BRPI0808815A2

BRPI0808815A2 - Unidade de redução, sistema para conversão termoquímica de material combustível, e, processo para redução de uma corrente total pelo menos parcialmente oxidada.

Info

Publication number: BRPI0808815A2
Application number: BRPI0808815-2A2A
Authority: BR
Inventors: Marcel Bernard Huber
Original assignee: Syncraft Engineering Gmbh
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2014-08-19
Also published as: CN101688134A; EP2129749A2; WO2008110383A3; DE102007012452B4; CA2681107A1; JP2010521544A; DK2129749T3; HRP20180200T1; CA2681107C; DE102007012452A1; KR20100015559A; WO2008110383A2; US20100095592A1; EP2129749B1

Description

“UNIDADE DE REDUÇÃO, SISTEMA PARA CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DE MATERIAL COMBUSTÍVEL, E, PROCESSO PARA REDUÇÃO DE UMA CORRENTE TOTAL PELO MENOS PARCIALMENTE OXIDADA”

A invenção refere-se a um dispositivo e um processo correspondente para conversão termoquímica de matérias-primas de biomassa ou que contêm carbono, em particular de material de madeira picada, em gás combustível, em particular gás de baixo valor calorífico ou gás de síntese.

Biomassa é decomposta através de pirólise em componentes gasosos e voláteis após uma secagem, em particular para a eliminação de uma fração de água eventualmente existente na biomassa. A pirólise é efetuada em particular sob ação térmica de preferivelmente cerca de 200°C a 700°C. Para evitar uma combustão da biomassa, a pirólise é realizada em uma atmosfera correspondente. A pirólise é efetuada preferivelmente em particular sob exclusão de ar ou oxigênio. Produtos finais da decomposição térmica são em particular gases como CO, CO2, H2, CH4, componentes oleosos voláteis, coque e/ou vapor d’água.

Em seguida é efetuada uma oxidação ou oxidação parcial. Neste caso, é através da introdução de meios de oxidação, tais como, por exemplo, ar, vapor d’água, dióxido de carbono e/ou oxigênio, a fração sólida e fração líquida, até esta etapa processual, da corrente total, preferivelmente da corrente de material não dividida do produto de pirólise, é igualmente pelo menos parcialmente transformada em uma forma de gás. O processo de oxidação parcial tem lugar preferivelmente em faixas de temperatura de cerca de 800° a 2000°, preferivelmente de cerca de 1000° a 1300°C, em que temperaturas deste tipo podem decompor ou fracionar uma parte das substâncias formadas na pirólise, como, por exemplo, alcatrões.

A isso se segue a redução. Na redução, em particular as substâncias que apareceram na oxidação reagem. São reduzidas preferivelmente as temperaturas inicialmente altas que se formaram através da oxidação, em particular em virtude da endotermia das reações redox que ocorreram.

Em seguida a isto, o gás produzido, depois de refrigeração 5 correspondente e possíveis trechos de recuperação de energia e limpeza, são usados, dentre outros, para a operação de máquinas térmicas. Alternativamente ou adicionalmente, o gás produzido pode ser alimentado a um outro processo de aperfeiçoamento, ou para a produção de biocombutível, ou, por exemplo, ser usado em células combustíveis.

Com base nos primeiros desenvolvimentos neste setor, uma

multiplicidade de desenvolvimentos posteriores foi efetuada, ditos desenvolvimentos que tinham como objetivo substancialmente toda a utilização de biomassa. Os processos conhecidos são brevemente discutidos a seguir.

A gaseificação em leito turbulento, como descrita, por

exemplo, no DE-A-425 413 923, é caracterizada, dentre outros, pelo fato de que grandes quantidades em matéria-prima podem ser eficientemente convertidas. Em virtude de uma pirólise rápida que serve de base ao processo ocorrem, todavia, concentrações demasiadamente altas em alcatrões no gás de 20 produto. Uma dispendiosa limpeza de gás é então necessária, pelo que uma operação econômica propriamente dita é extremamente difícil de ser formada para grandes instalações.

O processo da gaseificação em leito fixo, executado através de gaseificador de corrente contínua ou de contracorrente, de um estágio, tal como descrito, por exemplo, nos pedidos EP-A-I 203 802, DE-U-20 2004

011 213, DE-A-100 307 78 ou W09426849, é caracterizado, sobretudo através de seu modo de realização simples. Todavia, a gaseificação em leito fixo é fortemente limitada com vistas à capacidade de regulagem, tamanho de instalação, pureza de gás e também à flexibilidade de matéria-prima. Além disto, resulta um alto risco de formação de escórias, mesmo com baixos teores de cinzas no combustível, na região dos suportes do leito sólido, que são formados, por exemplo, através de uma grade.

Na gaseificação em contracorrente, de um estágio, tal como 5 descrita, por exemplo, nos pedidos WO-A-2005047436 e DE-A-33 46 105, acresce a isto o fato de que, resíduos de condensado similarmente altos no gás de produto são contidos, tal como na gaseificação em leito turbulento. Além disto, a introdução de ar na zona de oxidação, em particular em maiores instalações, é difícil de ser configurada.

Conceitos de gaseificação em vários estágios servem-se da

possibilidade de separar espacialmente os estágios processuais individuais da conversão termoquímica uns dos outros, isto é, a secagem, pirólise, oxidação e redução. A construção da unidade de pirólise é, nesse caso, menos decisiva e é efetuada de acordo com o processo que deu bons resultados, tal como, por exemplo, o descrito no DE-A-31 26 049.

Tal como descrito nos Pedidos WO-A-0250214 e JP-A2003253274, o fluxo de substância sólida, depois da pirólise, pode ser processado separadamente da corrente de gás. Surge assim a possibilidade de obter gás de síntese muito puro a partir da fração de sólido. A fração de gás de 20 pirólise, em particular abrangendo componentes gasosos bem como a fração de alcatrão ou condensado que surge na pirólise, a qual representa até 80% da corrente em massa de entrada, pode, nesse caso, todavia, apenas ser usada em parte de forma eficiente. Uma unidade de avaliação adicional para o segundo fluxo de substância é ainda necessária. Processos, os quais reconduzem 25 conjuntamente novamente os fluxos de substância após sua divisão, tais como, por exemplo, descritos nos pedidos W0-A-9921940, WO-A-0168789 e WO-A-0006671, são igualmente conhecidos, todavia são necessárias unidades de manipulação dispendiosas para essa etapa de processo. Em ambos os casos, ocorre uma complicação e substancial encarecimento dos componentes de núcleo do processo.

Ainda, um processo conhecido, no qual a corrente total a partir do processo de pirólise, inclusive frações sólidas, líquidas e gasosas, é parcialmente oxidada, antes de ela penetrar em um leito sólido que consiste de 5 um coque de pirólise ou similar e, nesse caso, atuar de forma redutora sobre o material de leito. Os Pedidos DE-A-198 46 805, WO-A-Ol 14502 e WO-A0183645 descrevem, por exemplo, um tal procedimento. Esse processo possibilita, em virtude da oxidação parcial espacialmente separada, altas qualidades de gás, com flexibilidade simultaneamente alta de matéria-prima, 10 alta eficiência e dispêndio de instalação relativamente baixo. Um ponto de problema essencial desse processo está situado na limitação de potência ou capacidade por meio da perda de pressão que aparece no leito sólido, como discutido na publicação "Pressure characterization of multi-staged fixed-bed gasification plants", de Huber M., Kreutner G., Berlin 2007, de modo que a 15 realização de instalações na faixa acima de I MW de potência de gás não parece possível. Da mesma maneira que nos gaseificadores de leito sólido de um estágio, as formações de escória dificultam, além disto, a operação segura a longo prazo deste processo.

O objetivo da invenção consiste em prover um dispositivo aperfeiçoado e um processo correspondente para gaseificação de matériasprimas de biomassa ou que contêm carbono. Esse objetivo é atingido através das características das reivindicações. As reivindicações dependentes se referem a formas de realização preferidas da invenção.

Alternativamente ou adicionalmente, o objetivo é atingido através dos seguintes aspectos de acordo com a invenção:

1. Dispositivo para oxidação pelo menos parcial de uma corrente total que apresenta material sólido, líquido e gasoso, com uma entrada de material, uma saída de material e uma região de oxidação que se estende entre as duas, em que o dispositivo apresenta pelo menos uma unidade para introdução de agentes gasosos, em particular agente de gaseificação ou de oxidação e/ou agente de transporte, que é disposta e/ou configurada de tal maneira que a corrente total é transportada pneumaticamente da entrada de material através da região de oxidação para a 5 saída de material. Preferivelmente, o dispositivo apresenta exatamente uma entrada de material e/ou exatamente uma saída de material. Ainda, preferivelmente, a corrente total é pelo menos parcialmente oxidada é conduzida através da exatamente uma saída de material.

