BRPI0809421A2

BRPI0809421A2 - Processo e instalação para a gaseificação a potência variável de matérias combustíveis

Info

Publication number: BRPI0809421A2
Application number: BRPI0809421-7A2A
Authority: BR
Inventors: Francoise Raynaud; Bo Ni
Original assignee: Litelis
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2014-09-09
Also published as: EP2129748A2; CN101646752A; CA2680135A1; US20100107494A1; FR2914314A1; JP2010522793A; WO2008132354A3; WO2008132354A2; FR2914314B1

Description

PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA A GASEIFICAÇÃO A POTÊNCIA VARIÁVEL DE MATÉRIAS COMBUSTÍVEIS

A presente invenção refere-se a um processo para a gaseificação a potência variável de produtos, tais como biomassa e os subprodutos orgânicos (vegetais, animais, dejetos domésticos, lamas de depuração), contanto que:

• Por gaseificação, entende-se um processo termoquímico de conversão de um combustível sólido em um combustível gasoso. Trata-se de uma combustão incompleta,

pois deve resultar nos produtos químicos combustíveis.

• Por combustão, entende-se uma reação química exotérmica com oxidação rápida de um comburente.

• Por gaseificador, entende-se um reator permitindo a transformação de um combustível sólido em um combustível

gasoso.

• Por reator, entende-se uma cabine que permite transformações termoquímicas.

• Por solo, entende-se uma superfície sobre a qual repousa a matéria orgânica a ser tratada, composta de

2 0 elementos perfurados como grelhas.

• Por topo, entende-se uma zona única vazia acima do leito onde acontece as reações de oxidação.

• Por biomassa, entende-se todos os produtos carbonados procedentes diretamente ou indiretamente da

fotossíntese e especificamente, mas não de maneira limitativa, os vegetais, os animais, os dejetos orgânicos diversos, tais como dejetos domésticos, as lamas de depuração de águas, etc.

De uma maneira geral, sabe-se que com o objetivo de

3 0 valorizar a biomassa e os subprodutos orgânicos já foram propostas numerosas soluções.

Assim, especificamente, a patente FR N°. 78 31356 descreve um gasogênio com leito fixo comportando uma câmara de tratamento horizontal na qual as matérias a serem 5 tratadas são introduzidas por uma das extremidades, em seguida são arrastadas ao interior da câmara por um dispositivo de arraste até uma abertura de evacuação formada na parte inferior da parede da câmara, a sua segunda extremidade. Entre as duas extremidades da câmara, 10 a parede compreende duas saídas espaçadas uma da outra, especificamente:

uma primeira saída situada do lado da primeira extremidade da câmara, e

- uma segunda saída que constitui a saída de gás do gasogênio.

A primeira saída é conectada por um circuito de reciclagem a um bocal de injeção, situado abaixo de um injetor de ar pré-aquecido, de modo que os gases quentes produzidos pela reação de gases reciclados e do ar pré

2 0 aquecido sejam injetados para a primeira extremidade da

câmara, a um nível correspondendo ao da base do talude formado antes das matérias contidas na câmara. Consequentemente, as partículas de matéria mais próximas da abertura são atacadas pelos gases mais quentes (cerca de 25 1200°C) de modo que as cinzas são rejeitadas após que o carbono seja totalmente gaseificado.

Esta solução apresenta especificamente a vantagem de reduzir os tempos de secagem e pirólise graças à circulação forçada de gás quente gerada pela reciclagem. Além disso, a

3 0 utilização dos gases quentes é otimizada para obter uma gaseificação completa e rápida.

No entanto, o inconveniente da solução tal como foi descrito neste documento consiste em que não compreende uma estrutura autoadaptativa apta para otimizar o processo de 5 gaseificação em função da vazão de matéria tratada ou, ao inverso, em função da potência energética demandada, e, para vazões ou potências variáveis nas faixas relativamente largas.

A patente FR N°. 80 16854 propõe melhorar o processo de tratamento previamente descrito fazendo atravessar a matéria a ser tratada por um fluxo gasoso aquecido resultante da reciclagem, não mais axialmente como anteriormente, mas transversalmente em relação à direção longitudinal de progressão das matérias em cursos de tratamento na câmara. Mais precisamente, de acordo com este processo, a câmara de tratamento compreende uma sucessão de módulos de tratamento comportando cada um seus próprios meios de reciclagem, de admissão de ar e de extração de gás combustível. Trata-se então de uma solução relativamente dispendiosa. Além disso, o objetivo que esta solução visa obter é uma otimização das características de escoamento dos gases através da camada de matéria atravessada e não adaptar o funcionamento da câmara de tratamento em função da vazão de matéria e/ou a potência energética demandada, devido à presença de várias zonas de oxidação e de uma só zona de gaseificação.

