BRPI0708721A2 - aparelho e método para controlar a composição gasosa produzida durante a gaseificação de alimentações contendo carbono - Google Patents

Abstract

APARELHO E MéTODO PARA CONTROLAR A COMPOSIçãO GASOSA PRODUZIDA DURANTE A GASEIFICAçãO DE ALIMENTAçõES CONTENDO CARBONO. Método para controlar a composição de saí da de um dispositivo de gaseificação para uso na gaseificação de biomassa utilizando um gaseificador em que a biomassa e o gás, ambos fluem numa direção descendente. O método combina o uso de vapor e oxigênio como um fluxo de oxidação misto para controlar os processos que ocorrem dentro do gaseificador. Os oxidantes são introduzidos no gaseificador utilizando numerosos anéis de injeção. Cada anel de injeção compreende numerosos bocais injetores (28, 29) cada um radialmente distribuído na mesma altura vertical e possivelmente conectados a mesma fonte de suprimento. Particularmente, resultados satisfatóúos podem ser alcançados pelo uso de três anéis de injeção, um no topo do gaseificador, um na interface da zona de oxidação e redução e um a uma pequena distância abaixo da montagem da grade (25). O gás de síntese produzido também contém concentrações extremamente baixas de alcatrão e hidrocarbonetos de baixo peso molecular.

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR A COMPOSIÇÃOGASOSA PRODUZIDA DURANTE A GASEIFICAÇÃO DE ALIMENTAÇÕESCONTENDO CARBONO"

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um método para produzir gás de sínteseonde oxigênio ou ar em combinação com vapor é utilizado para gaseificar sólidos contendocarbono de uma maneira controlada. Mais particularmente, a presente invenção se refere aum método para controlar a razão de hidrogênio e monóxidode carbono produzido noprocesso de gaseificação.

Fundamentos da Invenção

O mundo comumente consome cerca de 83 milhões de barris de petróleo pordia. Este número é projetado pra alcançar cerca de 120 milhões de barris por dia em 2010.Estima-se também que a produção mundial de petróleo começará a cair em algummomento nos próximos30 anos. A crescente demanda e a queda da produção gerarão faltade petróleo.

Uma vez que esta situação é alcançada, onde o suprimento não podeatender a demanda de mercado, forças determinarão a elevação dos preços. Algumasestimativas indicam que o preço do petróleo pode dobrar a cada cinco anos após o ponto depico de produção. O inevitável aumento do preço torna o uso de biomassa numa energiaalternativa particularmente atraente. A abundância de biomassa é suficiente paracompensar uma fração significativa das necessidades mundiais atuais de energia. Abiomassa pode ser usada diretamente através da combustão para produzir calor e energia.Contudo, ainda existem problemas em relação a distribuição da biomassa, local demanipulação da biomassa e problemas da combustão tal como tempos longos deinicialização de tais sistemas. Um modo de evitar tais problemas é converter a biomassaem um combustível líquido. Esta estratégia apresenta também a tremenda vantagem deque a atual infra-estrutura de distribuição de combustível ainda pode ser utilizada.Combustíveis líquidos adequados incluem metanol, etanol, dimetiléter (DME) e "FTsyncrude" (mistura líquida de hidrocarbonetos, semelhante ao petróleo, obtida a partir dogás de síntese pela reação catalítica de Fischer-Tropsch). A biomassa é convertida emcombustível numa instalação central e o produto líquido é distribuído pela rede atual dedistribuição de combustível.

O processo mais comum para converter biomassa em combustíveis líquidosconsiste de duas etapas. Na primeira a biomassa é convertida numa mistura de monócidode carbono e hidrogênio. O processo é chamado gaseificação e a mistura gasosa produzidaé freqü entemente referida como " Syngas" (gá s de síntese). A gaseificação da biomassapode ser resumida como:

CHmOoi6+ 0,2 02 = CO+ 0,7 H2 (1)

Contudo, um balanço energético através da equação 1 revela que osprodutos contêm mais energia do que os reagentes, daí, parte da biomassa é queimadapara compensar este desequilíbrio. A equação 1 ilustra como a razão típica entremonócido de carbono e hidrogênio é prócima de 1:1.