2. Dispositivo de acordo com o aspecto 1, em que a corrente total é transportada continuamente.

3. Dispositivo de acordo com o aspecto 1 ou 2, em que o transporte da corrente total é feita no mesmo tempo em que a oxidação pelo menos parcial do material.

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1, 2, ou 3, em que o transporte da corrente total e/ou a oxidação pelo menos parcial

através do agente de gaseificação ou de oxidação é produzida.

5. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que pelo menos uma primeira unidade de bocal para introdução do agente de gaseificação ou de oxidação é disposta na região de oxidação na proximidade

da entrada de material e/ou na proximidade da saída de material, em particular para atingir uma mistura íntima do agente de gaseificação ou de oxidação e da corrente total e/ou produzir o transporte da corrente total.

6. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que a região de oxidação na proximidade da entrada de material é conformada

como bocal de Venturi, de modo que o transporte da corrente total é efetuado de acordo com o princípio de Venturi.

7. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, com peças agregadas influenciadoras de fluxo na região de oxidação, as quais são configuradas para apoiar uma mistura íntima do agente de gaseificação ou de oxidação e da corrente total. 8. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que o transporte da corrente total é efetuado em particular independentemente da oxidação e preferivelmente em particular somente através de uma sintonização apropriada entre corrente em volume e seção transversal de fluxo e a introdução de uma corrente de substância adicional, preferivelmente do agente de gaseificação.

9. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que a introdução do agente de gaseificação é efetuada em pelo menos duas posições diferentes, preferivelmente ao longo do percurso de transporte e/ou ao longo da circunferência da unidade de oxidação e/ou ao longo da circunferência na parte inferior de uma unidade de redução pós-conectada à unidade de oxidação, e preferivelmente por meio de pulverização.

10. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que bocais, preferivelmente bocais de torção, em particular para introdução ou para a pulverização de um agente de gaseificação, são instalados na extremidade da unidade de oxidação e/ou na parte inferior de uma unidade de redução pós-conectada à unidade de oxidação, para influenciar o fluxo de componentes sólidos, gasosos ou líquidos.

11. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que a temperatura de ignição e/ou a energia de ignição requerida para inicialização de uma oxidação é alimentada a partir do exterior em qualquer local ao longo da zona de oxidação por meio de um dispositivo de aquecimento, em particular de um dispositivo de ignição ou dispositivo de combustão.

12. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que na entrada de material, material termicamente decomposto, preferivelmente através de pirólise, é introduzido na unidade de oxidação preferivelmente como corrente total apresentando componentes gasosos, sólidos e líquidos.

13. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que a saída de material da unidade de oxidação é conectada com uma unidade de redução, de modo que a corrente total pelo menos parcialmente

oxidada, em particular diretamente ou não dividida, é transferida para a unidade de redução, para produzir gás de produto ou gás de síntese ou gás de baixo valor calorífico.

14. Dispositivo de acordo com o aspecto 13, em que uma recondução pelo menos parcial do gás de produto ou do gás de síntese ou do

gás de baixo valor calorífico a partir da unidade de redução ou a partir de partes pós-conectadas de instalação é efetuada em uma parte de dispositivo, pré-conectada à unidade de oxidação.

15. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que a seção transversal de fluxo do dispositivo, em particular da região de

oxidação, a partir da entrada de material e direção à saída de material é constante e/ou aumenta e/ou diminui pelo menos parcialmente, é configurada em particular como tubo de Venturi.

16. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que o dispositivo apresenta uma seção de alimentação de material,

preferivelmente aproximadamente em forma de tubo, disposta antes da entrada de material da unidade de oxidação, com uma seção transversal de fluxo, em que essa seção transversal de fluxo é maior que a seção transversal de fluxo da unidade de oxidação, em particular na região da entrada de material da unidade de oxidação.

17. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes,

em que o dispositivo apresenta um dispositivo de pirólise que é pré-conectado à unidade de oxidação, e em que o dispositivo é configurado de tal maneira que a corrente total alimentada à entrada de material da unidade de oxidação provém do dispositivo de pirólise. 18. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, com pelo menos uma unidade de estabilização que é configurada para estabilizar a corrente de material pelo menos em curvas ou deílexões na direção de curso da unidade de oxidação.

19. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes,

em que a velocidade da corrente de material através da introdução do agente de gaseificação do material é regulável ou controlável.

20. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que uma unidade de redução pós-conectada à unidade de oxidação

apresenta pelo menos um dispositivo de retenção de material para componentes de material sólidos e/ou líquidos.

21. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, com uma unidade de recondução de material para a recondução de componentes de material sólidos e/ou líquidos de uma unidade de redução

pós-conectada à unidade de oxidação para a unidade de oxidação.

22. Dispositivo de acordo com o aspecto 21, em que a unidade de oxidação apresenta uma segunda entrada de material para a introdução de componentes de material reconduzidos da unidade de recondução.

23. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes,

com uma recondução de energia para uma unidade de pirólise para

decomposição térmica de material.

24. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que o material apresenta biomassa, em particular matéria-prima contendo carbono.

25. Dispositivo de acordo com um dos aspectos 1 a 24, em que

uma unidade de redução pós-conectada à região de oxidação apresenta uma seção transversal que se adelgaça, preferivelmente em forma aproximadamente de trompete, em direção à abertura de saída de material do dispositivo de oxidação. 26. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que uma unidade de redução pós-conectada ã região de oxidação é disposta em particular de pé ou na vertical, de modo que o fluxo de material através da unidade de redução é efetuado em particular verticalmente e preferivelmente contra a força de gravidade.

27. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que uma unidade de redução pós-conectada à região de oxidação é executada aproximadamente em forma de trompete, de modo que um leito estável mantido em suspensão, preferivelmente sem utilização de material de leito convencional, está presente na unidade de redução e/ou a velocidade de fluxo da corrente de material através da seção transversal da unidade de redução é em particular constante.

28. Dispositivo de acordo com um dos aspectos precedentes, em que uma unidade de redução pós-conectada à região de oxidação apresenta um vazadouro para a descarga de substâncias sólidas, líquidas ou gasosas.

29. Dispositivo de acordo com o aspecto 28, em que o vazadouro é instalado em tomo da unidade de redução, e apresenta pelo menos um conduto de descarga conduzido para baixo, em que a remoção de material é efetuada gravimetricamente.

30. Dispositivo de acordo com os aspectos 28 e 29, em que o vazadouro apresenta um sistema de descarga mecânico.

31. Dispositivo para oxidação de um material, em particular de acordo com um dos aspectos 1 a 30, com uma entrada de material, uma saída de material, uma região de oxidação que se estende entre as duas e uma unidade de redução, em que o dispositivo apresenta pelo menos uma unidade para introdução de meios de oxidação, que são dispostas e/ou configuradas de tal maneira que o material através dos meios de oxidação introduzidos é transportado pneumaticamente da entrada de material através da unidade de oxidação para saída de material e através desta é continuado a ser transportado, e a saída de material é conectada com a unidade de redução de tal maneira que material que sai da saída de material chega à unidade de redução.

32. Sistema para conversão termoquímica de material

combustível, em particular matérias-primas de biomassa ou que contêm carbono, como, por exemplo, material de madeira picada, em gás combustível, em particular apresentando um dispositivo de acordo com um dos aspectos 1 a 31, com:

(i) uma unidade de pirólise para decomposição térmica do

material combustível, em particular em uma corrente total que apresenta material sólido, líquido e gasoso;

(ii) uma unidade de oxidação pós-conectada à unidade de pirólise para oxidação da corrente total, em particular de acordo com um dos

aspectos 1 a 31, e

(iii) uma unidade de redução pós-conectada à unidade de oxidação, em que

o sistema é configurado de tal maneira que a corrente total a partir da unidade de oxidação chega à unidade de redução para gerar o gás combustível.

33. Unidade de redução para redução de uma corrente de material que sai de uma unidade de oxidação, em particular de uma corrente total que sai de uma unidade de oxidação de acordo com um dos aspectos 1 a

30, caracterizada pelo fato de que as paredes internas da unidade de redução

são substancialmente em forma de trompete, de modo que um leito mantido substancialmente em suspensão é configurado.

34. Processo para oxidação de um material por meio de um dispositivo de oxidação, em particular de acordo com um dos aspectos 1 a 31 ou de um sistema de acordo com o aspecto 32, com as etapas: introduzir uma corrente total apresentando material sólido, líquido e gasoso na entrada de material do dispositivo de oxidação, introduzir um meio de transporte gasoso e/ou um agente de gaseificação ou de oxidação para oxidação parcial do material, de tal maneira que a corrente total é transportada de uma entrada de 5 material através da unidade de oxidação pneumaticamente para uma saída de material da unidade de oxidação.

35. Processo de acordo com o aspecto 34, com a etapa da decomposição térmica do material em uma unidade de pirólise antes da introdução do agente de gaseificação.

36. Processo de acordo com um dos aspectos 34 ou 35, em que

o material no dispositivo de oxidação é oxidado em particular sem alimentação de energia externa.