O pedido de patente US 2007/0006528 tem por objeto um processo e um dispositivo correspondente permitindo transformar um material carbonado sólido em um gás combustível com baixo teor de alcatrão, esta transformação acontece em uma câmara - reator vertical de gaseificação. Este processo compreende especificamente as etapas principais seguintes:

• a introdução do material carbonado na- câmara;

· a transformação de uma primeira parte do material

carbonado em carvão em uma zona de pirólise por chama;

• o controle de uma pluralidade de temperaturas ao longo da câmara injetando um gás oxidante em vários níveis na câmara de gaseificação;

· o controle de uma quantidade de gases oxidantes

injetados a partir de um dos referidos níveis;

• a modificação do lugar da zona de pirólise por chama aumentando ou diminuindo uma quantidade de gás oxidante injetado a montante ou a jusante da zona de pirólise;

· o controle da porosidade do carvão e de uma segunda

parte do material carbonado na câmara - reator de gaseificação aplicando pelo menos uma força à câmara;

• a transformação do carvão e da segunda parte do material carbonado em um gás combustível com baixo teor de

alcatrão, ao interior da câmara - reator de gaseificação.

O pedido de patente FR 2.263.290 tem por objeto um processo e uma instalação de tratamento de xistos betuminosos e calcários asfálticos por pirogenação. Este processo consiste principalmente em um tratamento em um

forno gasogênio vertical de rochas contendo a matéria orgânica explorável e especificamente xistos betuminosos no qual submete estas rochas primeiramente a uma reação de pirogenação e em seguida a uma reação de gaseificação. Este processo é caracterizado pelo fato de que:

3 0 · injeta-se diversos gases necessários na zona onde se desencadeia a reação de gaseificação em níveis diferentes, as operações de dosagem e mistura desteá gases sendo reguladas automaticamente em dispositivos situados ao exterior do forno; e em que 5 · após sua extração da zona reacional e antes da saída

do forno, o resíduo mineral é resfriado na parte baixa do forno, com a ajuda de um gás em circuito fechado com recuperação de calor.

Reconhece-se que estes dois pedidos de patente US 10 2007/0006528 e FR 2.263.290 têm por objeto um reator e um forno cujo leito é vertical o que não permite obter uma homogeneização perfeita da temperatura ao interior do leito e um controle da velocidade de escoamento. Além disso, o fluxo de matéria a ser tratada no dispositivo objeto do 15 pedido de patente US 2007/0006528 pode ser obstruído pelas rampas de injeção.

A invenção tem ainda mais particularmente por objetivo um processo de gaseificação que permite especificamente adaptar o funcionamento da câmara de tratamento em função 20 da natureza da matéria e/ou potência energética demandada graças a uma adaptação funcional da câmara de tratamento e, sem modificações físicas significativas, e sem aumentar significativamente o custo da instalação.

Este processo intervém em uma instalação que

2 5 compreende um reator comportando uma câmara de tratamento

na qual as matérias a serem tratadas passam sucessivamente por uma zona de secagem/pirólise de dimensões variáveis na qual se efetua uma extração de gás de pirólise, em seguida por uma zona de gaseificação de dimensões variáveis na qual

3 0 se efetua uma extração de gás de síntese, o gás de pirólise extraído na zona de secagem/pirólise sendo injetado no topo do reator com um gás comburente, de maneira a gerar uma reação de oxidação exotérmica trazendo a energia necessária às reações de pirólise e de gaseificação.

De acordo com a invenção, as dimensões e/ou a posição

das zonas de secagem/pirólise e de gaseificação são reguladas em função das quantidades de matéria a ser tratada introduzida na câmara de tratamento, de sua natureza especificamente de sua granulometria e seu grau de 10 higrometria e/ou necessidades em potência energética, e quê a matéria combustível circula sensivelmente horizontalmente graças a um impulsor ou análogo permitindo o avanço da matéria combustível de cima para baixo do reator.

Além disso, a câmara de tratamento poderá compreender, 15 entre a zona de secagem/pirólise e a zona de gaseificação, uma zona mista na qual pode-se efetuar uma extração de gás de pirólise, ou uma extração de gás de síntese, o tipo de extração efetuada nesta zona sendo determinada em função das quantidades de matérias introduzidas na câmara de 20 tratamento, da natureza desta matéria e/ou das necessidades de potência energética.

