BRPI0810731B1

BRPI0810731B1 - Gasification apparatus and method for generation of synthesis gas from gaseous feedstock

Info

Publication number: BRPI0810731B1
Application number: BRPI0810731-9A
Authority: BR
Inventors: Heidenreich Steffen; Nacken Manfred; Ugo Foscolo Pier; Rapagnà Sergio
Original assignee: Pall Corporation
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2017-06-27
Also published as: US20100223848A1; JP2010525120A; BRPI0810731A2; WO2008135226A3; EP2142623A2; CN101688135A; US8562701B2; WO2008135226A2; WO2008135226A8

Description

APARELHO DE GASEIFICAÇÃO E MÉTODO PARA GERAÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE MATÉRIA PRIMA GASEIFICÁVEL

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um aparelho de gaseificação e método para geração de gás de síntese a partir de uma matéria prima gaseificável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Aparelhos de gaseificação e métodos para geração de gás de síntese descobriram ser conveniente converter matéria prima gaseificável em um combustível gasoso por meio de um processo de alta temperatura. Como um resultado de mais complexas reações termo químicas, matéria prima, ex. biomassa, é então transformada em gases permanentes tal como hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano, que comumente contém vapores orgânicos que condensam sob condições ambientes e são conhecidos coletivamente como alcatrão e um resíduo sólido consistindo principalmente de carbono puro e cinza.

Convencionalmente, o processo de gaseificação é conduzido em um reator de gaseificação acomodado em um vaso e os gases permanentes brutos resultantes, a seguir chamados gases de síntese brutos, são retirados do vaso e conduzidos através de um outro equipamento para remover resíduos sólidos bem como para reduzir os componentes de alcatrão. 0 gás de síntese bruto contém os acima mencionados gases permanentes hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano em quantidades variáveis, dependendo entre outras coisas da matéria prima utilizada e das condições do processo de gaseificação.

Enquanto resíduos sólidos podem ser removidos através de um ciclone e eventualmente mais um dispositivo de filtragem, a remoção de componentes de alcatrão é mais difícil. Alcatrão não é desejável por causa de diversos problemas associados com condensação, formação de aerosóis de alcatrão e polimerização para formar estruturas mais complexas as quais causam problemas no processo de saída do equipamento, assim como dos motores e turbinas utilizados em aplicações do aparelho de gaseificação.

Diversos componentes de alcatrão condensam e/ou solidificam quando a temperatura do gás de síntese cai abaixo de aproximadamente 400°C. Entretanto, o equipamento do processo, o qual é provável que seja afetado pela condensação do alcatrão, deve ser mantido a temperaturas de aproximadamente 500°C ou mais.

Além do mais, os sólidos removidos do gás de síntese bruto e alcatrão ainda contêm um material gaseificável.

Diversas técnicas têm sido propostas para recuperar pelo menos parte da energia contida nos sólidos removidos a partir do gás de síntese bruto e componentes de alcatrão.

Entretanto, tais abordagens não são satisfatórias em que ainda uma porção substancial dos componentes de alcatrão fica contida no gás de síntese bruto removido do vaso contendo o reator de gaseificação, que cria problemas no equipamento seguinte e reduz a produção do gás de síntese. Além disso, altas temperaturas de processamento do gás de síntese bruto são necessárias até este ter passado o dispositivo de filtragem. Além disso, a reciclagem da matéria particulada sólida, inclusive ainda não esgotada, ex. porções ainda gaseificáveis da matéria prima, necessitam um aparelho mais complexo e maiores esforços de manutenção. O objetivo da presente invenção entretanto reside em proporcionar um aparelho e um método para geração de gás de síntese a partir de matéria prima volátil, que permite uma maior produção de gás de síntese com custos e esforços reduzidos.

RESUMO DA INVENÇÃO 0 objetivo acima da presente invenção é resolvido com um aparelho de gaseificação de acordo com a reivindicação 1. A acomodação da unidade de filtragem dentro do mesmo vaso que acomoda o reator de gaseificação proporciona um gás de síntese purificado em uma saída do vaso sem a necessidade de haver um dispositivo de ciclone e um dispositivo de filtragem adicional acoplado ao aparelho.