No segundo está gio o monócido de carbono e o hidrogênio sãocomprimidos e passam sobre um catalisador adequado. As reações que convertem o gá sde síntese em combustíveis líquidos são exotérmicas, tal que o reator em que o processoocorre tem que possuir recursos para remover este calor de reação. As reáções queproduzem metanol, etanol, dimetiléter, e " FT syncrude" são mostradas abaixo:

2H2+ CO CIBOH (2)

4H2+ 2CO CIKCH2OH + H2O (3)

4H2 + 2CO CmOCH3 + H2O (4)

2nH2+ nCO n-aL·- + nH20 (5)

É interessante notar que para todas as reações uma razão de 2:1 entrehidrogênio e monócido de carbono é estequiometricamente requerida. Se o gá s de sínteseproduzido pela gaseificação direta (isto é, com uma razão entre CO e H2 prócima de 1:1)é utilizado diretamente, a reação não se processará na sua totalidade uma vez que ohidrogênio se tornará limitante. Na melhor das hipâeses isto resulta numa perda derendimento; contudo, muitos dos catalisadores utilizados nas transformações sãoprováveis de sofrer deposição de carbono, resultando em redução da atividade. Paramaximizar o rendimento do processo é importante que a razão hidrogênio e monócido decarbono seja controlada para se equiparar a estequiometria do processo de liquefação. Ummétodo em que isto pode ser completado é através da reação de conversão de gá s emá gua:

<formula>formula see original document page 4</formula>

em que CO pode ser estequiometricamente intercambiado com H2. Esta estratégia foiutilizada com sucesso; contudo, a estratégia inevitavelmente leva a uma perda substancialde massa dos reagentes, uma vez que monóddo de carbono com um peso de 28 g/mol éusado para produzir hidrogênio com um peso de 2 g/mol.

Numerosas patentes americanas foram direcionadas para equipamentosadequados à gaseificação de biomassa. A patente US No. 4583992 concedida para C.D.Rogers descreve um equipamento de gaseificação que consiste essencialmente de umgaseificador descendente cilíndrico vertical no qual o material de gaseificação ésustentado sob uma grade rotatória. O equipamento de gaseificação é continuamentealimentado dentro do recipiente através de uma abertura situada no topo do equipamento.O ar de combustão é suprido através de uma tubulação central, que se inicia no topo dogaseificador, e que apresenta saídas em vários locais dentro do leito. Esta tubulaçãocentral ainda continua através do leito e é conectado à grade. A tubulação central é giradapara permitir meios de rotação da grade do leito. Através do controle da velocidade derotação da grade, a fração de material existente no sistema na forma de carvão ativado écontrolada. Rogers descreve um sistema adequado à gaseificação de biomassa e àprodução de carvão, mas não ensina um método em que a composição do fluxo de saídapode ser controlada.

A patente US No. 4306506 concedida para F. Rotter descreve umequipamento de gaseificação que consiste de um gaseificador descendente cilíndricovertical, em que a seção inferior tem uma construção de parede dupla. Os processos degaseificação, que consistem de secagem, destilação, oxidação e redução ocorrem naseção interna. O fundo da seção de gaseificação compreende um cone, de modo que avelocidade superficial local é aumentada para auxiliar na transferência de calor e massa.Apcs passar através de uma grade, o gá s de síntese passa, numa direção vertical, atravésda coroa circular criada pela construção de parede dupla. Aqui, o calor é transferido dogá s de síntese existente no sistema para os processos de gaseificação que ocorrem naseção interna, melhorando assim, a eficiência térmica do processo e evitando anecessidade de um dispositivo de troca de calor externo. O equipamento é projetado demodo que a seção interna é pendurada dentro da seção externa e assim podendo expandirtermicamente como desejado. Esta disposição é dita evitar o aumento do estresseprejudicial dentro da estrutura. A patente concedida para Rotter ensina um design de umgaseificador descendente em que o calor é recuperado dentro do equipamento gaseificador,mas, a patente não ensina um método em que ambos os oxigênio e vapor são introduzidosatravés de um sistema multi-injeção para controlar os processos que ocorrem dentro dogaseificador.