37. Processo de acordo com um dos aspectos 34 a 36, com a etapa da regulagem ou controle da velocidade da corrente de material na

unidade de oxidação através da introdução controlada do agente de transporte ou de gaseificação.

38. Processo de acordo com um dos aspectos 34 a 37, com a etapa da redução do material oxidado em uma unidade de redução para a gaseificação pelo menos parcialmente de componentes sólidos e/ou líquidos.

39. Processo de acordo com um dos aspectos 34 a 38, em que a

corrente total não dividida dentro e através da unidade de oxidação, preferivelmente através da unidade de oxidação, é transportada para a unidade de redução, preferivelmente transportada pneumaticamente.

Um gaseificador multi-estágio de acordo com a invenção, em

particular um gaseificador de corrente total, apresenta preferivelmente componentes individuais com modos de construção simples, com pouca manutenção e à prova de escórias. Ainda, ele não é preferivelmente limitado aos tamanhos de instalação abaixo de I MW de potência de gás e não é limitado em particular com relação ao tamanho e potência, mas sim pode ser de tamanho aumentado, de forma facultativa. O gás combustível gerado, o qual é designado a seguir também como gás de produto, gás de baixo valor calorífico ou gás de síntese, pode ser preferivelmente usado sem dispendiosa limpeza de gás para uma avaliação de gás subsequente. Gases de baixo valor 5 calorífico são em particular misturas de gases com reduzido valor calorífico, por exemplo, abaixo de 8,5 MJ/Nm2. Preferivelmente, também matériasprimas de diferente grandeza podem ser processadas de maneira eficiente no gás de síntese por meio do processo multi-estágio.

A invenção parte das idéias básicas de oxidar pelo menos 10 parcialmente uma corrente total obtida a partir da pirólise, portanto em particular da corrente de material não dividida com frações sólidas, liquidas e gasosas, através da introdução de um agente de gaseificação ou de oxidação em uma unidade de oxidação. Aqui, em particular através da expansão volumétrica da corrente total que ocorre com a oxidação e/ou da pressão e/ou 15 da velocidade do agente de gaseificação introduzido, preferivelmente além de material gasoso, também material líquido e sólido e em particular a corrente total, em particular a corrente total não dividida, preferivelmente a partir de uma abertura de entrada de material na direção de uma abertura de saída de material da unidade de oxidação e preferivelmente é transportado através 20 dessa abertura. Preferivelmente, a corrente total é transportada a partir de uma unidade de pirólise através da unidade de oxidação em direção a uma unidade de redução. O transporte ou o transporte pneumático descrito é efetuado preferivelmente ao longo de um eixo geométrico que se estende entre a entrada de material e a saída de material. Esse eixo geométrico é 25 preferivelmente definido através da unidade de oxidação ou de suas paredes internas. O transporte é efetuado preferivelmente em particular continuamente. O transporte da corrente é efetuado assim ao longo do trecho de oxidação e em particular simultaneamente com a oxidação, preferivelmente através dos meios de oxidação ou de gaseificação. O transporte do material é efetuado, além disto, preferivelmente independentemente da reação e preferivelmente através de uma seção transversal de estreitamento de fluxo na transição da unidade de pirólise para a unidade de oxidação bem como, alternativamente ou adicionalmente, 5 através da introdução de uma corrente de substância adicional, preferivelmente através da introdução de meios de oxidação. A introdução de meios de oxidação é efetuada preferivelmente com uma pressão acima da pressão que reina na pirólise ou unidade de oxidação e com uma velocidade maior que 0 m/s. Como meios de oxidação são usados preferivelmente gases 10 como, por exemplo, ar, vapor d’água, dióxido de carbono e/ou oxigênio. Preferivelmente, CO2 contido pelo menos parcialmente em gases de escape de motor pode ser usado como meio de gaseificação. O agente de transporte introduzido atua preferivelmente de forma oxidante, redutora e/ou inerte sobre a corrente total.

A unidade de pirólise apresenta aqui preferivelmente uma

seção transversal de fluxo, que é atravessada pela corrente em volume da corrente total, que é maior que ou igual à seção transversal de fluxo da unidade de oxidação. A introdução da corrente total a partir da unidade de pirólise para a unidade de oxidação é efetuada preferivelmente, com referência ao campo de gravidade, substancialmente a partir de cima.

Preferivelmente, na ou junto à unidade de oxidação são dispostas várias unidades de bocal para a introdução de meios de oxidação. Entradas desse tipo para a introdução de meios de oxidação são dispostas preferivelmente ao longo do percurso de transporte ou do comprimento da 25 unidade de oxidação e/ou ao longo da seção transversal do percurso de transporte ou da unidade de oxidação. Uma mistura íntima do agente de gaseificação introduzido através das unidades de bocal e da corrente total a partir da pirólise pode ser melhorada por meio de peças agregadas da técnica de fluxo, preferivelmente, todavia, através de uma disposição ou configuração especial de uma ou várias unidades de bocal.

Assim, é vantajoso alimentar o meio de oxidação por meio de um ou vários bocais de injeção ou bocais de torção à unidade de oxidação. Em particular, a alimentação por meio de bocais de torção produz o fato de 5 que fluxos turbulentos se formam dentro da região de oxidação, os quais melhoram uma mistura íntima do agente de gaseificação com a corrente total. Adicionalmente ou alternativamente, também outras peças agregadas da técnica de fluxo, por exemplo, obstáculos, variações da seção transversal da unidade de oxidação (forma e/ou tamanho da área de seção transversal) 10 podem melhorar uma mistura íntima do agente de gaseificação com a corrente total.

Em particular, a unidade de oxidação pode ser configurada de acordo com o princípio de Venturi, preferivelmente como bocal de Venturi ou tubo de Venturi. Por exemplo, uma peça tubular pode ser formada com um 15 estreitamento de seção transversal por meio de dois cones dirigidos um contra o outro, os quais são unidos ou apresentam uma transição um para o outro no local de seu menor diâmetro.

Preferivelmente, em particular no aparecimento de maiores tamanhos de grão das substâncias sólidas que provêm a partir da unidade de 20 pirólise, em várias posições ao longo do trecho de transporte, portanto ao longo do pelo menos um eixo geométrico que se estende entre a entrada de material e a saída de material, da unidade de oxidação e/ou ao longo de sua circunferência, são introduzidos meios de oxidação na unidade de oxidação. De acordo com uma forma de concretização preferida, o eixo geométrico 25 apresenta pelo menos uma, preferivelmente duas, três ou mais seções de eixo geométrico, as quais são orientadas angularmente uma com relação à outra. De forma particularmente preferida, a velocidade da corrente total na ou a partir da unidade de oxidação é controlada ou regulada de tal maneira que ela é em particular constante e que o transporte pneumático da corrente total é assegurado.

O transporte pneumático é efetuado preferivelmente através da introdução de um meio de oxidação. Isso é, o meio de oxidação cumpre dois objetivos, mais especificamente a oxidação e o transporte da corrente total. O 5 vantajoso transporte pneumático pode, todavia, também ser atingido através de um outro gás, isto é, através de um gás que não serve como agente de oxidação. Assim, é ainda preferível, por exemplo, que um gás que não é apropriado como meio de oxidação seja introduzido de tal maneira que a corrente total através desse é pneumaticamente transportada. A adição de 10 meio de oxidação é efetuada, nesse caso, preferivelmente em uma menor quantidade, pois o meio de oxidação, além de para a oxidação, não é usado ou é usado apenas parcialmente ou insignificantemente para o transporte pneumático.

De acordo com uma forma de concretização preferida, o dispositivo apresenta uma (primeira) unidade de bocal na entrada, portanto na região da entrada de material, o trecho de oxidação e/ou uma (segunda) unidade de bocal na saída, portanto na região da saída de material, do trecho de oxidação.

Preferivelmente, uma primeira unidade de bocal, 20 preferivelmente na entrada do trecho de oxidação ou da unidade de oxidação, serve para a introdução de um agente de gaseificação ou de oxidação para o transporte, em particular para o transporte pneumático, da corrente de material. Preferivelmente, o agente de gaseificação ou de oxidação, introduzido através da primeira unidade de bocal, serve ainda para a oxidação 25 das correspondentes frações de corrente de material, em particular da corrente total. A provisão de uma (segunda) unidade de bocal na extremidade do trecho de oxidação ou na parte inferior, portanto voltada para a unidade de oxidação, da unidade de redução, demonstra ser vantajosa em particular para impedir ou reduzir uma perda de pressão ao longo do trecho de oxidação e/ou para regular a potência. Preferivelmente, em particular através da primeira unidade de bocal é assegurado em particular o transporte ou o transporte pneumático. A provisão opcional pelo menos de uma segunda unidade de bocal, por exemplo, na região da saída de material, serve em particular para a 5 regulagem de potência, em particular no uso de ulteriores ou outros combustíveis ou serve para a estabilização do leito de suspensão. O material é transportado preferivelmente continuamente, em particular ao longo da unidade de oxidação. Em particular, o dispositivo de acordo com a invenção requer uma condução forçada ou um transporte definido do material ou da 10 corrente total. Nesse caso, é efetuada preferivelmente uma mistura íntima ótima da corrente total é efetuada, em particular através da disposição conhecida das unidades de bocal.