Além disso, pelo menos uma das zonas citadas acima poderá compreender várias áreas de extração de gás sucessivas comandáveis, a variação das dimensões e/ou da posição das referidas zonas sendo obtida por uma desativação parcial ou total das referidas áreas.

A invenção refere-se igualmente a uma instalação de gaseificação permitindo a aplicação do processo previamente definido, esta instalação compreendendo um reator com leito

3 0 fixo comportando uma câmara de tratamento compreendendo um solo sobre o qual circula sensivelmente horizontalmente o leito de matéria combustível, o referido leito sendo dividido em pelo menos três zonas:

- uma primeira zona a montante onde se efetua somente um processo de secagem/pirólise, esta zona sendo conectada

aos meios de extração do gás de pirólise com vazão variável, estes meios de extração sendo conectados a um circuito de extração comum de gás de pirólise conectado a um queimador alimentado por um gás comburente tal como ar ou oxigênio e

disposto de maneira a gerar uma reação de oxidação exotérmica no topo da câmara do reator, este último trazendo a energia necessária às reações de pirólise, de gaseificação e de degradação dos alcatrões ou outras moléculas orgânicas contidas nos gases de pirólise,

- uma última zona onde se efetua somente um processo

de gaseificação resultando de uma fase de redução produzida durante a passagem do gás gerado pela reação de oxidação através do leito carbonizado durante o processo de secagem/pirólise, esta zona a jusante sendo equipada de

2 0 meios de extração com vazão variável do gás de síntese

obtido por este processo de gaseificação, conectados a um circuito de extração comum dos gases de síntese,

- uma zona de multifunções situada entre a primeira e última zona, esta zona de multifunções podendo ser

totalmente ou parcialmente uma zona de secagem/pirólise, e/ou totalmente ou parcialmente uma zona de gaseificação, e/ou totalmente ou parcialmente desativada, e é conectada aos meios de extração ligados em um lado, ao circuito comum de extração de gás de pirólise pelo intermédio de um

3 0 circuito com vazão regulável e, em outro lado, ao circuito comum de extração de gás de síntese por pelo intermédio de um circuito com vazão regulável.

Assim, quando um meio de extração ou um circuito com vazão variável é fechado, a zona da câmara de tratamento 5 correspondendo a este meio de extração ou a este circuito é tornada pelo menos parcialmente inativa. Por conseguinte torna-se possível repartir as zonas ativas e inativas da câmara de tratamento em função da natureza da matéria a ser tratada, das quantidades de matéria a ser tratada e/ou a

potência energética desejada. A presença da zona intermediária de multifunções na qual os meios de extração podem ser conectados ao circuito de extração do gás de pirólise ou ao circuito de extração do gás de síntese permite especificamente deslocar axialmente o lugar onde se

efetua a separação entre a zonaE de extração dos gases de pirólise e a zona de extração do gás de síntese.

Vantaj osamente:

- a velocidade de circulação da matéria combustível a ser tratada, ao interior da câmara de tratamento, poderá

2 0 ser variável e poderá ser regulada em função das

quantidades de matéria a ser tratada e/ou das necessidades de potência energética,

- as vazões relativas do comburente injetado no reator e de extração do gás combustível de gaseificação poderão

ser reguladas de maneira a manter o reator em depressão,

- a potência energética produzida poderá ser regulada pela alimentação em matéria combustível, a velocidade de deslocamento da matéria combustível com a ajuda de um pistão ou análogo, a vazão e a qualidade do comburente

3 0 injetado, o volume da zona de pirólise, a vazão de recirculação, o volume da zona de gaseificação, a vazão de extração do gás de gaseificação.

Além disso, com o objetivo de melhorar o rendimento energético da instalação de gaseificação previamente 5 descrita, é desejável prever na saída do gaseificador, um canal de tratamento do gás com elevada temperatura e carregada de numerosos elementos incômodos residuais, especificamente alcatrões ou outras moléculas orgânicas, este canal compreende pelo menos um equipamento tendo 10 especificamente por objetivo:

resfriar o gás de síntese que é extraído a uma temperatura podendo ir de 400°C a 650°C para conduzir a uma temperatura inferior a 1500C permitindo a aplicação de um processo de depuração (que é geralmente operado a temperatura moderada),

- reduzir, até mesmo de eliminar, o teor de alcatrões, recuperar o calor sensível do gás de síntese aumentando assim o rendimento térmico do sistema de gaseificação.