A patente US No. 4929254 concedida para C.A. Kooiman se refere a umsistema de gaseificação para a produção de produtos combustíveis limpos a partir dematerial combustível sólido. O equipamento é um gaseificador descendente e consiste deequipamentos verticalmente orientados que apresentam uma porção ainda mais acima quecompreende um distribuidor para a liberação da matéria-prima. Um dispositivo detravamento hermético é usado para separar o topo do gaseificador do distribuidor dealimentação. As câmaras verticais do gaseificador compreendem uma primeira câmarade secagem e câmaras de gaseificação intermediária e inferior. As câmaras são unidadesmodulares que se alinham verticalmente. As entradas de ar estão presentes na câmaraintermediária através da qual o oxidante é introduzido. No fundo da câmara inferior,uma grade é situada para sustentar o leito. Uma saída é também situada dentro destaseção de fundo tal que o gás processado pode ser removido do equipamento. Kooimantambém ensina numerosas operações externas, que consistem de extintores, depuradores efiltros que levam à produção de um gás de síntese limpo. A patente não ensina umsistema em que oxidantes e vapor são injetados abaixo do arranjo da grade para promovera oxidação e reformação de alcatrões e hidrocarbonetos inferiores.

A patente US No. 4929254 concedida para S.L. Soo ensina um método parareformar o vapor de uma matéria-prima contendo carbono. No método, vapor em excessoé gerado num super-aquecedor compactado antes de entrar em contato com a alimentaçãocontendo carbono. A patente ensina que pelo uso de vapor em excesso por um fator de 2-10, todo o calor de reação de gaseificação a vapor pode ser suprido pelo calor sensívelcontido no vapor. Além disso, a patente ensina que pelo controle cuidadoso da quantidadede vapor, a composição da razão entre monóxidode carbono e hidrogênio de saída podeser controlada. Pelo uso de um grande excesso de vapor, um fluxo composto de 90% dehidrogênio pode ser produzido. A técnica é aplicável tanto a processos em bateladaquanto contínuos. Contudo, a patente não ensina como pelo uso de combinações de vapore oxigênio como oxidantes, a composição do gás de síntese pode ser controlada sem anecessidade de um grande excesso de vapor.

O pedido de patente US No. 2004/0013605 depositado por Ramani et al.ensina um método para controlar a razão de monóxidode carbono e hidrogênio num gásde síntese pela reformação de hidrocarbonetos. A patente ensina um método onde duasmatérias-primas são selecionadas, onde a primeira matéria-prima, sob reformação,fornece uma razão thiCO maior do que desejada e a segunda matéria-prima, sobreformação, fornece uma razão H2:CO menor do que desejada. A patente ensina como arazão das duas matérias-primas pode ser calculada tal que a combinação de produtosforneça a razão desejada. A patente ensina que os combustíveis podem ser tantocombinados e reformados concomitantemente quanto a reformação realizadaseparadamente e os produtos das reformações combinados. A patente não ensina como acomposição de um fluxo de gás de síntese produzido a partir de uma matéria-prima debiomassa pode ser controlada pela combinação de processos de oxidação e reformação devapor.

Deste modo, uma característica da presente invenção é fornecer um métodoe aparelho para a gaseificação de biomassa em que a razão entre monóxidode carbono ehidrogênio no gás de saída seja controlada. O método utiliza uma combinação deoxigênio e água como oxidante. Os oxidantes são injetados em vários locais paracontrolar a extensão dos processos de oxidação e a reformação que ocorrem dentro dogaseificador.