Isto é de importância específica e impacto, já que até agora o gás de síntese bruto retirado do vaso está em uma alta temperatura e precisa ser mantido a uma alta temperatura quando passar através do dispositivo de ciclone, porque caso contrário o componentes de alcatrão condensariam e prejudicariam a função do ciclone e do subsequente dispositivo de filtragem. Não apenas deve este equipamento de saída, ou seja, o ciclone e o dispositivo de filtragem, suportar tais altas temperaturas, mas pode ser até necessário ao menos isolar os condutos que conduzem a partir do vaso para o ciclone e ao subsequente dispositivo de filtragem ou, em alguns casos, até o coração do ciclone e ao dispositivo de filtragem, para manter o fluxo gás de síntese bruto saindo do vaso e passando através do ciclone e dispositivo de filtragem a uma temperatura alta suficiente, ex. a 500°C ou acima, para evitar condensação do alcatrão e deposição do mesmo, ex. no elemento de filtragem, o qual levaria mais a uma obstrução do dispositivo de filtragem. A acomodação da unidade de filtragem dentro do mesmo vaso que também acomoda o reator de gaseificação não requer maiores investimentos ou elementos do filtro de maiores custos, já que os elementos de filtro previamente utilizados no dispositivo de filtragem separado para um ciclone já têm que suportar similares altas temperaturas.

Portanto, os mesmos tipos de elementos de filtro podem ser utilizados na unidade de filtragem acomodada no vaso. Ao mesmo tempo, esses elementos de filtro removem sólidos do gás de síntese bruto, que deve ser imediatamente devolvido para dentro do reator para mais uma gaseificação, sem inserção extra na tubulação e aparelho adicional para reciclagem dos sólidos removidos do gás de síntese bruto. Surpreendentemente, foi descoberto que um dispositivo de ciclone pode ser omitido. É portanto preferível que o lado superior da unidade de filtragem esteja em comunicação fluida com o lado inferior do reator, sem possuir outro equipamento entre eles.

No caso da unidade de filtragem e o reator estarem dispostos em uma configuração vertical da unidade de filtragem acima do reator de gaseificação, os sólidos removidos do gás de síntese bruto pode simplesmente ser reciclado através de gravidade para dentro do reator de gaseificação sem a necessidade de qualquer outro equipamento.

Unidades de filtragem preferíveis incluem um ou mais elementos de filtro, especialmente elementos de filtro substituíveis, que facilitam a manutenção do aparelho de gaseificação.

Elementos de filtro os quais são de específica vantagem, de acordo com a presente invenção são no formato de velas de filtro, que proporcionam uma superfície ampla dentro de um volume limitado e que são de simples manuseio.

Preferivelmente, esses elementos de filtro compreendem um elemento de suporte poroso.

De acordo com uma concretização específica da presente invenção, o dito elemento de suporte poroso compreende um elemento de parede externa poroso e um elemento de parede interno poroso, o dito elemento de parede interno poroso definindo uma câmara de filtragem a qual está em em comunicação fluida com o lado inferior da unidade de filtragem.

Em outra concretização da presente invenção, os ditos elementos de parede interna e externa porosa são dispostos separadamente um do outro, desse modo definindo um espaço livre. 0 elemento do filtro compreende um material catalítico particulado em volume, e o dito material catalítico particulado é acomodado no dito espaço livre.

Ainda em outra concretização da presente invenção, o dito elemento de parede interno poroso compreende um material catalítico. Em tal concretização, os elementos de parede internos e externos são preferivelmente não separados um do outro, mas são organizados em contato próximo com suas superfícies periféricas internas e externas, respectivamente.

Preferivelmente, os ditos elementos de parede internos consistem de um material catalítico ou de um material que é coberto com um material catalítico.

Além do mais, o elemento de suporte poroso pode consistir uma membrana no lado superior, definindo a característica de filtragem dos elementos de filtro. 0 uso de uma camada de membrana na superfície superior do elemento de suporte proporciona uma maior flexibilidade do que o do formato da porosidade do elemento de suporte. A característica delta p do elemento de suporte e do elemento de filtro como um todo pode ser mais facilmente adequada às necessidades de uma aplicação específica.

Preferivelmente, o elemento de suporte compreende um material de õxido de metal básico ou um material de óxido metálico misto que é de interesse específico como um transportador de materiais catalíticos.

Mais preferivelmente, os elementos de filtro compreendem um material metálico cataliticamente ativo, dito material metálico cataliticamente ativo sendo preferivelmente depositado no dito material de óxido de metal básico ou em um material de óxido de metal misto.

Exemplos preferíveis de substancias de metal cataliticamente ativas são Ni, Fe, Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, e Re em forma elementar ou de óxido. As previamente mencionadas substancias de metal podem ser utilizadas cada uma individualmente ou em combinação uma com o outra.