2 0 Este equipamento de tratamento (condensador para

alcatrões) é de preferência concebido de maneira a efetuar um tratamento por via úmida do gás às condições ambientes, com uma etapa de resfriamento feita sobre o trocador gáságua com tubos permitindo recuperar o calor sensível do gás 25 de síntese bem como separar do gás os alcatrões. Este trocador com três fluidos poderá compreender uma pluralidade de tubos verticais nos quais circula o gás de síntese bem como meios que permitem gerar nos tubos um filme descendente formado por uma circulação de óleo. Este 30 filme descendente tem por efeito prender as poeiras e os alcatrões impedindo assim a incrustação dos tubos. A transferência cíclica de óleo permite manter sua qualidade desconcentrando em relação ao fluido novo.

Um modo de execução de tal instalação será descrito a seguir, a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexados nos quais:

A figura 1 é uma representação esquemática de uma instalação de gaseificação com leito fixo;

A figura 2 é uma vista em elevação com detalhes parciais de um dispositivo de trocador-condensador com três fluidos utilizáveis na instalação representada na figura 1.

Neste exemplo, a instalação de gaseificação intervém em um reator com leito fixo 1 de forma tubular, por exemplo de seção circular ou poligonal, compreendendo uma câmara de 15 tratamento 8. Este reator 1 e esta câmara 8 são conectados em uma de suas extremidades (montante) a um sistema de alimentação em matéria combustível 2 e compreendem na outra extremidade a jusante um sistema de extração das cinzas 3.

O sistema de alimentação 2 comporta aqui um

2 0 transportador de parafusos sem fim 4 ou qualquer dispositivo equivalente disposto na área de armazenamento 5 da matéria combustível. Este transportador 4 chega sobre um transportador de esteira 6 que alimenta uma peneira vertical de alimentação 7 que chega ao interior da câmara

2 5 de tratamento 8 do reator 1 à direita de uma área de recuo

9 do leito escoado na referida câmara 8. A matéria liberada pela peneira 7, sobre esta área de recuo 9, é afastada para o interior da câmara 8 por um impulsor 10 com movimento alternativo.

3 0 Além da área de recuo 9, o solo da câmara de tratamento 8 é formado por uma sucessão de áreas de extração de gás sobre a qual o leito de matéria combustível pode circular sob o efeito de arraste do impulsor 10. Este solo comporta uma ou várias grelhas 11 a 15 cobrindo as 5 partes sob cada uma das quais está disposta uma tremonha T1 a T5 cuja parte inferior é munida de uma válvula ou registro 16 a 20 destinado a permitir a evacuação das partículas finas de matéria passando através da ou das grelhas 11 a 15.

De acordo com este modo de execução, o solo compreende

sucessivamente duas áreas de extração de gases de pirólise (grelhas 11 e 12), duas áreas de extração mista ou polivalentes (grelhas 13 e 14) e uma área de extração de gás de síntese (grelha 15).

As tremonhas Ti a T4 são cada uma conectadas à entrada

de aspiração de um circuito de extração de gás de pirólise 21 e de uma turbina 23, por intermédio de condutos de aspiração 24, 25, 26, 27 equipados de válvulas 28, 29, 30, 31.

2 0 Do mesmo modo, as tremonhas T3, T4, T5 são conectadas à

entrada de aspiração de um circuito de extração de gás de síntese 37 pelo intermédio de condutos de aspiração 31', 32, 33 equipados de válvulas 34, 35, 36. O circuito de extração 3 7 comporta sucessivamente o primeiro de um trocador

2 5 térmico gás/ar 3 8 e, eventualmente, um canal de depuração

dos gases 39. É conectado à entrada de aspiração de uma turbina 4 0 cuja saída é conectada, por exemplo, a uma rede de distribuição de gás de síntese.

A extremidade a jusante da câmara de tratamento 8 é

3 0 munida de um poço de extração de cinzas 41 cuja extremidade inferior está imersa em água 42 contida em um recipiente de recuperação de cinzas 43 que se estende sob a câmara de tratamento 8 .

Do mesmo modo, válvulas (ou registros) 16 a 20 são conectados às mangas M que mergulham na água do recipiente 43 .

As partículas de cinzas ou de matérias combustíveis recolhidas pelo recipiente são arrastadas por um transportador 44 e derramadas a uma altura superior ao

nível da água do recipiente 43 em uma área de armazenamento de cinzas e de resíduos 45.