Uma característica ainda da presente invenção é fornecer um design de umgaseificador descendente em que o gaseificador é separado numa seção superior e seçãoinferior por uma grade. A grade é usada para sustentar a biomassa tal que um leito éformado. Na seção superior, o oxigênio e o vapor são injetados dentro da biomassa parainiciar a secagem, destilação, redução e oxidação de biomassa e produtos de biomassa.Logo acima da grade, existe um leito de brasas, onde significativas reações decraqueamento térmico e reformação de vapor agem quebrando todo alcatrão produzidodurante a piróliseda biomassa. Abaixo da grade um segundo conjunto de bocais injetoresde oxidante estão presentes. A introdução de oxigênio e vapor promove uma segundazona de reação que permite o ajuste da composição do gás de síntese e atua destruindotodo alcatrão e hidrocarbonetos inferiores, tais como metano, via uma segunda etapaoxidativa e de reformação. A técnica produz um gás de síntese que apresenta baixoalcatrão e metano e que maximiza o rendimento de monóxidode carbono e hidrogênio apartir da biomassa.

Resumo da Invenção

A invenção fornece, numa realização de exemplo, um método paracontrolar a composição de saída de um dispositivo gaseificador. A invenção éparticularmente relevante para a gaseificação de biomassa utilizando um gaseificador emque a biomassa e o gás tanto fluem ambos numa direção descendente. O método combinao uso de vapor e oxigênio como um fluxo de oxidação misto para controlar os processosque ocorrem dentro do gaseificador. Os oxidantes são introduzidos no gaseificador porvários anéis de injeção. Cada anel de injeção compreende um número de bocaisinjetores, cada um radialmente distribuído na mesma altura vertical e possivelmenteconectados à mesma fonte de suprimento. Particularmente, resultados satisfatórios podemser alcançados através do uso de três anéis de injeção, um no topo do gaseificador, um nainterface da zona de oxidação e redução e um a uma pequena distância abaixo damontagem da grade. Pela escolha cuidadosa do tipo oxidante, da velocidade de fluxo e dalocalização da injeção, um gás de síntese pode ser produzido com uma razão COiíhcontrolável. O gás de síntese produzido também contém concentrações extremamentebaixas de alcatrão e hidrocarbonetos de baixo peso molecular. O método pode seraplicado a numerosos designs de gaseificadores e deste modo, os exemplos aquiestabelecidos, ilustram várias realizações de exemplo da invenção, mas não sãoconstruídas de maneira alguma, como limitantes do escopo da invenção.

Outras características e vantagens da presente invenção se tornarãoaparentes com a leitura da descrição detalhada seguinte das realizações da invenção,quando tomadas em conjunto com as reivindicações anexas.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção é ilustrada nos desenhos em que os mesmos caracteres dereferência designam as mesmas partes ou similares em todas as figuras nas quais:

A figura 1 é um gráfico que mostra como a mudança das razões entreoxigênio e água como oxidante afetam a natureza energética do processo e a eficiência dagaseificação; e,

A figura 2 é uma vista esquemática de um exemplo de um gaseificadordescendente da presente invenção com bocais injetores múltiplos localizados acima eabixo do compartimento da grade.

Descrição Detalhada das Realizações Preferidas

Dois métodos comuns são freqüentemente empregados para gaseificarbiomassa ou outros sólidos contendo carbono. No primeiro, a biomassa é parcialmentequeimada com oxigênio, o calor da combustão age como combustível para as reações dereformação endotérmicas que agem quebrando o sólido restante para produzir o gás desíntese. No segundo, a biomassa é posta em contato com o vapor superaquecido. O vaporé tanto usado em excesso, tal que a energia requerida para as reações endotérmicas éprovida pelo calor sensível contido no vapor quanto o processo é aquecido externamente.Para os processos que utilizam oxidação direta, o gás de síntese produzido tem umarazão CO:H2 de aproximadamente 1:1. Para sistemas que utilizam vapor como oxidante,os fluxos de gás de síntese que são muito ricos em hidrogênio são produzidos, o gás desíntese com CO:th tão alta quanto 1:9 tem sido alcançado.