A segunda unidade de bocal, a qual abrange vários bocais, é preferivelmente disposta de tal maneira que a direção de fluxo do(s) bocal(is) corresponde essencialmente à direção de fluxo da corrente de material. Preferivelmente, vários bocais são dispostos simetricamente em tomo da corrente de material, portanto em tomo do eixo geométrico do transporte da corrente total. De acordo com outras formas de concretização preferidas, entre a direção de fluxo dos bocais e a corrente de material, portanto ao longo do eixo geométrico de transporte, pode existir um ângulo agudo até um ângulo reto, isto é, 0 < α < 90°. Adicionalmente ou alternativamente, os bocais ou uma parte dos bocais podem ser orientados de tal maneira que ao longo do transporte de material ou do eixo geométrico de transporte tem lugar um turbilhão. Por exemplo, a direção de fluxo dos bocais pode ser orientada de tal maneira que um componente tangencial produz um uma torção ou um turbilhão radial perpendicularmente à direção de fluxo da corrente de material.

De acordo com a invenção, a oxidação é efetuada pelo menos em um estágio. De acordo com formas de concretização preferidas, a oxidação é efetuada por dois ou mais estágios. O dispositivo de acordo com a invenção e/ou o método de acordo com a invenção devem ser adaptados para essa finalidade, como é conhecido ou corrente para o especialista. Por exemplo, por meio da provisão de vários dispositivos ligados em linha e/ou 5 em paralelo ou de um dispositivo com várias regiões de oxidação.

Preferivelmente, a oxidação é efetuada na primeira partida ou início de funcionamento do dispositivo por si só, em que para a auto-ignição é necessária em particular a existência de uma determinada temperatura. Alternativamente ou adicionalmente, a ignição pode ser efetuada ou apoiada 10 através da introdução de uma centelha de ignição ou similar. Dependentemente da composição da corrente total e do agente de oxidação e de suas relações, uma inicialização ou ignição de partida, isto é, uma curta alimentação de energia por ocasião do início da oxidação pode ser suficiente para uma subsequente oxidação contínua. Todavia, pode ser também 15 preferido que a oxidação contínua ocorra somente mediante a alimentação contínua de energia externa.

Preferivelmente, o dispositivo de oxidação apresenta, por conseguinte, um dispositivo para introdução da energia requerida, o qual será designado a seguir também como dispositivo de aquecimento, dispositivo de 20 ignição ou dispositivo de combustão. Exemplos para um dispositivo de aquecimento são um bocal de ar quente, um combustor de gás, irradiador de calor, velas de ignição ou incandescência, pinos de ignição, etc. Na dependência da matéria-prima usada ou da composição da corrente total que é alimentada ao dispositivo de oxidação, o dispositivo de aquecimento pode, 25 como já descrito, ser usado somente como auxílio de ignição, isto é, por curto tempo na ocasião do início de funcionamento do dispositivo de oxidação, ou alimentar energia continuamente para manter o processo de oxidação. Além disto, o dispositivo de aquecimento pode também, dependendo da necessidade, ser usado a qualquer tempo para a alimentação de energia, por exemplo, se a composição da matéria-prima e/ou a composição de gás se alterar durante a operação corrente.

Em particular, um dispositivo de aquecimento pode ser configurado como bocal de combustor, o qual, simultaneamente, por um lado, 5 é configurado como combustor e/ou, por outro lado, como bocal para a alimentação do meio de oxidação. Por exemplo, uma mistura de gáscombustível alimentada através do bocal de combustor, por exemplo, contendo CH4 + O2, serve como gás combustível para o aquecimento. Quando a operação de oxidação, por exemplo, depois da ignição inicial, tem lugar sem 10 alimentação adicional de energia, por exemplo, somente ainda um meio de oxidação pode ser introduzido no dispositivo de oxidação, por exemplo, contendo O2, através do bocal de combustor. Alternativamente, preferivelmente ambas as funções são cumpridas ao mesmo tempo em que através do bocal de combustor.

De acordo com uma forma de concretização preferida, um

enriquecimento da mistura é efetuado para a ignição de início da oxidação, por exemplo, através da introdução de, por exemplo, propano, metano, ou gás de síntese/gás de baixo valor calorífico, o qual pode ser reconduzido através de um conduto de recirculação a partir da unidade de redução ou unidades de 20 limpeza de gás pós-conectadas, preferivelmente, todavia, a partir do primeiro estágio de limpeza.

Preferivelmente, uma unidade de redução é disposta em uma abertura de saída da unidade de oxidação de tal maneira que o material que sai da unidade de oxidação, portanto preferivelmente a corrente total, chega à 25 unidade de redução preferivelmente de forma direta. O material ou os produtos da unidade de oxidação, anteriormente oxidados ou que abandonam a unidade de oxidação, respectivamente, são reduzidos na unidade de redução, em particular em uma zona de redução. Na unidade de redução ocorrem preferivelmente reações redoxes, dentre outras, entre substâncias gasosas e sólidas.

A unidade de redução apresenta preferivelmente uma seção transversal que adelgaça em direção à abertura de saída da unidade de oxidação. Preferivelmente, a seção transversal é de tal maneira que o material 5 a ser reduzido e em particular o material sólido e/ou líquido existente na corrente de material é mantido substancialmente em suspensão e é reduzido. A unidade de redução, e em particular a seção transversal ou seção transversal de fluxo da unidade de redução, são preferivelmente configuradas de tal maneira que se forma um leito preferivelmente estável, além disto, 10 preferivelmente mantido em suspensão. O leito ou leito de suspensão abrange, nesse caso, em particular os corpos sólidos ou partículas contidas na corrente total ou corrente de material. O gás, ou a fração gasosa, contido na corrente de material ou na corrente total, flui preferivelmente ao longo da unidade de redução, em que preferivelmente o leito de material sólido está em suspensão 15 e é estável. Alternativamente ou adicionalmente, a unidade de redução é configurada de tal maneira que através da seção transversal da unidade de redução é atingido um fluxo de material ou velocidade de fluxo de material em particular uniforme, preferivelmente somente da fração gasosa.

Preferivelmente, a seção transversal de fluxo da unidade de 20 redução apresenta, em particular para possibilitar as características acima, menos parcialmente uma forma de trompete que se alarga na direção da saída de material, em particular uma superfície interna que se abre em forma de trompete na direção de fluxo. A vantagem de uma tal embocadura de saída que se abre em forma de trompete está situada no fato de que, em particular, 25 zonas de desprendimento em sua superfície interna, difíceis de serem controladas, são evitadas, as quais, por exemplo, conduzem a turbilhões, pelo que a estabilidade e/ou a suspensão do leito poderiam ser influenciadas negativamente. Com uma forma configurada de maneira especial ou com uma tal seção transversal de fluxo é em particular assegurado que o fluxo do meio gasoso é conduzido em particular de forma lisa e sem desprendimento sobre a superfície interna. A unidade de redução ou sua seção em forma de trompete apresenta preferivelmente uma seção em forma de telhado ou tampa que apresenta uma abertura de saída.

5 Seja destacado que, com o termo "em forma de trompete" são

abrangidas diferentes aberturas não incondicionalmente em forma de círculo. Em particular, o termo "em forma de trompete" refere-se a formas de cone que têm simetria de rotação, que apresentam uma forma similar à de cone de um trompete. Decisivo é, em particular, que a seção transversal de fluxo se 10 amplia permanentemente ao todo em direção à saída do canto de embocadura, em que uma ampliação “linear” na forma de uma embocadura de saída troncônica não leva ainda incondicionalmente ao sucesso desejado. Uma ampliação linear pode, por exemplo, ser descrita por meio de uma função linear: y=ax±b, em que essa função representa somente o curso de uma parede 15 interna lateral em uma seção através do corpo em particular com simetria de rotação e a origem do sistema de coordenadas é aplicado na extremidade de entrada ou extremidade inferior (comparar a representação 3 na figura 1) da unidade de redução e, assim, da forma de trompete, e em que o eixo y corre na direção do curso de transporte, preferivelmente a direção vertical para cima 20 (altura da unidade de redução) e o eixo x corre na horizontal x e, assim, descreve o tamanho do raio ou do diâmetro da unidade de redução em uma posição determinada. Particularmente vantajosos são alargamentos, nos quais a inclinação das paredes internas ao longo do percurso de transporte varia continuamente e/ou descontinuamente desde a extremidade de entrada para a 25 extremidade de saída. Por exemplo, a inclinação das paredes internas na extremidade inferior ou de entrada é diferente da inclinação das paredes internas na extremidade superior ou de saída da unidade de redução (isto é, a inclinação não é constante, tal como, por exemplo, em uma função linear). Em particular, são vantajosas superfícies internas e forma de trompete, as quais têm na extremidade de entrada da unidade de redução uma maior inclinação (por exemplo, de acordo com a orientação descrita aproximadamente vertical) e na extremidade de saída da unidade de redução apresentam uma menor inclinação (por exemplo, aproximadamente na horizontal).