Uma vez que os elementos de filtro compreendem uma substancia de metal cataliticamente ativa, ao menos porções substanciais de componentes de alcatrão podem ser submetidos a reformulação catalítica para produzir gás de síntese.

Dessa forma, a reformulação catalítica dos componentes de alcatrão não apenas reduz os problemas no equipamento de saída causados pela condensação de alcatrão, mas também aumenta a produção de gás de síntese. Além do mais, a qualidade do gás de síntese é aumentada, uma vez que as proporções de componentes de gás combustíveis no gás de síntese, como H2 e metano, são aumentadas.

Uma vez que a unidade de filtragem é acomodada no vaso que também acomoda o reator de gaseificação, a unidade de filtragem é mantida a uma temperatura suficiente para o processo de reformulação catalítica, sem a necessidade da unidade de aquecimento.

Em uma modalidade preferível da presente invenção, o vaso compreende uma parte inferior, uma parte superior e uma parede lateral conectando as ditas partes superior e inferior. É preferível que a parte inferior e/ou a parede lateral incluam uma ou mais entradas para aquele meio de gaseificação Também, em uma preferível concretização, a parede lateral compreende uma entrada de matéria prima.

Tal entrada de matéria prima é preferivelmente localizada em uma parte da parede lateral que corresponde a uma parte inferior do reator de gaseificação. A parede lateral então preferivelmente forma parte do reator de gaseificação propriamente dito.

Em outra preferível concretização, a parte superior do vaso acomoda a unidade de filtragem e a saída de gás de síntese.

Em tal configuração, o meio de gaseificação é preferivelmente introduzido na parte inferior do vaso, através da parte inferior e/ou através da parede inferior lateral do vaso e passa através do reator de gaseificação, onde ele auxilia a reação de gaseificação da matéria prima. O fluxo de gás dentro do vaso continua subindo para parte superior onde o gás de síntese bruto gerado no reator passa através da unidade de filtragem, antes de sair do vaso, através da saída de gás de passagem, em forma purificada.

Enquanto a presente invenção não está limitada a um tipo específico de reator de gaseificação, reatores de leito fluidizados são preferíveis.

Exemplos típicos de reatores de leito fluidizados descritos na técnica os quais são úteis, entre outros, dentro do escopo da presente invenção são conhecidos a partir da EP 0 844 021, WO 97/20017 e US 2007/0079554.

Em uma preferível concretização da presente invenção, o leito fluidizado do reator de gaseificação compreende um material particulado selecionado a partir de areia, olivina e/ou dolomita. 0 material de leito serve como uma fonte de calor, reservatório de calor e meio de transferência de calor para o recente abastecimento de matéria prima, que pode ser abastecida dentro do aparelho de gaseificação sem ser pré-aquecida. A transferência de calor a partir do material de leito para a matéria prima recém abastecida acelera o aquecimento da matéria prima para a temperatura desejada da reação. 0 uso do material particulado diferente de areia, ex. olivina e/ou dolomita, pode possuir vantagens adicionais no que essas substâncias podem auxiliar as reações de decomposição de alcatrão.

Isso já reduz a quantidade de alcatrão no gás bruto a tal grau que então de maneira mais fácil e completa é convertido em gás de síntese na unidade de filtragem, transmitindo um material metálico cataliticamente ativo.

Em uma outra preferível concretização, o vaso compreende uma entrada para um material absorvente. Substâncias sorventes podem ser utilizadas para obrigar gases prejudiciais, como H2S, HCI, componentes de metal pesado, compostos alcalinos e similares, a que eles não façam parte do gás de síntese bruto saindo do reator de gaseificação.

Adicionalmente, ou como alternativa, o sorvente pode ser incluído na matéria prima e ser abastecido para dentro do aparelho de gaseificação, juntamente com a matéria prima gaseificável.

Adicionalmente, ou em outra alternativa, a entrada para a substância sorvente pode estar em comunicação fluida com o reator de modo que a substância sorvente possa ser alimentada para dentro do reator através de uma entrada separada.

Adicionalmente, ou como alternativa, a entrada da substância sorvente pode estar localizada na parede lateral do vaso ou na parte superior do vaso, ainda no lado superior da unidade de filtragem. A presente invenção ainda consiste em um método para geração de gás de síntese a partir de matéria prima gaseificável. 0 método de acordo com a presente invenção faz uso de um aparelho de gaseificação conforme acima descrito e é definido em detalhe na reivindicação 24.