A turbina 23 do circuito de extração de gás de pirólise é conectada por sua saída a um queimador 5 0 que injeta no topo da câmara de tratamento 8 uma mistura gasosa

compreendendo o gás de pirólise bem como um comburente podendo consistir de ar pré-aquecido provindo de um circuito 4 6 que passa pelo secundário do trocador térmico

3 8 e uma turbina 4 7 ou no oxigênio provindo de um circuito de distribuição 48 comandado por uma válvula 49.

2 0 0 início da instalação é além disso assegurado graças

a um queimador B utilizando o gás natural provindo de um circuito C comandado por uma eletroválvula E. Este queimador B é mantido funcionando até que a temperatura de reação seja atingida.

Ao interior da câmara de tratamento 8, acima as áreas

de extração 11, 12 (e 13, 14 na medida em que as válvulas 30 e 31 são abertas e as válvulas 34 e 35 são fechada) , existe uma zona de secagem/pirólise na qual o fluxo gasoso oxidado provindo do queimador 50 e circulando no topo da

3 0 câmara 8 atravessa o leito de matéria repousando sobre o solo (grelhas 11 a 14) provocando, graças a sua contribuição energética, a secagem da matéria e a reação de pirólise, os alcatrões contidos nos gases de pirólise sendo degradados durante a reação de oxidação que se efetua no topo da câmara 8 em elevada temperatura.

Na primeira parte da câmara de tratamento (zona de secagem e de pirólise), os gases são extraídos a uma temperatura da ordem de 500°C a 700°C.

Na segunda parte do reator, quando o gás procedente da oxidação atravessa o leito carbonizado durante a fase de pirólise, uma fase de redução se produz e o gás extraído pelo conduto de aspiração 33 e os condutos de aspiração 31' e 32 na medida em que as válvulas 34 e 35 são abertas.

Aparece por conseguinte que as dimensões e a posição das zonas de extração de gás (pirólise e gaseificação) podem ser alteradas em função do estado (aberto ou fechado) das válvulas 28 a 31 e 34 a 36.

Do mesmo modo, é possível regular as vazões de extração nestas zonas. É possível portanto, criar zonas

2 0 ativas ou inativas do leito de matéria de acordo com a necessidade em potência energética.

Mais concretamente, a variação de potência energética de tal instalação é realizável por uma combinação das ações seguintes:

- a variação da vazão de alimentação em matéria a ser

tratada jogando sobre a velocidade de atuação do impulsor e sobre o ciclo de alimentação de matéria a ser tratada,

- a variação do tempo de estada na zona de secagem e de pirólise regulando a dimensão desta zona graças ao fechamento ou abertura das válvulas 28, 29, 30 e 31, - a variação da vazão do gás de pirólise reciclado, pela regulagem da turbina do circuito de extração do gás de pirólise,

a variação do tempo de estada da matéria a ser tratada na zona de gaseificação regulando a dimensão desta zona graças ao fechamento ou abertura das válvulas 34, 35, 36,

- a variação da vazão de gás de síntese por regulagem da velocidade da turbina do circuito de extração do gás de

síntese.

Estas ações são comandadas aqui por um processador P que controla a vazão de alimentação da peneira em matéria combustível, o estado dos registros 16 a 19 e das válvulas 28a31e34a36, a velocidade de rotação das turbinas 23,

40, 47, a velocidade de rotação do motor de arraste do transportador 44 que assegura a extração das cinzas e dos resíduos.

Este processador é conectado além disso aos sensores (especificamente um sensor de temperatura DT e um sensor de

2 0 pressão DP) permitindo medir os diferentes parâmetros da

instalação úteis para assegurar as regulações e as seguranças.

Além disso, para uma potência dada, o funcionamento da instalação é assegurado por três aneis de regulação:

- Um anel de regulação da depressão na câmara de

reação, por ação sobre a vazão de extração dos gases de síntese. Esta ação pode ser efetuada regulando a velocidade da turbina ou agindo sobre as válvulas; este anel de regulação é inevitável por questões de segurança.

3 0 -Um anel de regulação da temperatura do forno por ação sobre a vazão de comburente injetado (ar ou oxigênio) no queimador. Esta ação pode ser efetuada regulando a velocidade da turbina do gás comburente.

- Um anel de regulação da temperatura dos gases de pirólise por ação sobre a vazão de recirculação dos gases

de pirólise. Esta ação pode ser efetuada regulando a velocidade da turbina; a temperatura do gás de pirólise reflete a temperatura no reator e a qualidade de pirólise.