Além disto, pode ser vantajoso se a inclinação da superfície interna entre as extremidades, preferivelmente a extremidade inferior e a extremidade superior, for preferivelmente contínua, por exemplo, de baixo para cima, a inclinação das superfícies interna é sempre mais plana. Cursos desse tipo podem ser descritos matematicamente, por exemplo, através de

3 3

uma função a/x (y=a/x) ou uma função ay (x=ay ), em que nessas duas funções exemplificativas a origem de coordenadas pode ser colocada na extremidade superior ou extremidade inferior da unidade de redução. Na figura 1 podem ser vistos os eixos x e y, a título de exemplo.

Em particular, cada função é imaginável, a qual descreve o

formato de superfície interna dentro dos limites da função linear e da a/x. Com outras palavras, a inclinação das superfícies internas deve, de baixo (entrada) para cima (saída) ser menor (mais plana), todavia preferivelmente não completamente muito. Uma redução contínua da inclinação da superfície 20 interna (de baixo para cima) tem a vantagem, que a superfície interna no curso para cima oferece cada vez mais uma "superfície de suporte" para o leito de suspensão, que, por um lado, a qual sofre pela corrente de gás uma força para cima e, por outro lado, através da gravidade, sofre uma força para baixo. Por meio da conformação da superfície interna pode ser influenciada ou definida, 25 assim, em combinação com a velocidade de fluxo vertical, a posição e/ou a altura ou espessura do leito de suspensão.

Além disto, evidenciou-se que diferentes formas ou cursos de seção transversal da unidade de redução são especialmente vantajosas para diferentes matérias-primas, de modo que a forma das superfícies internas preferivelmente são adaptadas às predeterminadas matérias-primas e velocidades de fluxo. Além disto, uma peça adicional em forma de cilindro pode ser colocada na extremidade superior da unidade de redução, isto é, depois da ampliação em forma de trompete.

As características acima são produzidas preferivelmente

através de uma sintonização da seção transversal que se alarga na direção de fluxo da unidade de redução com a expansão, por exemplo, da corrente de gás. Assim, turbilhões na zona de redução são substancialmente evitados. Vantajosamente, a configuração de acordo com a invenção permite em 10 particular uma redução de velocidade uniforme sem turbilhões e, assim, preferivelmente um leito flutuante, uniforme e denso.

Da mesma maneira, um tal modo de construção produz um apoio aumentado do material de leito sobre a parede externa e reduz assim a perda de pressão.

Na unidade de redução são preferivelmente retidas substâncias

sólidas ou líquidas até um determina do tamanho de grão de material por meio de um sistema de retenção, preferivelmente mecânico, a fim de obter uma determinada pureza de gás na saída da unidade de redução. O sistema de retenção é opcional e preferivelmente configurado como sistema de retenção gravitacional.

Para a regulagem de nível na unidade de redução, esta pode ser equipada com um sistema de descarga ou vazadouro, preferivelmente gravimétrico, para a remoção de substâncias sólidas, em particular cinzas e substâncias estranhas, a partir da unidade de redução. O sistema de descarga é 25 preferivelmente disposto em forma de anel, pelo menos por locais, na unidade de redução. O sistema de descarga pode ser colocado em qualquer local ao longo da zona de redução, todavia preferivelmente na extremidade do alargamento da seção transversal preferivelmente em forma de trompete da zona de redução. As substâncias sólidas descarregadas podem, assim, serem reconduzidas para o sistema, ou serem removidas separadamente do sistema.

A invenção possibilita uma simplificação substancial da unidade de gaseificação em comparação com os tradicionais gaseificadores de leito sólido, mas também gaseificadores de corrente parcial. Por meio do 5 transporte, em particular pneumático, do material de pirólise para a unidade de redução, com simultânea oxidação parcial, é possibilitada uma redução dos alcatrões a partir da pirólise, a disponibilização da necessária energia para a subsequente redução, um transporte para adiante completo de todos os produtos da pirólise e a retenção de componentes não gaseificados através dos 10 sistemas de retenção gravimétricos. Um leito de gaseificação que atua de forma redutora sobre a corrente total, sem a desvantajosa perda de pressão de um leito sólido, com simultânea eficiência e segurança contra formação de escórias, é assim possibilitado. Peças agregadas mecânicas, tais como grelhas e/ou similares e/ou material de leito adicional, tais como areia de quartzo e/ou 15 similares, não mais são forçosamente necessárias. Também as necessárias unidades de manipulação para a separação de corrente de substâncias depois da pirólise são assim dispensadas. A faixa de alta temperatura (zona de oxidação) é fortemente limitada; um modo de construção simples reduz os custos de instalação e manutenção. O processo bem como o dispositivo 20 permitem em particular uma realização técnica simples dos componentes principais de gaseificação já antes da limpeza de gás, uma alta segurança contra formação de escória e/ou alta eficiência.

Formas de concretização preferidas da presente invenção serão descritas a seguir com referência às figuras; as figuras mostram:

a figura 1 uma forma de concretização de acordo com a

invenção de um gaseificador de corrente total, de vários estágios;

a figura 2 uma forma de concretização de acordo com a invenção de um gaseificador de corrente total, de vários estágios, com uma recondução de substância sólida; a figura 3 uma forma de concretização de acordo com a invenção de um gaseificador de corrente total, de vários estágios, com uma unidade de redução, que apresenta um sistema de retenção de substância sólida;

a figura 4 uma forma de concretização de acordo com a

invenção de um gaseificador de corrente total, de vários estágios, com uma unidade de oxidação, que apresenta estabilizadores de fluxo;

a figura 5 uma forma de concretização de acordo com a invenção de um gaseificador de corrente total, de vários estágios, com uma unidade de redução que apresenta um sistema de descarga de substância sólida;

a figura 6 uma vista superior de uma unidade de descarga para a remoção de materiais indesejados a partir da unidade de redução; e

a figura 7 um fluxograma de um processo de acordo com a

invenção.

A figura 1 mostra uma forma de concretização preferida de um gaseificador de corrente total, de vários estágios, de acordo com a invenção. Material a ser gaseificado, tal como biomassa ou matéria-prima contendo carbono, é alimentado em uma unidade de pirólise I. Isto é efetuado 20 preferivelmente por meio de um sistema de transporte helicoidal, sem eixo. A unidade de pirólise é preferivelmente disposta de pé ou na vertical e apresenta um parafuso sem-fim de elevação 4, em particular vertical. O material de pirólise ou material a ser gaseificado é transportado através de um parafuso sem-fim 4, preferivelmente sem eixo, disposto em particular na vertical, para 25 um ejetor 5. Preferivelmente, a pirólise é efetuada como destilação a baixa temperatura halotérmica ou destilação a baixa temperatura autotérmica, portanto com ou sem alimentação de energia externa.

Preferivelmente, a introdução de calor para a unidade de pirólise 1 é efetuada para a unidade de pirólise 1 por meio de gases quentes. Preferivelmente, gases quentes são introduzidos na unidade de pirólise 1 por meio de pelo menos um bocal de gás 6. Gases desse tipo atuam preferivelmente de forma redutora, oxidante e/ou inerte sobre o material ou material de alimentação.

Em lugar da pulverização de gases quentes é efetuada, na

pirólise autotérmica, uma introdução de uma quantidade definida de meio de oxidação, preferivelmente ar ou oxigênio. Com uma certa fração do material a ser pirolisado é efetuada, assim, uma reação de combustão a partir da qual o calor requerido para a pirólise do material restante é incluído.

O calor introduzido na unidade de pirólise 1 pode, portanto,

ser gerado externamente ou ser reconduzido de uma outra etapa processual do gaseificador de corrente total. Na unidade de pirólise 1 é assegurada uma destilação a baixa temperatura ou destilação a baixa temperatura alotérmica do material a ser gaseificado. Isso é, uma combustão é preferivelmente

impedida através de uma atmosfera correspondente.

A unidade de pirólise 1 aqui descrita representa uma forma de concretização vantajosa e preferida, que é mostrada para a melhor compreensão da invenção. Ela pode ser substituída por outras unidades de pirólise ou de processo conhecidas.

Preferivelmente, a matéria-prima ou biomassa é introduzida na

unidade de pirólise. Uma corrente de material produzida na unidade de pirólise, em particular uma corrente total que apresenta um componente sólido, líquido e gasoso abandona a unidade de pirólise e é conduzido, de preferência dividido, para a unidade de oxidação 2.

