificação do tipo leito fixo.

16. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: aquecimento do dito módulo de condicionamento de gás com material de transferência de calor do dito módulo de combustão, mantendo desse modo o dito módulo de condicionamento de gás na dita temperatura de operação.

17. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a dita etapa de troca do dito gás de síntese é aumentada ao ajustar uma quantidade de entrada de vapor.

18. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que: a dita etapa de troca do dito gás de síntese é aumentada mediante o ajuste de uma quantidade de entrada de vapor para obter uma razão de hidrogênio:monóxido de carbono de pelo menos 2:1.

19. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: provisão de pelo menos um módulo de sobretensão.

20. MÉTODO PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que: a dita etapa de provisão de pelo menos um módulo de sobretensão inclui pelo menos uma das etapas de: provisão de um módulo de sobretensão de reator de gaseificação para receber o dito gás de síntese e os materiais de transferência de calor do dito módulo de gaseificação e para transportar o dito gás de síntese ao dito módulo contendo gás e para transportar os ditos materiais de transferência de calor ao dito módulo de combustão; e provisão de um módulo de sobretensão da saída para receber os materiais de transferência de calor passados do dito módulo de combustão através do dito módulo de condicionamento de gás para condicionar o dito gás e para transportar o dito material de transferência de calor para o dito módulo de gaseificação.

21. SISTEMA PARA A GASEIFICAÇÃO COM CONDICIONAMENTO IN SITU, caracterizado pelo fato de compreender: um módulo de gaseificação para gaseificar um material de partida de biomassa no dito gás de síntese; um módulo de condicionamento de gás para receber o dito gás de síntese do dito módulo de gaseificação e para condicionar o dito gás de síntese em um circuito in situ com o dito módulo de gaseificação e um módulo de combustão; e o dito módulo de combustão para aquecer um material de transferência térmica e para circular o dito material de transferência térmica aquecido ao dito módulo de condicionamento de gás antes de circular os ditos materiais de transferência térmica ao dito módulo de gaseificação.

22. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de compreender: um dispositivo de módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o dito gás de síntese de um combustível carbonáceo, e um dispositivo de módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do dito módulo de gaseificação; um dispositivo de módulo de condicionamento de gás in situ para receber o dito gás de síntese do dito módulo de gaseificação e para operar à dita temperatura de operação; e, no dito dispositivo de módulo de condicionamento de gás, um dispositivo para condicionar o dito gás de síntese para minimizar um conteúdo de piche no mesmo.

23. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo para condicionar o dito gás de síntese no dito módulo de condicionamento de gás compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo para craquear os ditos hidrocarbonetos e um dispositivo para trocar o dito gás de síntese, produzindo desse modo um gás condicionado que contém uma razão de hidrocarboneto:monóxido de carbono que tem um balanço positivo de hidrogênio.

24 . SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de compreender: um material de transferência de calor que contêm pelo menos uma primeira parte em peso de um material de transferência de calor cataliticamente ativo; e um dispositivo para colocar o dito material de transferência de calor em contato com o dito gás de síntese no dito módulo de condicionamento de gás, habilitando desse modo o dito dispositivo para o condicionamento.

25. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de compreender: um dispositivo para circular o dito material de transferência de calor do dito módulo de combustão onde o dito material de transferência de calor é aquecido para manter uma temperatura de operação, ao dito módulo de condicionamento de gás onde o dito dispositivo para o contato ocorre à dita temperatura de operação, e ao dito dispositivo de módulo de gaseificação onde o dito gás de síntese é gerado a partir de um material de biomassa de entrada.

26. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que: a dita temperatura de operação fica compreendida entre aproximadamente 900°C (1652°F) e aproximadamente IlOO0C (2012°F).

27. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que: o material de transferência de calor cataliticamente ativo inclui pelo menos um dentre a olivina, calcitas, óxidos de metal, e um material cataliticamente ativo de alta temperatura contendo ferro.

28. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte do dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 50% e 100% em peso.

29. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte do dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 80% e 100% em peso.

30. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a dita primeira parte do dito material de transferência de calor cataliticamente ativo fica compreendida entre aproximadamente 90% e 100% em peso.

31. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender: um dispositivo para prover um fornecimento de vapor ao dito dispositivo de módulo de condicionamento de gás e ao dito dispositivo de módulo de gaseificação.

32. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de gaseificação em uma faixa de velocidade entre aproximadamente 0,50 pé/segundo e aproximadamente 15 pés/segundo.

33. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que: o dito fornecimento de vapor é provido ao dito módulo de gaseificação em uma faixa da velocidade entre aproximadamente 0,50 pé/segundo e aproximadamente 10 pés/segundo.

34. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM ; HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo de fonte de vapor é provido ao dito dispositivo de módulo de condicionamento de gás a uma taxa suficiente para manter uma concentração de vapor de mais de aproximadamente 25% em volume do total de gases de entrada do dito dispositivo de módulo de gaseificação.

35. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo de fonte do vapor é provido ao dito dispositivo de módulo de condicionamento de gás a uma taxa suficiente para manter uma concentração de vapor de mais de aproximadamente 20% em volume do total de gases de entrada do dito dispositivo de módulo de gaseificação.

36. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo de módulo de gaseificação indiretamente aquecido é pelo menos um dentre módulo de gaseificação do tipo leito fluidizado borbulhante, módulo de gaseificação do tipo leito fluidizado recirculante, módulo de gaseificação do tipo leito arrastado, e módulo de gaseificação do tipo leito fixo.

37. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de compreender: um dispositivo para aquecer o dito módulo de condicionamento de gás com o dito material de transferência de calor do dito módulo de combustão, mantendo desse modo o dito módulo de condicionamento de gás na dita temperatura de operação.

38. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que: a dita troca do dito gás de síntese é aumentada ao ajustar uma quantidade de entrada de vapor.

39. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo para trocar o dito gás de síntese é aumentado mediante o ajuste de uma quantidade de entrada de vapor para obter uma razão de hidrogênio: monóxido de carbono de pelo menos 2:1.

40. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos um dispositivo de módulo de sobretensão para receber um volume de material de um primeiro lado e para distribuir o mesmo a um segundo lado.

41. SISTEMA PARA CONVERTER UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que: o dito dispositivo de módulo de sobretensão é pelo menos um dentre: um dispositivo de módulo de sobretensão do reator de gaseificação para receber o dito gás de síntese e os materiais de transferência de calor do dito módulo de gaseificação e transporte do dito gás de síntese ao dito dispositivo de módulo de condicionamento de gás e para transportar os ditos materiais de transferência de calor ao dito dispositivo de módulo de combustão; e um dispositivo de módulo de sobretensão de saída para receber os materiais de transferência de calor passados do dito módulo de combustão através do dito módulo de condicionamento de gás para condicionar o dito gás e para transportar o dito material de transferência de calor ao dito módulo de gaseificação.

42. APARELHO PARA TRATAR RESÍDUOS ATRAVÉS DA GASEIFICAÇÃO, sendo que o dito aparelho é caracterizado pelo fato de compreender: um módulo de gaseificador de leito fluidizado circulante que recebe os materiais de transferência de calor de um módulo de condicionamento de gás; e o dito módulo de condicionamento de gás em comunicação com cada dito respectivo módulo gaseificador e um módulo de combustão, por meio do qual o dito módulo de condicionamento de gás permite um condicionamento de gás in situ que inclui uma reação de craqueamento e uma reação de troca.

43. APARELHO PARA CONDICIONAR UM GÁS DE SÍNTESE QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS, caracterizado pelo fato de compreender: um módulo de gaseificação indiretamente aquecido para gerar o dito gás de síntese a partir de um combustível carbonáceo, e um dispositivo de módulo de combustão para contribuir para uma temperatura de operação do dito módulo de gaseificação; um módulo de condicionamento de gás in situ para receber o dito gás de síntese do dito módulo de gaseificação e para operar à dita temperatura de operação; e o dito módulo de condicionamento inclui um módulo para condicionar o dito gás de síntese para minimizar um conteúdo de piche no mesmo, compreendendo um sistema para craquear os ditos hidrocarbonetos e trocar o dito gás de síntese, produzindo desse modo um gás condicionado que contém uma razão de hidrogêniormonóxido de carbono que tem um balanço positivo de hidrogênio.