Além disso, numerosos parâmetros ajustáveis podem

contribuir diretamente para o desempenho da instalação, especificamente:

- o ângulo de inclinação do solo da câmara de reação; apesar de que no exemplo previamente descrito o solo seja sensivelmente horizontal, é naturalmente possível prever um

solo apresentando uma inclinação predeterminada,

a velocidade de avanço da matéria a ser tratada sobre o solo,

a velocidade do gás de recirculação no leito de pirólise,

- a velocidade do gás no leito de gaseificação,

- a vazão e a natureza do gás comburente,

- a temperatura na zona de oxidação do reator,

- a superfície das zonas efetivas do solo,

- o posicionamento e o tamanho da zona de pirólise,

- posicionamento e o tamanho da zona de gaseificação.

Graças às disposições previamente descritas, a instalação de gaseificação apresenta as vantagens seguintes:

- A possibilidade de variar (ou regular) a capacidade ou a potência da instalação sem modificar a estrutura e/ou

as dimensões físicas da instalação; esta variação de potência é realizável sobre uma faixa importante. Um gasogênio concebido para uma potência média de IMW pode ver sua potência variar de várias centena de kW à vários MW.

As mudanças de potência podem se efetuar 5 instantaneamente e muito facilmente (automatização total) sem conseqüência para a qualidade do gás de síntese. A forte taxa de reciclagem permite fazer girar momentaneamente o sistema em regime de espera sem efeito negativo durante da passagem em regime nominal. É

suficiente retardar as entradas de comburente, o que permite uma grande reatividade e, se a situação se prolongar, retardar a entrada do sólido. Esta aptidão de regulação é essencial, pois para certas aplicações (cogeração ou térmica pura), é necessário compensar as

variações de poder calorífico instantâneo por uma variação inversamente proporcional de vazão a fim de manter uma potência constante. Para outras utilizações, é necessário poder seguir instantaneamente a demanda de potência.

- A polivalência de matérias combustíveis: o avanço do

2 0 sólido no reator não é mais por gravidade, a densidade do

material não é mais um critério de seleção limitante, o que abre possibilidades de novos empregos de produtos variados (em natureza e condicionamento) e o que permite prever um funcionamento confiável.

-A ausência de alcatrão no gás: a recirculação do gás

descrita previamente tem outra conseqüência muito favorável, além do efeito térmico de homogeneização e do efeito mecânico de difusão. Múltiplas travessias sucessivas do leito permitem converter totalmente o carbono em CO e CO2

3 0 com uma excelente razão C0/C02 e o hidrogênio em H2 e H2O com também, uma excelente razão H2/H20. Os sucos pirolenhosos geralmente chamados alcatrões que são cadeias de hidrocarboneto mais ou menos longas que subsistem devido às reações incompletas, são destruídos progressivamente e a 5 medida de sua formação neste tipo de gaseificador. Isto é um ponto crucial para uma utilização do gás de síntese nos grupos de cogeração, mas ainda mais para um uso na química do hidrogênio (célula à combustível ou conversão em biocomburente).

-A possibilidade de utilizar um comburente como

oxigênio: querendo-se produzir um gás tendo um melhor poder calorífico instantâneo por unidade de massa, é necessário tirar sua fração inerte de nitrogênio (50% em volume no gás ao ar) . Esta é trazida principalmente pelo ar comburente.

Gaseificar com o oxigênio permite reduzir de metade a vazão de gás guardando ao mesmo tempo a energia endógena. Em outros termos, o poder calorífico instantâneo do gás é duplicado reduzindo pela metade a perda térmica em calor sensível.

2 0 - Um risco de entupimento limitado do mecanismo de

avanço da matéria combustível a ser tratada. Em todo caso, a ação curativa eventual é claramente simplificada. As intervenções internas fazem-se pela abertura de uma porta antes da interrupção certamente, mas sem esvaziamento

completo do reator como nas soluções anteriores.

No exemplo ilustrado sobre a figura 2, o canal de depuração dos gases 3 9 pode composto de um condensador para alcatrão compreendendo uma coluna vertical tubular TC fechada em suas duas extremidades e cujo volume interno

3 0 compreende de cima para baixo: - Uma câmara de admissão do gás 51 na qual chega radialmente um conduto de admissão de gás 52.

- Um trocador 53 delimitado por duas placas radiais 54, 55 axialmente espaçadas e atravessadas por uma pluralidade

5 de tubos verticais 56 que se estendem axialmente entre as referidas placas 54, 55. 0 volume 57 delimitado pelos tubos 56, as duas placas 54, 55 e a parede da coluna CT sendo preenchidos por água que circula em contracorrente entre um conduto de entrada de água 5 8 situado na parte inferior e 10 um conduto de saída de água 58' situado na parte superior.