O material, que percorreu a unidade de pirólise, chega através

de uma saída 5 a uma unidade de oxidação 2. Na forma de concretização preferida mostrada, o material pirolisado chega gravimetricamente na corrente total juntamente com o gás de destilação lenta para a unidade de oxidação 2. Preferivelmente, o material que provém da unidade de pirólise através da saída 5 cai na unidade de oxidação 2, sem outras medidas. Por meio de medidas opcionais, o fluxo de material entre a unidade de pirólise Iea unidade de oxidação 2 bem como através da unidade de oxidação é assegurado ou influenciado, por exemplo, por meio de um triturador disposto em particular depois da unidade de pirólise 1.

A corrente total que sai da unidade de pirólise 1 e/ou a introduzida na unidade de oxidação apresenta componentes sólidos, líquidos e gasosos.

Na unidade de oxidação 2 de acordo com a invenção, um meio de oxidação é introduzido na corrente total. Preferivelmente, o meio de oxidação é introduzido na corrente total por meio de pelo menos uma unidade de bocal 7, 8. Uma unidade de bocal 7, 8 é preferivelmente disposta de tal maneira na unidade de oxidação 2 que através da introdução do agente de gaseificação o material é transportado em particular de uma entrada de material da unidade de oxidação 2 através de uma zona de oxidação para uma abertura de saída de material. Preferivelmente, o material é transportado através da velocidade, da pressão e/ou da direção do agente de gaseificação introduzido e/ou através de um aumento de volume do agente de gaseificação, que ocorre com a oxidação. O meio de oxidação introduzido expande preferivelmente pelo menos uma parte da corrente total, pelo que surge uma pressão. Preferivelmente, o meio de oxidação somente expande a corrente total somente parcialmente e adicionalmente expande a fração de gás da corrente total através da elevação de temperatura em virtude das reações redox que decorrem preferivelmente de forma exotérmica da unidade de oxidação. A oxidação exige em particular uma elevação de temperatura e velocidade do gás.

A vantagem de um transporte pneumático deste tipo da corrente total está situada em particular, por um lado, no fato de que também correntes totais com partículas maiores podem ser transportadas. Em contraste com isto, em uma oxidação de corrente em queda é necessário, na maioria das vezes, reunir previamente a corrente de gás a ser oxidada, de forma que na corrente a ser oxidada somente ainda partículas finíssimas são existentes. Em virtude do transporte pneumático de acordo com a invenção, é então possível 5 que a corrente total gerada na unidade de pirólise possa ser alimentada à unidade de oxidação de forma substancialmente direta, isto é, sem ulterior processamento, como a divisão ou filtragem ou divisão.

Além disto, a corrente total pelo menos parcialmente oxidada pode ser alimentada de forma direta, isto é, sem divisão de partículas ou 10 separação. Em outras palavras, com uma unidade de pirólise de acordo com a invenção, unidade de oxidação e subsequente unidade de redução, uma corrente total, a qual é produzida na unidade de pirólise, é produzida, e que também pode apresentar maiores partículas, pode ser processada diretamente sem tratamento prévio, divisão ou separação de determinadas partículas, com 15 o que o sistema de acordo com a invenção trabalha de forma eficiente e favorável em termos de custos.

Preferivelmente, o transporte do material ou da corrente de material ou da corrente total através da velocidade e opcionalmente do volume do agente de gaseificação introduzido, ou é assim apoiado. Além 20 disto, preferivelmente, o transporte do material através da unidade de oxidação é apoiado por meio da configuração especial da seção transversal de superfícies de fluxo do dispositivo. Preferivelmente, a seção transversal de fluxo apresenta na região adiante da unidade de oxidação 2 um primeiro tamanho, o qual é maior ou igual ao tamanho da seção transversal de fluxo da 25 unidade de oxidação. Preferivelmente, a unidade de oxidação e/ou a alimentação à unidade de oxidação é configurada aproximadamente em forma de tubo. Preferivelmente, a alimentação à unidade de oxidação apresenta um diâmetro de aproximadamente 10 cm a 60 cm, preferivelmente de aproximadamente 30 cm, e a unidade de oxidação apresenta um diâmetro de aproximadamente 5 cm a 30 cm, preferivelmente de aproximadamente 20 cm. Os tamanhos e relações de tamanho são, preferivelmente, em particular dependentes da potência do dispositivo.

A orientação da unidade de oxidação ou seu eixo geométrico de transporte é preferivelmente aproximadamente horizontal, além disto, preferivelmente, em uma faixa de aproximadamente +60° a -60° com relação à horizontal. O material introduzido na unidade de oxidação apresenta preferivelmente uma direção de fluxo, que é orientada em um ângulo agudo com relação à direção de fluxo do material na unidade de oxidação e orientado preferivelmente em um ângulo de aproximadamente 10° a 100° em relação à direção de fluxo ou eixo geométrico de transporte do material na unidade de oxidação. A orientação angular das regiões entre si e/ou a seção transversal de relação de fluxo antes da para a unidade de oxidação 2 resulta preferivelmente em uma ação de redemoinho, a qual apóia o transporte do material ao longo da unidade de oxidação 2.

A mistura de ambas as correntes, em particular da corrente total de pirólise e da corrente de agente de gaseificação, e em particular juntamente com uma redução de seção transversal de fluxo na zona de oxidação assegura preferivelmente o transporte do material, em particular através da ou ao longo da unidade de oxidação.

Preferivelmente, é o transporte de material é ainda apoiado através da combustão e da elevação de temperatura.

A unidade de oxidação 2 é, nesse caso, configurada de tal maneira que, através da pressão e/ou dos outros mecanismos mencionados, o 25 material é transportado na direção da abertura de saída de material. Preferivelmente, a seção transversal de fluxo da unidade de oxidação 2 se amplia ou se reduz pelo menos parcialmente na direção de transporte de material, isto é, na direção da saída de material. Alternativamente, essa seção transversal de fluxo é preferivelmente constante ou é configurada como bocal de Venturi na região de entrada da corrente total a partir da pirólise.

Como reproduzido na figura 1, pelo menos uma unidade de bocal 7 apresenta um ou vários bocais para introdução de meios de oxidação, disposta fora do trajeto de corrente em volume. Preferivelmente, uma unidade de bocal 7 é disposta na região de uma alteração de direção do trajeto de corrente em volume ou na parte inferior da zona de redução. Como na disposição preferida, representada na figura 1, a corrente em volume sofre, na entrada para a unidade de oxidação 2, preferivelmente uma alteração de direção de aproximadamente 20° a 160°, preferivelmente aproximadamente 20° a 70°, aproximadamente 45° a 135° e igualmente preferivelmente de aproximadamente 90° ou aproximadamente 45°. De forma particularmente preferida, a alteração de direção é efetuada em um ângulo agudo com relação ao eixo geométrico de transporte da unidade de oxidação 2 na direção de fluxo, de modo que nenhuma alteração de direção da corrente no tipo de choque ou impacto é efetuada. Nesse caso, uma unidade de bocal é disposta preferivelmente fora da corrente em volume e em alinhamento com o trajeto da corrente em volume na unidade de oxidação, preferivelmente pelo lado de trás ou detrás do trajeto e/ou fora do trajeto da corrente em volume na unidade de oxidação. Um dispositivo de aquecimento ou ignição é preferivelmente também disposto ali.

Preferivelmente, em várias posições ao longo da unidade de oxidação 2 é introduzido meio de oxidação. Em particular, através dessa oxidação em múltiplos estágios, o gaseificador de corrente total pode processar componentes de corrente total de diferentes tamanhos. 25 Preferivelmente, componentes líquidos da corrente total, tais como, por exemplo, alcatrões, são essencialmente oxidados completamente ou decompostos ou fracionados por meio das altas temperaturas que reinam na unidade de oxidação.

A configuração de acordo com a invenção da unidade de oxidação e em particular a introdução de acordo com a invenção de agente de gaseificação ou de agente de oxidação na corrente total, em particular em vários pontos ao longo da unidade de oxidação, requer a existência de um elevado fluxo turbulento, o que novamente conduz a uma boa mistura íntima da corrente total e, assim, a uma oxidação melhorada.

De forma particularmente preferida, em particular em uma oxidação de vários estágios, a velocidade da corrente total pode ser controlada ou regulada, pelo que, dentre outros, a corrente que apresenta o gás de síntese ou o gás de baixo valor calorífico pode ser controlada a partir da unidade de 10 oxidação 2. Em particular, o transporte pneumático é assim assegurado em diferentes estados de operação. Adiante e/ou na saída de material da unidade de oxidação 2 é preferivelmente disposta uma unidade de bocal 8 para introdução de meios de oxidação na corrente total. Além disso, substâncias líquidas e/ou sólidas ainda contidas na corrente total podem ser oxidadas. 15 Preferivelmente, a pelo menos uma unidade de bocal 8 corresponde em particular à unidade de bocal 7 acima descrita. A unidade de bocal 8 pode ser disposta radialmente em tomo da zona de oxidação em um ângulo de -45° a +45°, preferivelmente, todavia O0 em relação ao raio, e axialmente à direção de fluxo em um ângulo de -45° a +85°, preferivelmente, todavia, de 0-+600, e 20 preferivelmente em particular de 45°, com relação ao curso de fluxo. Por exemplo, a mistura íntima pode ser melhorada através de vários pulverizadores, por exemplo, 2-12 pulverizadores, em particular 6 pulverizadores, portanto de bocais dispostos em tomo da circunferência da unidade de oxidação ou em tomo do eixo geométrico de transporte, que 25 introduzem o gás ao longo de um eixo geométrico que não intercepta o geométrico de transporte, por exemplo, ao longo de uma direção tangencial.