A figura 1 ilustra como o processo de gaseificação muda de naturezaendotérmica em processo que utiliza alto vapor com baixo oxigênio para naturezaexotérmica quando o vapor é reduzido e mais oxigênio é utilizado. Em todos os casos nafigura 1 a troca energética líquida do processo é calculada para um fluxo de produtocontendo CO para Hb na razão de 2:1. Como acima mencionado esta razão é a razãoestequiométrica para numerosas reações importantes de produção líquida. Também éilustrado na figura 1 como a eficiência de gaseificação é reduzida quando mais oxigênio éutilizado. Aqui, a eficiência da gaseificação é definida como a massa de gás de sínteseproduzida por massa de biomassa consumida. Todos os cálculos são baseados numacomposição de biomassa de CHmOo.6. A figura 1 ilustra como um processo que éexotérmico pode ser realizado através do uso de oxidantes mistos, daí, aliviando anecessidade de instalações maiores de vapor ou de aquecimento externo enquanto alcançaaltas eficiências de gaseificação, enquanto produz fluxos de gás de síntese com umaCO:H2 de 2:1.

Um esquema do gaseificador com injeções multi-oxidantes é mostrado nafigura 2. O gaseificador compreende uma câmara de gaseificação superior (31) e umacâmara de reformação inferior (32) que são separadas por uma grade (25). A biomassaentra na câmara superior através da entrada (27) e é retida pela grade (25) para formarum leito. Numerosos métodos são adequados para alimentar o leito, mas não sãomostrados na figura 2 de modo a não retirar a clareza da invenção. As câmaras superiore inferior podem ser isoladas com refratários adequados (23 e 24) que podem serconstruídos no local a partir de sólidos refratários tais como tijolos ou serem de umanatureza de cimento. Isolamento externo também pode ser aplicado. O refratário émantido no local por uma parede externa rígida (20 e 21). Dentro da câmara superior, abiomassa é posta em conato com os oxidantes supridos através dos bocais injetores (28 e29). Inicialmente, o oxigênio reage com a biomassa para produzir uma zona de piróliseinflamável. Aqui, a biomassa é parcialmente queimada para produzir o calor requeridopelos processos de reformação endotérmicos. A biomassa experimenta gaseificação diretadevido a ambos os oxigênio e vapor bem como etapas de pirólise e volatilização quepodem produzir alcatrões e hidrocarbonetos de baixo peso molecular. Os produtosformados durante os estágios de pirólise então experimentam várias etapas dedecomposição através de reações com vapor e oxigênio para produzir o monóxido decarbono e hidrogênio. O produto da biomassa desvolatilizada é uma brasa porosa rica emcarbono que experimentará ainda as reações de oxidação e gaseificação. As reações dasbrasas de carvão são um pouco lentas e então estas brasas tendem a ser coletadas acimada grade, onde reagem até se tornarem pequenas o suficiente para passar através da grade.

O leito de brasa possui um efeito benéfico sobre o processo de gaseificação, já que osprodutos gasosos que passam da câmara superior para a inferior têm que passar atravésdeste leito de brasa. Enquanto passa através do leito os gases são expostos a temperaturasrelativamente altas que ainda instigam a decomposição de produtos de pesos molecularesmais altos em monóxido de carbono e hidrogênio.