Uma câmara de saída de gás 5 9 na qual chega radialmente um conduto de saída de gás 60.

- Um reservatório de óleo 61 na qual está disposto uma dupla parede na qual corre uma tubulação ou outro

dispositivo 62 em serpentina cujo objetivo é resfriar o óleo e pré-aquecer a água e a qual uma das extremidades 63 é conectada à entrada de água 5 8 enquanto a outra extremidade é conectada a um circuito de alimentação de água 64 (fria) . O fundo da coluna CT que constitui o 20 reservatório de óleo 61 apresenta uma forma cônica ao centro do qual está disposto um orifício conectado a um tubo de purga de óleo 65.

Neste dispositivo, o gás de síntese constitui o fluido a ser tratado. A água é utilizada como fluido refrigerante 25 principal que absorve uma parte do calor retirado pelo gás. O óleo que serve para captar os alcatrões tem igualmente o papel de fluido refrigerante secundário garantindo um préaquecimento da água.

0 gás que entra na câmara de admissão 51 com uma

3 0 temperatura relativamente elevada, atravessa o trocador 53 de cima para baixo ao interior dos tubos 56 resfriando-se ao contato destes.

Após ter sido pré-aquecida na serpentina 62, a água atravessa o trocador 53 ascendente aquecendo-se ao contato 5 dos tubos 56. 0 óleo que é alimentado na câmara de admissão 51 (por um circuito não representado) entra nos tubos 56 por profusão e forma filmes descendentes ao longo das paredes internas dos tubos 5 6 antes de chegar finalmente no reservatório 61. 0 calor sensível do gás é transferido à 10 água atravessando os filmes de óleo e as paredes dos tubos 56. Os alcatrões presentes no gás são captados pelos filmes de óleo durante o contato direto alcatrão/óleo. O óleo presente no reservatório 61 pode ser transferido regularmente graças ao tubo de purga 65.

Claims

1. Processo para a gasificação à potência variável de matérias combustíveis com a ajuda de uma instalação que compreende um reator (1) comportando uma câmara de tratamento (8) na qual as matérias a serem tratadas passam sucessivamente por uma zona de secagem/pirólise de dimensões variáveis na qual se efetua uma extração de gás de pirólise, em seguida por uma zona de gasificação de dimensões variáveis na qual se efetua uma extração de gás de síntese, o gás de pirólise extraído na zona de secagem/pirólise sendo injetado no topo da câmara de tratamento (8) com um gás comburente, de maneira a gerar uma reação de oxidação exotérmica trazendo a energia necessária às reações de pirólise e de gasificação, caracterizado pelo fato de que as dimensões e/ou a posição das zonas de secagem/pirólise e de gasificação são reguladas em função das quantidades de matéria a ser tratada introduzidas na câmara de tratamento (8), de sua natureza e/ou das necessidades de potência energética, em que a câmara de tratamento (8) compreende uma zona única de oxidação no topo do reator (1) , e pelo fato de que a matéria combustível circula sensivelmente horizontalmente graças a um impulsor (10) ou análogo permitindo o avanço da matéria combustível de cima para baixo do reator (1), este reator (1) sendo disposto de acordo com um eixo sensivelmente horizontal.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de tratamento (8) compreende entre a zona de secagem/pirólise e a zona de gasificação, uma zona de multifunções mista na qual pode-se efetuar uma extração de gás de pirólise, ou uma extração de gás de síntese, o tipo de extração efetuada nesta zona sendo determinado em função das quantidades de matérias introduzidas na câmara de tratamento (8), da natureza desta matéria e/ou das necessidades de potência energética.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das zonas referidas compreende várias áreas de extração de gás sucessivas comandáveis, e pelo fato de que a variação das dimensões e/ou da posição das referidas zonas é obtida por uma desativação parcial ou total das referidas áreas.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura dos gases de gasificação é regulada por ação sobre a vazão de gás comburente injetado na referida câmara (8) .

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a temperatura dos gases de pirólise é regulada por ação sobre a vazão dos gases de pirólise injetados na câmara de tratamento (8).

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que as vazões relativas do comburente injetado no reator (1) e de extração do gás combustível de gasificação mantém o reator (1) em depressão.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a potência energética produzida é regulada pela alimentação em matéria combustível, a velocidade de deslocamento da matéria combustível com a ajuda de um pistão ou análogo, a vazão e a qualidade do comburente injetado, o volume da zona de pirólise, a vazão de recirculação, o volume da zona de gasificação, a vazão de extração do gás de gasificação.