Em numerosos de casos, é preferível utilizar um meio de gaseificação, o qual é um gás que auxilia combustão. A utilização de um gás que auxilia combustão como um meio de gaseificação é vantajoso uma vez que ele permite queima de parte da matéria prima, através disso criando energia necessária para a reação de gaseificação. Em muitos casos, a utilização de gás que auxilia combustão permite a criação de energia suficiente no reator para sustentar a reação de gaseificação sem haver a necessidade de aquecer o vaso através de meios de aquecimento externos, ex. um forno elétrico.

Meio de gaseificação preferível compreende oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio e/ou vapor de água. É especialmente verificado que o ar como uma mistura de oxigênio e nitrogênio pode ser utilizado como um meio de gaseificação.

Em alguns casos, vapor de água sozinho pode ser utilizado como um meio de gaseificação. Então, entretanto, meios de aquecimento externos são necessários para manter o vaso e o reator interno ao vaso a uma temperatura suficientemente alta para reação de gaseificação.

Nitrogênio pode ser utilizado como um componente gasoso para aumentar a fluidez da matéria prima no reator.

Preferivelmente, a matéria prima utilizada para formar um material particulado que permite alimentação simples e controlada para dentro do vaso. A matéria prima a ser utilizada no presente método inventivo pode ser derivada a partir de diversas fontes e incluirá preferivelmente biomassa, especialmente substâncias que contém celulose.

Alternativamente, ou adicionalmente, a matéria prima pode compreender resíduo de esgoto seco, que pode compreender consistência de substâncias de biomassa não celulósicas. 0 meio de gaseificação pode ser alimentado no vaso através de uma ou mais entradas do meio de gaseificação, as entradas estando localizadas na parte inferior e/ou na parede lateral do vaso. Através da seleção de uma ou mais entradas para alimentação, o meio de gaseificação, dentro das condições de operação otimizadas do vaso para o reator de gaseificação, pode ser obtido.

Habitualmente, as paredes laterais do vaso formarão parte do reator de gaseificação, ex. não é necessário haver um compartimento separado instalado dentro do vaso para definir o reator de gaseificação.

Preferivelmente, o gás de síntese purificado é removido do vaso através da saída de gás de síntese, que está localizado na parte superior do vaso. A parte superior do vaso preferivelmente também acomoda a unidade de filtragem, que é preferivelmente equipada com um ou mais elementos de filtro.

Preferivelmente, elementos de filtro a serem utilizados em conexão com a presente invenção são no formato de velas de filtro. Os elementos de filtro úteis na presente invenção foram acima descritos em conexão com a descrição do aparelho inventivo, A substância cataliticamente ativa que pode formar parte dos elementos de filtro é preferivelmente selecionada a partir de substâncias de metal cataliticamente ativo, que promove a reformulação catalítica dos compostos orgânicos contidos no gás de síntese bruto.

Tais compostos orgânicos incluem, mas não estão limitados a estes, hidrocarbonos gasosos, hidrocarbonos especialmente pesados e outros compostos de alcatrão.

Em um método ainda mais preferível, de acordo com a presente invenção, o material metálico cataliticamente ativo é escolhida para também promover a decomposição de amônia, que é criada em casos onde a matéria prima inclui substâncias proteicas e/ou nitratos, e amônia como parte do gás de síntese é habitualmente não desejada.

Em outro método preferível, de acordo com a presente invenção, o método compreende a alimentação de um material absorvente para dentro do reator. A substância sorvente é destinada a fazer com que gases prejudiciais como H2S, HCl, metais pesados e/ou compostos alcalinos que são os mais indesejados no gás de síntese purificado que sai do vaso. A substância sorvente pode ser introduzida no vaso em uma porção para acomodar o reator de gaseificação e alternativamente ou em adição, na parte superior da unidade de filtragem. A substância sorvente é preferivelmente escolhida a partir de dolomita, cal e/ou trona. Enquanto a presente invenção pode ser conduzida como um processo conjunto, mais vantajosamente o presente método inventivo é conduzido como um processo contínuo. A matéria prima particulada esgotada é retirada do dito reator continuamente ou intermitentemente, assim permitindo que o método continue por um extenso período de tempo, permitindo grandes intervalos de trabalho.