Na presente invenção os gases passam numa segunda câmara (32) ondeprocessos oxidativos e de reformação ainda ocorrem. Mais oxidante é adicionado nestacâmara inferior através de mais um conjunto de injetores (30). A temperatura local aquipode ser controlada pela quantidade de oxigênio adicionado. Os componentes de alcatrõese hidrocarbonetos na câmara inferior experimentam mais uma etapa de decomposição.Mais vapor é adicionado tal que todo hidrocarboneto é reformado para liberar volumessubstanciais de hidrogênio. Embora, algum combustível seja queimado neste estágio,levando a uma potencial perda de rendimento, isto é mais do que compensado pelomonóxido de carbono e hidrogênio extras liberados a partir dos hidrocarbonetos inferiorestais como metano e alcatrões. A técnica maximiza rendimentos enquanto produz um gásde síntese que é excepcionalmente baixo em alcatrão e hidrocarbonetos. A razão total deCO:th produzida pelo gaseificador é controlada pela razão e velocidade de fluxo deoxigênio e vapor adicionados no gaseificador. O estágio inferior também tem efeitosbenéficos sobre os poluentes como amônia e sulfeto de hidrogênio. Pelo controle datemperatura dentro da câmara inferior e assegurando que seja suficientemente alta, entãoa decomposição térmica rápida de amôniae de sulfeto de hidrogênio pode ser promovida.É benéfico que ambos estes produtos liberem hidrogênio na decomposição, contudo, oreal benefício é aliviar os requerimentos de unidades auxiliares de limpeza de gás ajusante.

Se desejável, a câmara inferior pode ser operada num modo muito quentetal que as cinzas que caem através da grade podem ser fundidas, uma vez que o processoopera com um modo de desescoriamento inferior. Também qualquer carbono nãogaseificado experimentará outra reação nesta câmara inferior.

Na figura 2, três exemplos de estágios de injeção são ilustrados. Estesestágios de injeção podem compreender numerosos injetores localizados em diferenteslocalizações radiais na mesma altura do gaseificador de modo a assegurar um meioeficiente de introdução dos oxidantes desejados. Isto é particularmente importante para aseção inferior onde é importante que o gás de síntese seja rapidamente misturado com ainjeção secundária de oxidante para assegurar que a cinética homogênea rápida ocorra.Dependendo da matéria-prima que é gaseificada pode ser desejável ter mais ou menospontos de injeção e estes podem compreender numerosos bocais injetores, contudo, anéisformados por cinco ou seis bocais injetores têm-se mostrado muito satisfatórios. Os bocaispodem ser supridos com a fonte que utiliza um arranjo "anel-principal" ou pode sersuprido com fontes individuais.

Na figura 2, a grade é disposta para criar uma câmara superior e inferiorde volumes essencialmente iguais. Contudo, dependendo da qualidade da gaseificação damatéria-prima, pode ser desejável mover a grade para que a razão do volume dascâmaras superior e inferior seja mudada. Também para os produtos de gás de sínteseserem ultra baixos em alcatrão, pode ser desejável possuir uma câmara inferior maiorpara gastar mais tempo na reação.

As cinzas produzidas pela gaseificação passam através da grade (25) e zonade gaseificação inferior (32) e são coletadas na caixa de coleta de cinzas (22). As cinzaspodem ser removidas a partir deste ponto de coleta utilizando tanto de uma maneiracontínua, que utiliza técnicas bem conhecidas por aqueles versados na arte, quanto nummodo em batelada onde a caixa de coleta é dimensionada suficientemente grande tal querequeira ser esvaziada apenas numa freqüência aceitável. As cinzas produzidas a partirdo gaseificador contêm quantidades apreciáveis de minerais e metais alcalinos traços quese acumularam na matéria vegetal. As cinzas são sub-produtos comercializáveis que têmutilidade como fertilizante e modificadores de pH de solo ou como aditivo de concreto.Acredita-se que as cinzas sejam particularmente adequadas para a fertilização de terrasuma vez que estas contêm minerais traços inicialmente presentes na própria planta. Ascinzas produzidas a partir da gaseificação não impõem os riscos potenciais à saúde dascinzas produzidas a partir da incineração de biomassa. Isto é devido ao processo degaseificação ser conduzido em baixas temperaturas, assim substâncias nocivas epotenciais carcinogênicos tais como derivados de fenil e dioxinas não são produzidos.