8.Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese sofre um tratamento de depuração com recuperação do calor sensível do referido gás.

9.Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a referida depuração é efetuada graças a um filme de óleo descendente gerado nos tubos de trocador no qual circula o referido gás.

10. Instalação para a aplicação do processo de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, esta instalação compreendendo um reator com leito fixo (1) que comporta uma câmara de tratamento (8), este reator (1) e esta câmara (8) sendo conectados em uma de suas extremidades a um sistema de alimentação em matéria combustível (2) e compreende em sua outra extremidade um sistema de extração de cinzas (3) e, esta câmara (8) comportando três regiões correspondendo âs três fases principais do tratamento, especificamente: uma região de secagem/pirólise situada em uma primeira parte do leito de matéria combustível, uma região de gasificação situada na segunda parte do leito do combustível e uma região de oxidação ocupando o topo situado acima do leito, caracterizada pelo fato de que a câmara (8) compreende um solo sensivelmente horizontal sobreposto de um leito dividido em pelo menos três zonas, especificamente: - uma primeira zona a montante onde se efetua somente um processo de secagem/pirólise, esta zona sendo conectada aos meios de extração do gás de pirólise com vazão variável, estes meios de extração sendo conectados a um circuito de extração comum (21) de gás de pirólise conectado a um queimador (50) alimentado por um gás comburente tal como ar ou oxigênio e disposto de maneira a gerar uma reação de oxidação exotérmica no topo da câmara (8) , que traz a energia necessária às reações de pirólise, de gaseificação e de degradação dos alcatrões ou outras moléculas orgânicas contidas nos gases de pirólise, - uma última zona onde se efetua somente um processo de gaseificação resultando de uma fase de redução produzida durante a passagem do gás gerado pela reação de oxidação através do leito carbonizado durante o processo de secagem/pirólise, esta zona a jusante sendo equipada de meios de extração com vazão variável do gás de síntese obtido por este processo de gaseificação, conectados a um circuito de extração comum (37) dos gases de síntese, - uma zona de multifunções situada entre a primeira e última zona, esta zona de multifunções podendo ser totalmente ou parcialmente uma zona de secagem/pirólise, e/ou totalmente ou parcialmente uma zona de gaseificação, e/ou totalmente ou parcialmente desativada, e é conectada aos meios de extração ligados em um lado, ao circuito comum de extração (21) de gás de pirólise pelo intermédio de um circuito com vazão regulável e, em outro lado, ao circuito comum de extração (37) de gás de síntese por pelo intermédio de um circuito com vazão regulável.

11. Instalação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o sistema de alimentação compreende uma peneira de alimentação (7) que libera a matéria a ser tratada ao interior da câmara de tratamento (8) sobre uma área de recuo (9) de um impulsor (10) com movimento alternativo.

12. Instalação, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que as áreas referidas de extração compreende cada uma grelha (11 a 15) sobre a qual o leito de matéria pode circular e sob a qual está disposta uma tremonha (Ti a T5) cuja parte inferior é munida de uma válvula (16 a 20) conectada a uma manga (M) mergulhando na água de uma recipient (43) , pelo menos um circuito de extração de gás de pirólise e/ou de síntese chegando ao interior da tremonha (T1 a T5) e comandado pelas válvulas (28, 29, 30, 31-34, 35, 36) .

13. Instalação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o referido circuito de extração de gás de pirólise compreende uma turbina (23) que chega no referido queimador (50).

14. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10, 11, 12 ou 13, caracterizada pelo fato de que o referido comburente é liberado por um circuito (46) que passa pelo secundário de um trocador térmico (38) cujo primário é montado no circuito de extração do gás de síntese.

15. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10, 11, 12, 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que a câmara de tratamento (8) compreende um sistema de extração de cinzas comportando um poço (41) cuja extremidade inferior está imersa na água contida em um recipiente de recuperação de cinzas (43).

16. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, caracterizada pelo fato de que o referido solo está inclinado em relação à horizontal.

17. Instalação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caracterizada pelo fato de que compreende um canal de depuração dos gases comportando entre outras coisas um trocador com três fluidos, no interior do qual o gás circula em tubos verticais, no interior do qual o óleo que entra por profusão forma os filmes descendentes ao longo das paredes internas dos referidos tubos antes de chegar finalmente em um reservatório de óleo, o calor sensível do gás sendo transferido à água atravessando os filmes de óleo e as paredes dos tubos.

18. Instalação, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que antes de chegar no trocador, a água circula em um circuito em serpentina disposto no referido reservatório.