Mais vantajosamente, a presente invenção permite que durante a condução do método, o componente de cinza removido a partir do gás de síntese bruto, através da unidade de filtragem, pode ser diretamente devolvido para dentro do reator para mais uma gaseificação, as vantagens acima e a seguir da presente invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição de um exemplo e das figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Nas figuras, estão representadas: FIGURA 1: uma representação esquemática de um aparelho de gaseificação inventivo; FIGURA 2: uma representação esquemática de uma outra concretização de um aparelho de gaseificação inventivo; FIGURA 3: uma representação esquemática de um corte transversal de uma primeira concretização de um elemento de filtro a ser utilizado no aparelho da figura 1 e 2; FIGURA 4: uma representação esquemática de um corte transversal de uma segunda concretização de um elemento de filtro a ser utilizado no aparelho da Figura 1 e 2; FIGURA 5: uma representação esquemática de um corte transversal de uma terceira concretização de um elemento de filtro a ser utilizado no aparelho da Figura 1 e 2; e FIGURA 6: um gráfico exemplar que indica a redução de alcatrão obtida no Exemplo inventivo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A Figura 1 mostra o aparelho de gaseificação 10 para gaseificação de uma matéria prima, o dito aparelho de gaseificação 10 compreendendo um vaso, 12 cercado por um forno elétrico 14. 0 vaso 12 compreende uma parte inferior 16, uma parede lateral 18 e uma parte de terminação superior 20. A parte inferior 16 do vaso 12 compreende uma entrada 22 para um meio de gaseificação, ex. vapor e um meio de distribuição de meio de gaseificação 24 acomodado no vaso 12. A parede lateral 18 do vaso 12 acomoda um reator de gaseificação 26, que é do tipo de um reator de leito fluidizado de borbulhamento. A parte de terminação superior 20 do vaso 12 compreende uma saída de gás de síntese 28 e uma entrada de alimentação 30 para uma matéria prima gaseificável 32. A matéria prima 32 é direcionada através da entrada 30 e um contuto 34 interno se abriga 12 dentro do reator 26 e em seu leito fluido. A parte de terminação superior do vaso 12 acomoda a unidade de filtragem 38, compreendendo dois elementos de filtro 40, 41, que são montados em uma chapa de separação 44, que delimita um espaço de borda livre acima do reator 26 a partir do volume em direção ao fluxo da unidade de filtragem 38 e em conexão fluida direta com a saída de gás de síntese 28. A matéria prima esgotada pode ser retirada do vaso 12 via uma saída 46 através da parte inferior do vaso 12.

Um aparelho similar ao modelo mostrado na Figura 1 foi utilizado no Exemplo seguinte: A Figura 2 representa um outro tipo de aparelho de gaseificação 50, de acordo com a presente invenção. O aparelho de gaseificação 50 compreende um vaso 52 que possui uma parte inferior 54, uma parede lateral 56 e uma parte de terminação superior 58. O vaso 52 acomoda dentro de sua parede lateral 56 um reator de gaseificação 60 .

Nessa concretização, o reator de gaseificação 60 é do tipo de reator de leito fluidizado. A parte inferior 54 inclui uma entrada 62 para um meio de gaseificação e uma pressão 64 para distribuição do meio de gaseificação sobre o corte transversal do vaso como um todo 52. 0 vaso ainda compreende uma entrada 66 para a matéria prima, a dita entrada estando em comunicação fluida com o reator 60. A parte de terminação superior 5 8 do vaso 52 proporciona uma borda livre 68, que acomoda a unidade de filtragem 70, compreendendo uma pluralidade de elementos de filtro 72 montados em uma placa separada 74, que divide a borda livre 68 em uma seção superior da unidade de filtragem 70, a qual está em comunicação fluida e direta com a parte de terminação inferior do reator 60 e uma seção para baixo das unidades de filtro 70, que está em comunicação fluida direta com uma saída de gás de síntese 78 do vaso 52. A operação do aparelho de gaseificação 50 é similar ao aparelho de gaseificação 10 da Figura 1.