Numa realização de exemplo preferida a grade possui um mecanismos deacionamento que permite que a grade gire. Neste caso, a queda da pressão através do leitoé continuamente monitorada. Se a leitura é excessivamente alta, isto indica entupimento noleito e o mecanismo de acionamento pode ser ativado para remover as cinzas da seçãoinferior do leito por agitação. Se a leitura se tornar muito baixa, isto indica que fissuraspodem estar ocorrendo. Novamente neste caso, a grade é girada e o leito agitado paraproduzir um leito mais uniforme.

Alternativamente, a agitação da grade pode ser provida por outros meios,incluindo transdutores de vibração radialmente localizados. Neste caso os transdutoressão ativados se a variação da pressão do leito se tornar maior ou menor. Uma variaçãode pressão de aumento é indicativa da formação de um bloqueio, enquanto uma leiturabaixa é devida à formação de canais. Uma vez ativados, as vibrações dos transdutoressão transferidas para a grade tanto através de um acoplamento direto quanto indiretamenteatravés da parede ou portas que alojam cabos de conexão.

Numa realização ainda preferida de exemplo o fluxo de gás de síntese quesai do gaseificador é continuamente monitorado para assegurar que a razão desejada entreth e CO está sendo produzida. Os gases podem ser continuamente monitorados pelo usode numerosas técnicas tais como espectroscopia de infravermelho, células eletroquímicasou cromatografia rápida. Com base em qualquer desvio do ponto estabelecido desejado, oprocesso é ajustado. Isto é principalmente alcançado através de ajustes de volume e tipo deoxidante que é injetado em cada local. Esta técnica oferece controle de muitas variáveisimportantes que incluem temperatura do leito, velocidade de produção de CO2, evelocidade e equilíbrio da reação de conversão de gás em água. Todas estas variáveistem uma influência direta sobre a razão H2:CO no gás produzido.

Numa realização ainda preferida de exemplo o gás de síntese que sai dogaseificador passa num trocador de calor economizador. No arranjo o calor sensívelcontido dentro do gás de síntese é transferido para fornecer a energia para vaporizar esuperaquecer o fluxo de vapor de entrada. É benéfico que o vapor seja injetado numatemperatura alta, temperaturas tão altas quanto cerca de 18000F (982°C) sãoparticularmente úteis. Este arranjo leva a um ganho de eficiência térmica significativo parao sistema.Uma vez que o gás é resfriado, pode ser desejável alimentar o gás desíntese num reator de conversão de gás em água de baixa temperatura tal que acomposição pode ser bem regulada. O equilíbrio da conversão de gás em água mudacom a temperatura tal que um gás que deixa o gaseificador no equilíbrio determinadopela temperatura pode ser ainda ajustado na temperatura mais baixa. Este efeito éparticularmente útil se maior produção de hidrogênio for desejada.

Numa realização ainda preferida de exemplo o gás de síntese experimentaainda limpeza e é comprimido e utilizado num processo secundário projetado paraproduzir produtos líquidos a partir do gás de síntese. A limpeza pode incluir um sistemaprojetado para remover compostos contendo enxofre, amôniae ácido clorídrico a níveismenores do que cerca de 1 ppm. O gás de síntese experimenta compressão,possivelmente com resfriamento intermediário, antes de passar num reator de gás paralíquidos. O processo permite a produção de vários potenciais combustíveis incluindo,mas não limitado a, metanol, etanol, dimetiléter, "Fischer-Tropsch Syncrude" esimilares.

Numa outra realização qualquer gás de síntese não reagido ou gás leveproduzido no processo de gás em líquidos pode ser reciclado para o gaseificador. Estegás pode ser introduzido no gaseificador através dos injetores de oxigênio e vapor ouatravés de um anel separado de bocais. Este gás pode ser parcialmente oxidado paraproduzir gás de síntese e calor ou completamente oxidado para fornecer todo o calorrequerido pelo processo. A técnica permite a reciclagem eficiente deste gás ou deprodutos não desejáveis produzidos no processo GTL (gás em líquido).