Preferivelmente, a unidade de bocal 7, 8 possibilita, alternativamente ou adicionalmente, um controle e/ou regulagem da corrente total. Preferivelmente, ela permite em particular uma regulagem de potência em diferentes estados de operação e/ou uma estabilização do leito na unidade de redução 3.

A saída de material da unidade de oxidação 2 é preferivelmente conectada com uma unidade de redução 3, de modo que material que sai da unidade de oxidação 2 atinge ou chega à unidade de redução 3. Preferivelmente, a unidade de redução 3 é disposta na vertical, de modo que o fluxo de material através da unidade de redução 3 é efetuado em particular verticalmente e preferivelmente contra a força de gravidade. O fluxo de material é, nesse caso, controlado de tal maneira através da unidade de oxidação 2 ou através das unidades de bocal 7, 8 que se configura na unidade de redução 3 uma zona de redução em suspensão, em particular um leito mantido em suspensão, em particular sem material adicional de leito ou de apoio. Isto é preferivelmente apoiado ou condicionado pela geometria da unidade de redução e em particular de seu alargamento em forma de trompete na direção de fluxo. Na zona de redução, em particular substância de carbono substancialmente remanescente é reduzida com o gás pobre em alcatrão que sai da unidade de oxidação 2.

Por meio da disposição vertical da unidade de redução 3, os componentes não gasosos na corrente de material são retidos pela força de gravidade, e permanecem preferivelmente em suspensão na unidade de redução, preferivelmente até que eles sejam reduzidos para formar gás.

Além disto, a disposição substancialmente vertical da unidade de redução causa com que duas forças substancialmente contrárias atuem sobre a corrente de material ou a corrente total pelo menos parcialmente 25 oxidada, pelo que preferivelmente é atingida uma floculação do leito de material (em suspensão). Por um lado, a gravidade faz com que as partículas presentes na corrente total ou na corrente de gás na unidade de redução sofram uma força dirigida para baixo, ou sejam puxadas para baixo. Por outro lado, a corrente de gás dirigida para cima faz com que as partículas sofram uma força dirigida para cima ou sejam conduzidas para cima. Finalmente, um leito de material em suspensão se configura com base nessas forças em particular contrárias, o qual é floculado. Em típicos gaseificadores de leito sólido do estado da técnica, a corrente de gás e as forças de gravidade são frequentemente retificadas, de modo que o leito de material se solidifica. Além disto, o leito sólido no estado da técnica está disposto, por exemplo, sobre uma grade ou grelha; portanto ele não é suspenso.

A unidade de redução apresenta preferivelmente pelo menos uma saída para o escoamento do gás combustível gerado (gás de síntese), a qual será também designada a seguir como saída ou saída de gás. Além disto, a unidade de redução pode apresentar pelo menos uma outra saída para o escoamento de material residual, a qual será designada a seguir também como saída de material. Na saída de gás 31, a unidade de redução 3 apresenta a corrente de material principalmente, por exemplo, gás de síntese, o qual, depois de etapas opcionais, como resfriamento, por exemplo, em um trocador de calor, e/ou limpeza, pode ser conduzido para um acumulador de gás ou uma máquina de combustão interna e/ou para alguma outra forma de uso. A energia obtida através do resfriamento é, de forma particularmente preferida, reconduzida para dentro do sistema. Assim, por exemplo, pode ser efetuada, por exemplo, uma secagem do material ou biomassa a ser gaseificado sem externe alimentação de energia.

A figura 2 mostra uma forma de concretização preferida com uma recondução de substância sólida 9. A recondução de substância sólida 9 é disposta entre a saída da unidade de redução 3 e a unidade de oxidação 2. Assim, os componentes sólidos e/ou líquidos contidos possivelmente na corrente de material ou que permaneceu sob circunstâncias, os quais abandonam a unidade de redução 3 pela saída de gás 31, são reconduzidos para a unidade de oxidação 2. Por meio dessas medidas é assegurado que componentes em particular sólidos e/ou líquidos não permaneçam no gás de síntese. Além disso, os componentes reconduzidos podem ser convertidos pelo menos parcialmente em gás, o que tem como conseqüência uma eficiência mais alta. Ainda, através dessas medidas, a pureza ou qualidade do gás de síntese ou do gás de baixo valor calorífico é melhorada depois da 5 unidade de recondução de substância sólida 9. Preferivelmente, o gás, por exemplo gás de síntese ou gás de baixo valor calorífico, que abandona a saída de gás 31, todavia que já apresenta uma alta pureza e preferivelmente que não contém quaisquer quantidades ou que contém somente quantidades muito pequenas em substâncias sólidas ou líquidas.

O material reconduzido é preferivelmente introduzido em uma

posição na unidade de oxidação 2, que está situada na direção da corrente total atrás da entrada de material, em que material da unidade de pirólise 1 para a unidade de oxidação 2 é introduzido. Preferivelmente, o material reconduzido é introduzido na direção de fluxo, preferivelmente em um ângulo 15 agudo em relação ao eixo geométrico de transporte da corrente total na unidade de oxidação 2. A introdução é efetuada alternativamente preferivelmente também na região entre unidade de pirólise 1 e unidade de oxidação 2, por exemplo, no tubo de queda 20 representado na figura 2, entre as unidades 1 e 2.

A figura 3 mostra um gaseificador de corrente total de acordo

com a invenção com uma unidade de redução preferida 3, a qual apresenta uma unidade de retenção 10. A unidade de retenção 10 serve em particular para reter componentes sólidos e líquidos da corrente de material. A unidade de retenção 10 é preferivelmente construída de tal maneira que ela tem uma 25 ação estabilizadora sobre a zona de redução, respectivamente, o leito mantido em suspensão tem e ou das em suspensão na unidade de redução 3. Com isto, a zona de redução é ajustável em suas propriedades e preferivelmente, por conseguinte, melhora a redução dos materiais transportados da unidade de oxidação 2 para a unidade de redução 3. Preferivelmente, a unidade de retenção 10 pode ser ajustada, de modo que a resistência ao fluxo do fluxo de material pode ser alterada o pode ser otimizada através da unidade de redução

3.

A figura 4 mostra um gaseificador de corrente total de acordo 5 com a invenção com uma unidade de oxidação preferida 2, a qual apresenta uma unidade de estabilização 11. A unidade de estabilização 11 é configurada para evitar, em particular, turbilhões da corrente total por ocasião do transporte através da unidade de oxidação 2. A unidade de estabilização 11 é preferivelmente disposta pelo menos por locais ao longo da unidade de 10 oxidação, por exemplo, em curvas ou deflexões da unidade de oxidação. Uma parte da unidade de estabilização mostrada na figura 3 se estende preferivelmente até a unidade de redução 3.

A figura 5 mostra um gaseificador de corrente total de acordo com a invenção com uma unidade de descarga ou um vazadouro 32. A 15 unidade de descarga é instalada na unidade de redução, preferivelmente de tal maneira que materiais diante da saída de gás podem ser removidos da unidade de redução através da unidade de descarga ou do vazadouro. Preferivelmente, a unidade de descarga, pelo menos por locais, é instalada em tomo da unidade de redução, preferivelmente em forma de anel. A unidade de descarga ou o 20 vazadouro serve para a remoção de materiais indesejados, tais como cinzas ou corpos estranhos, a partir do gaseificador de corrente total, os quais, são reduzidos somente condicionalmente ou não suficientemente, ou não em tempo suficientemente curto e, assim, podem ser transformados para sua forma de gás. Esses materiais indesejados são preferivelmente descarregados 25 gravimetricamente a partir de uma altura de enchimento predeterminada ou ajustável do leito de suspensão, e/ou através de um sistema mecânico 33 na unidade de descarga (vazadouro). A unidade de descarga desemboca em um órgão de descarga, impermeável a gás, preferivelmente em uma eclusa basculante ou de rodas dentadas. Os componentes sólidos, líquidos e/ou gasosos descarregados podem ser reconduzidos ao sistema ou ser preferivelmente eclusados ou parcialmente reconduzidos e eclusados.