Matéria prima esgotada pode ser retirada do vaso 52 via uma linha de saída 76. A Figura 3 mostra um exemplo preferível de um elemento de filtro para utilização do aparelho de gaseificação 10 e 50 conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, respectivamente. 0 elemento de filtro 80 consiste em um elemento de suporte poroso 82 o qual compreende um elemento de parede externa poroso 84 e um elemento de parede interna poroso 86, os quais são essencialmente de mesmo comprimento sobre a extensão do elemento de filtro 80. O elemento de filtro 80 pode possuir, por exemplo, um corte transversal circular, os elementos de parede porosos internos e externos 84, 86 são de formato cilíndrico oco e dispostos coaxialmente. O Elemento de filtro 80 compreende uma parte inferior 80, que é feita de um material impenetrável fluido essencialmente. 0 elemento de parede de externo 84 e o elemento de parede interno 86 são separados um do outro e definem entre eles um espaço livre 90, que acomoda um material catalítico particulado 92 em volume. A extremidade inferior do elemento de parede interno é impenetravelmente acomodado em um retiro 93 da parte de baixo 88. A parte superior do elemento de filtro 80 é provida com uma placa superior 94, a qual acomoda as terminações superiores dos elementos de parede internos e externos e sela o espaço 90, acomodando o material catalítico. A placa superior 94 compreende uma abertura central 96, que provê uma comunicação fluida com a câmara de filtragem 98, definida pela superfície interna do elemento de parede interno 86, com o lado inferior da unidade de filtragem.

No lado superior do elemento de filtro 80, o elemento de suporte 82 compreende uma camada de membrana 99, os poros os quais definem a característica de filtragem do elemento de filtro 80. A porosidade da saída porosa e elementos de parede internos podem então ser variados em largas extensões. Os poros ou perfurações desses elementos de parede podem ser feitos relativamente largos, uma vez que o tamanho máximo dos poros ou perfurações devem ser apenas pequenos o bastante para reter as partículas do material em volume 92 dentro do espaço livre 90.

Essa característica especialmente permite a redução do delta p através do elemento de filtro a uma extensão considerável.

Nenhuma camada de membrana é necessária na parte inferior 88, uma vez que esta é feita de material impenetrável fluido.

Uma concretização similar de um elemento de filtro a ser utilizado em conexão com o aparelho inventivo é mostrado na Figura 4 na forma de um elemento de filtro 100. O elemento de filtro 100 compreende um elemento de suporte poroso 102, que é compreendido por um elemento de parede externo poroso 104 e um elemento de parede interno poroso 106. Conforme já descrito em conexão com a concretização do elemento de filtro 80 em conexão com a Figura 3, os elementos de parede internos e externos são dispostos separadamente um do outro, criando um espaço livre 108 para acomodação de um material catalítico particulado 110 em volume. A terminação superior do elemento de filtro 100 é fechada através de uma placa superior 112, similar à placa 94 do elemento de filtro 80 mostrado na Figura 3. A terminação inferior do elemento de filtro 100, entretanto, difere da configuração mostrada para o elemento de filtro 80 na Figura 3. Aqui, a parede inferior 114 é feita de um material poroso. O elemento de parede interno 106 também inclui uma parede inferior porosa 116 e a parede inferior 116 e a parede inferior 114 são espaçadas uma da outra de modo a contribuir para o espaço livre 110, para acomodar matéria catalítico particulado em volume.

Essa concretização do elemento de filtro 100 faz o máximo uso do volume ocupado para fornecimento de espaço livre para o material catalítico particulado 110 e também proporciona uma máxima área de superfície para passagem de fluido para dentro do interior, onde este é coletado em um espaço de filtragem 118. A placa superior 112 possui uma abertura central 120 que proporciona uma comunicação fluida do espaço de filtragem 118 e do lado de baixo da unidade de filtragem.

Tem sido debatido com relação ao elemento de filtro mostrado na Figura 3 que o elemento de filtro 100 possui na superfície de cima de seu elemento de suporte 102, uma camada de membrana 117. Uma vez que as paredes inferiores 114 e 116 são porosas e permeáveis por fluidos, a camada de membrana 117 também cobre a superfície de cima da parede inferior 114. A Figura 5 mostra uma concretização alternativa par um elemento de filtro a ser utilizado em um aparelho da presente invenção, ex. em qualquer um dos aparelhos de gaseificação 10 e 50, respectivamente. 0 elemento de filtro 130, conforme mostrado na Figura 5, compreende um elemento de suporte poroso 132 o qual é compreendido por um elemento de parede externo poroso 134 e um elemento de parede interno poroso 136. A parte inferior do elemento de filtro 13 0 é fechada através da placa inferior fluidamente impenetrável 138, que acomoda em um retiro, as terminações inferiores 140 dos elementos de parede internos porosos 136. Os elementos de parede internos porosos constituem em suas superfícies internas de uma câmara de filtragem 142.