Ainda numa realização de exemplo, o vapor pode ser gerado a partir daágua produzida no processo GTL. O fluxo de água pode conter quantidades traço deorgânicos. A técnica remove uma potencial eliminação de água, bem como, reciclaeficientemente os compostos contendo carbono para produzir gás de síntese.

Embora, apenas poucas realizações de exemplo desta invenção foramdescritas acima em detalhes, aqueles versados na arte notarão prontamente que qualquermodificação é possível nas realizações de exemplo sem materialmente sair dos novosensinamentos e vantagens desta invenção. Conseqüentemente, todas tais modificaçõessão pretendidas para ser incluídas dentro do escopo desta invenção como definido nasreivindicações seguintes. Deve-se ainda notar que qualquer patente, pedido e publicaçãoaqui referida são incorporadas como referência na sua integridade.

Claims (15)

1. Aparelho para gaseificação controlada de alimentação contendocarbono, CARACTERIZADO por compreender:a) uma câmara de gaseificação superior (31) e uma câmara dereformação inferior (32) que são separadas por uma disposição de grade (25);b) um dispositivo para alimentação de biomassa numa câ mara superior;c) um dispositivo para fornecimento de oxigênio e vapor na câ mara degaseificação; e,d) um dispositivo para fornecer oxigênio e vapor à câmara de reformaçãoinferior.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelooxigênio e vapor serem introduzidos na câmara de gaseificação (31) utilizando umapluralidade de bocais (28, 29) dispostos em múltiplos locais.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelooxigênio e vapor serem introduzidos na câmara de reformação inferior (32) utilizandouma pluralidade de bocais (28, 29) dispostos em múltiplos locais.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelocorpo do aparelho compreender um tubo metál ico revestido com refratá rio.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelagrade (25) possuir meios de rotação para facilitar a rá pida remoção das cinzas.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelagrade (25) ser localizada tal que a razão do volume da câ mara de gaseificação superior(31) e câ mara de reformação inferior está na faixa de cerca de 0,05 a cerca de 20.

7. Processo para gaseificação controlada de biomassa,CARACTERIZADO por compreender:a. gaseificar uma quantidade de biomassa numa câmara superior (31)utilizando oxigênio e vapor ou misturas destes como o oxidante; eb. ajustar a composição do fluxo de gaseificação numa câmara dereformação inferior (32) através de uma segunda adição de oxigênio e vapor oumisturas destes.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO peloshidrocarbonetos inferiores e alcatrão serem pelo menos parcialmente reformados ouoxidados numa câ mara de reformação inferior (32) para produzir monójddo de carbonoe hidrogênio.

9. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelooxigênio total utilizado no processo estar entre cerca de 5 % e cerca de 100% do peso dabiomassa alimentada.

10. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelovapor total utilizado no processo estar entre cerca de 10% e cerca de 500% do peso dabiomassa alimentada.

11. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO porcerca de 50 e cerca de 99% dos oxidantes totais serem introduzidos na câmara degaseificação superior (31).

12. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelosistema de aná Iise de gá s online ser utilizado para monitorar a composição do gás desíntese produzido e então utilizado para controlar a velocidade, tipo e local da injeçãode oxidante no gaseificador.

13. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelogá s produzido passar através de um trocador de calor em linha para facilitar arecuperação do calor sensível e extinguir o vapor.

14. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelogá s produzido passar através de um trocador de calor em linha em que o vaporsuperaquecido é gerado e direcionado para o gaseificador.

15. Processo de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelogá s produzido ser utilizado num processo onde combustíveis líquidos são produzidos apartir do gá s de sí ntese e qualquer gá s produzido no processo de liquefaçã o pode serre-injetado no gaseificador.