A figura 6 mostra uma vista superior de uma unidade de redução preferida com um sistema mecânico 33 para o escoamento de materiais indesejados, como cinzas e/ou corpos estranhos, em particular de acordo com a forma de concretização preferida consoante a figura 5. Nessa forma de concretização de exemplo, dois parafusos sem-fim 33 são instalados lateralmente à unidade de redução 3, os quais transportam os materiais indesejados da unidade de redução, preferivelmente do trajeto de leito de suspensão. Por exemplo, os parafusos sem-fim podem ser instalados em uma altura, de modo que a borda superior do leito de suspensão estabelecido pode ser ajustada a partir de uma certa altura, preferivelmente ajustável, é sempre descarregada e através da unidade de descarga a posição da borda superior do leito de suspensão pode ser definida. Unidades de descarga deste tipo são particularmente vantajosas na utilização de matérias-primas ou biomassa que produzem muita cinza, por exemplo, Iodos de clarificação. Assim, uma unidade de descarga, quando da utilização da matéria-prima madeira, desempenha preferivelmente um papel subordinado. Em particular, quando o processamento de madeira, as cinzas são preferivelmente descarregadas com a corrente de gás.

A figura 7 mostra um fluxograma de um gaseificador preferido, de acordo com a invenção. Preferivelmente, uma matéria-prima ou substância combustível é liberada de umidade eventualmente existente em uma etapa de secagem 17. Preferivelmente, um teor de água excessivo é 25 removido, o qual pode ser demonstrado como energeticamente problemático na etapa de pirólise em virtude da energia de vaporização. Em particular, a pirólise já é endotérmica, de modo que, com demasiado teor de água, ainda mais energia tem que ser alimentada à pirólise, o que conduz a perdas de eficiência. A energia para isso é preferivelmente, como acima descrito, reconduzida pelas etapas processuais posteriores.

O combustível é aduzido à unidade de pirólise depois da secagem. A partir da substância combustível surgem na unidade de pirólise 1, através da introdução de calor, por exemplo de gases de escape quentes a 5 partir de um combustor ou de um motor, em particular componentes sólidos, líquidos e/ou gasosos, preferivelmente os componentes gás, carvão e alcatrão, os quais formam conjuntamente a corrente total. Além disto, a gaseificação é preferivelmente efetuada de forma autotérmica, portanto sem alimentação de energia externa. Em lugar da pulverização de gases quentes é efetuada, na 10 pirólise autotérmica, uma introdução de uma quantidade definida de meio de oxidação, preferivelmente ar ou oxigênio. Em uma certa fração do material a ser pirolisado, é efetuada, assim, uma reação de combustão, a partir da qual o calor necessário para a pirólise do material residual é incluído.

Depois da pirólise, a corrente total é alimentada, 15 preferivelmente completamente ou de forma não dividida, à unidade de oxidação 2. Pela introdução de um meio de oxidação ou agente de gaseificação, componentes da corrente total, em particular o gás contendo alcatrão, produzido na pirólise, e o carbono remanescente, são pelo menos parcialmente oxidados. Pela introdução do meio de oxidação e/ou através da 20 expansão de volume que surge por ocasião da oxidação, pelo menos uma parte da corrente total, a corrente total é transportada da abertura de entrada de material para a abertura de saída de material da unidade de oxidação 1. Preferivelmente, meio de oxidação é introduzido na corrente total em pelo menos duas posições diferentes 2-2, 2-12 da unidade de oxidação 2, isto é, 25 como já descrito. Desta maneira, o transporte, em particular a velocidade da corrente total, a potência e/ou o leito podem ser controlados. Preferivelmente, uma regulagem é efetuada através de uma detecção de corrente em volume, por exemplo, través da provisão de sensores correspondentes, por exemplo, na corrente total, preferivelmente na saída de material da unidade de oxidação e/ou na unidade de redução, preferivelmente na saída da unidade de redução, e de um controle correspondente da introdução do meio de oxidação na base da informação recebida do/dos sensor(es). A corrente total é transportada da unidade de oxidação 2 para a unidade de redução 3. A corrente total não apresenta, depois da oxidação, preferivelmente em particular quaisquer alcatrões, pois esses preferivelmente já se oxidaram na unidade de oxidação. A unidade de redução 3 reduz em particular gás pobre em alcatrão com carbono.

O gás quente que abandona a unidade de redução, que tem as temperaturas de cerca de 500 0C a 900 °C, é preferivelmente resfriado em um trocador de calor 13, no qual o calor, preferivelmente na secagem do combustível, é utilizado no trocador de calor 17.

Em uma subsequente limpeza de gás 14, impurezas que permanecem no gás, tais como, por exemplo, poeira, são removidas. Depois da limpeza opcional, o gás de síntese é, por exemplo, conduzido para um acumulador de gás 15 ou para uma máquina de combustão interna e/ou para outra unidade de avaliação 16.

Claims

1. Unidade de redução (3) para redução de uma corrente total que sai de uma unidade de oxidação, que apresenta material sólido, líquido e gasoso, caracterizada pelo fato de que a seção transversal de fluxo da unidade de redução (3) é substancialmente ampliada em forma de trompete na direção de fluxo para a saída da unidade de redução (3), de modo que o material sólido e/ou líquido existente na corrente total é mantida substancialmente em suspensão e um leito de suspensão substancialmente estável é configurado.

2. Unidade de redução (3) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o leito de suspensão estável está presente na unidade de redução (3) sem uso de peças adicionais mecânicas, tais como grelhas e/ou material de leito adicional, tal como areia de quartzo.

3. Unidade de redução (3) de acordo com a reivindicação 1 ou2, caracterizada pelo fato de que a velocidade de fluxo da corrente de material é substancialmente constante através da seção transversal da unidade de redução.

4. Unidade de redução (3) de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a seção transversal de fluxo se amplia constantemente em direção à saída, mas não de forma linear, e preferivelmente a inclinação da parede interna na extremidade de entrada é diferente da inclinação da parede interna na extremidade de saída, sendo que preferivelmente a inclinação da parede interna na extremidade de entrada apresenta uma inclinação maior que na extremidade de saída, em que ainda preferivelmente a ampliação da seção transversal de fluxo varia continuamente e/ou descontinuamente da extremidade de entrada para a extremidade de saída, pelo que um apoio aumentado do material de leito é atingido.

5. Unidade de redução (3) de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a unidade de redução (3) é disposta substancialmente em pé ou na vertical, de modo que o fluxo de material é efetuado pela unidade de redução substancialmente verticalmente e preferivelmente contra a força de gravidade.

6. Unidade de redução de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a unidade de redução (3) apresenta um vazadouro (32) para o escoamento de substâncias sólidas, líquidas ou gasosas, sendo que o vazadouro (32) é instalado preferivelmente em tomo da unidade de redução (3), e apresenta pelo menos um conduto de descarga conduzido para baixo, em que a descarga de material é efetuada gravimetricamente e/ou em que o vazadouro (32) apresenta preferivelmente um sistema de descarga mecânico (33)

7. Unidade de redução (3) de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ainda apresenta uma unidade de retenção, preferivelmente ajustável, para a estabilização do leito mantido em suspensão.

8. Sistema para conversão termoquímica de material combustível, em particular biomassa ou matérias-primas contendo carbono, tais como, por exemplo, material de madeira picada, em gás combustível, caracterizado pelo fato de que compreende: (i) uma unidade de pirólise (1) para decomposição térmica do material combustível, em particular em uma corrente total que apresenta material sólido, líquido e gasoso; (ii) uma unidade de oxidação (2) pós-conectada à unidade de pirólise para a oxidação da corrente total, e (iii) uma unidade de redução pós-conectada à unidade de oxidação (3), de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, em que o sistema é configurado de tal maneira que a corrente total a partir da unidade de oxidação (2) chega à unidade de redução (3) para gerar o gás combustível.

9. Processo para redução de uma corrente total pelo menos parcialmente oxidada, em particular sob utilização de uma unidade de redução (3) de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, ou um sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas: transporte pneumático da corrente total não dividida a partir de uma unidade de oxidação (2) na unidade de redução (3) para gaseificação pelo menos parcial de componentes sólidos e/ou líquidos, em que a velocidade de fluxo da corrente total é adaptada ao material da corrente total e à forma da seção transversal de fluxo da unidade de redução de tal maneira que um leito em suspensão estável se configura na unidade de redução (3).

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que na unidade de redução se configura uma zona de redução na qual turbilhões são substancialmente evitados.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a corrente de material é conduzida verticalmente através da unidade de redução (3) disposta substancialmente na vertical, de modo que pelo menos duas forças substancialmente contrárias atuam sobre a corrente total de modo que o leito em suspensão é configurado como um leito de material em suspensão, em particular na forma de um leito sólido estável mantido em suspensão.

12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a gravidade faz com que as partículas existentes na corrente total na unidade de redução (3) sofram uma força dirigida para baixo, e a corrente de gás dirigida para cima faz com que as partículas sofram uma força dirigida para cima, pelo que o leito de material em suspensão se configura com base nessas forças substancialmente opostas juntamente com um apoio do material de leito em virtude da forma de reator.

13. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que a borda superior do leito de suspensão estabelecido, a partir de uma certa altura, preferivelmente ajustável, da mesma, sempre é descarregada, pelo que a posição da borda superior do leito de suspensão pode ser definida.