Em contraste com as concretizações mostradas nas Figuras 3 e 4, o elemento de filtro 130 mostrado na Figura 5 compreende um elemento de parede interno poroso feito de um material catalítico ou feito de um material que suporta um material catalítico. Uma vez que o elemento de parede interno poroso 136 proporciona a atividade catalítica propriamente dita, não há necessidade de prover um espaço livre entre o elemento de parede interno e elemento de parede externo e, de fato, é preferível que o elemento de parede interno 136 esteja em contato próximo com o elemento de parede externo 134.

Conforme sua terminação superior, o elemento de parede interno 136 é selado da terminação superior do elemento de parede externo 134, de modo que uma placa superior possa ser omitida. 0 espaço de filtragem 142 está em comunicação fluida com o lado de baixo da unidade de filtração através da abertura da terminação 144 do elemento de filtro 130. É apreciado com prazer que o elemento de filtro 130 da Figura 5 possa ser modificado de modo a proporcionar um elemento de parede interno 136, com a parte inferior que então permitiría que a parte inferior 138 fosse porosa, ex. natureza permeável. Além do mais, é prazerosamente concebível que a porosidade do elemento de parede externo seja escolhido de modo a proporcionar a característica de filtragem desejada.

Em uma alternativa, a camada de membrana (não mostrada) pode ser fornecida na superfície de cima do elemento de suporte 132, que então proporcionaria as propriedades de filtragem necessárias para o elemento de filtro 130. A porosidade do elemento de parede externo (e interno) pode ser escolhida de modo a minimizar o delta p e proporcionar um efeito máximo para a atividade catalítica do material catalítico fornecido pelo elemento de parede interno 136.

Exemplo No presente Exemplo, um aparelho similar ao aparelho 10 da Figura 1 foi utilizado. A unidade de filtração compreende um elemento de filtro que compreende um elemento de suporte poroso SiC, provido com uma cobertura de MgO-A1203 e um catalisador NiO nele depositado. 0 elemento de filtro é da dimensão de 60/40mm (diâmetro externo/interno) x 368mm (comprimento) , correspondente a uma superfície de filtragem efetiva de 0,06937m2 e foi acomodado na parte da terminação superior de um vaso, ex. em uma borda livre de um reator de gaseificação de leito fluidizado borbulhante, similar ao mostrado na Figura 1. Em sua superfície de cima, o elemento de filtro foi equipado com uma membrana que possui uma tamanho de poro médio de aproximadamente lOpm.

Dessa forma, o elemento de filtro possui uma estrutura mais simples quando comparada com o elemento de filtro descrito em relação a Figuras 3 a 5.

Cascas de amêndoas foram utilizadas como matéria prima de biomassa e olivina em forma particulada foi utilizada como material de leito. O processo de gaseificação foi conduzido como um processo de gaseificação de vapor.

Antes de iniciar a gaseificação de vapor da biomassa, o reator de gaseificação e a unidade de filtragem catalítica foram aquecidos a aproximadamente 800°C por meio de um forno elétrico (Figura 1) . Para redução do material catalítico contendo NiO do elemento de filtro catalítico, uma mistura de gás N2-H2 com conteúdo de vol3,5% de H2 foi utilizado. Após a redução completa do elemento de filtro catalítico, a alimentação de gás H2 foi concluída e a gaseificação de vapor foi iniciada com uma taxa de alimentação de biomassa de 8,43g/min. A taxa de alimentação de vapor foi ajustada para 5,3g/min durante os primeiros 60min do processo de gaseificação, escolhendo uma velocidade de face para o elemento de filtro catalítico de l,7cm/s. Na segunda hora dos 120 min de duração do experimento de gaseificação, a taxa de alimentação de vapor foi aumentada para 8g/min para resultar em uma velocidade de face de 2cm/s. A taxa de alimentação de nitrogênio foi fixada a 5,7 1/min a 20°C durante todo o processo de gaseificação de vapor.

Detalhes adicionais das condições de operação do gaseificador, o rendimento de gás, a conversão de água, o conteúdo de alcatrão no gás de síntese purificado depois de passar pelo elemento filtrante, o resíduo de carbono puro, a conversão de carbono, assim como a composição do gás de síntese purificado são mostrados na tabela 1.

Para a determinação da performance de remoção de alcatrão do elemento de filtro catalítico, foi realizado um segundo experimento, em condições comparáveis de gaseificação de vapor com uma vela de filtro não catalítica integrada de mesma geometria. A Tabela 2 mostra o rendimento de gás correspondente, a conversão de água, o conteúdo de alcatrão e a composição do gás de síntese bruto, resíduo de carbono puro e conversão de carbono. Resíduos de alcatrão similares são observados em sistemas de gaseificação convencionais.

Tabela 1 Para a determinação da performance de remoção de alcatrão do elemento de filtro catalítico, foi realizado um segundo experimento, em condições comparáveis de gaseificação de vapor com uma vela de filtro não catalítica integrada de mesma geometria. A Tabela 2 mostra o rendimento de gás correspondente, a conversão de água, o conteúdo de alcatrão e a composição do gás de síntese bruto, resíduo de carbono puro e conversão de carbono. Resíduos de alcatrão similares são observados em sistemas de gaseificação convencionais. TABELA 2 i I

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Para o cálculo da conversão de alcatrão (em percentual) do elemento de filtro catalítico alcançada no primeiro experimento de gaseificação, a diferença entre o conteúdo de alcatrão inicial de 1.04 g/Nm3 (medida no segundo experimento de gaseificação) e o conteúdo de alcatrão medido em cada tempo de operação distinto no primeiro experimento de gaseificação é dividido pelo conteúdo inicial de alcatrão de 1,04 g/Nm3.

As conversões de alcatrão resultante do elemento de filtro catalítico no primeiro experimento de gaseificação, de acordo com as condições da Tabela 1, através do aumento da velocidade de face depois do tempo de operação de 60 min de 1,7 para 2 cm/s são apresentadas na Figura 6.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Aparelho de gaseificação para geração de gás de síntese a partir de matéria prima gaseificável, o dito aparelho caracterizado pelo fato de compreender: um vaso que possui uma entrada de matéria prima, uma entrada para um meio de gaseificação gasoso, uma saída para matéria prima esgotada e uma saída de gás de síntese; um reator de gaseificação acomodado no dito vaso e em comunicação fluida com a dita entrada de matéria prima, a dita saída para matéria prima esgotada e a dita entrada para o dito meio de gaseificação do dito vaso; e uma unidade de filtragem compreendendo um ou mais elementos de filtro e acomodada no dito vaso, a dita unidade de filtragem possuindo um lado superior e um lado inferior, o dito lado superior da dita unidade de filtragem estando em comunicação fluida com o dito reator e o dito lado inferior deste estando em comunicação fluida com a dita saída de gás de síntese; e em que a dita unidade de filtragem e o dito reator de gaseificação estão dispostos em uma configuração vertical da unidade de filtragem acima do reator de gaseificação de modo a permitir uma reciclagem direta por gravidade de sólidos removidos do gás de síntese para o reator de gaseificação.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de filtro serem no formato de velas de filtro.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de os elementos de filtro compreenderem um elemento de suporte poroso.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o dito elemento de suporte poroso compreender um elemento de parede externa poroso e um elemento de parede interna poroso, o dito elemento de parede interna poroso definindo uma câmara de filtragem, a qual está em comunicação fluida com o lado inferior da unidade de filtragem.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de os ditos elementos porosos de parede interna e externa estarem afastados um do outro, definindo com isso um espaço livre, em que o dito elemento de filtro compreende ainda um material catalítico particulado em volume, e em que o dito material catalítico particulado está acomodado dentro do dito espaço livre.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o dito elemento de parede interna poroso compreender um material catalítico.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o dito elemento de parede interna poroso consistir de um material catalítico ou de um material que é revestido com um material catalítico.

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de filtro compreenderem uma membrana no lado superior de seu elemento de suporte.

9. Aparelho, de acordo com as reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de o dito elemento de suporte compreender um material de óxido de metal básico ou um material de óxido de metal misto.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o dito elemento de filtro compreender um material metálico cataliticamente ativo.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o dito material metálico cataliticamente ativo ser depositado em um material de óxido de metal básico ou um material de óxido de metal misto.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o dito material de metal compreender um ou mais metais escolhidos a partir de Ni, Fe, Ru, Pd, Pt, Rh, Ir e Re em forma elementar ou de óxido.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de o dito vaso compreender uma parte inferior e uma parte de terminação superior e uma parede lateral conectando as ditas partes de terminação superior e inferior.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a parte inferior e/ou dita parede lateral incluir a dita entrada para o dito meio de gaseificação.

15. Aparelho, de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de a dita parede lateral compreender a dita entrada de matéria prima.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de a dita parede lateral fazer parte do dito reator de gaseificação.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de a dita parte superior acomodar a dita unidade de filtragem e a dita saída de gás de síntese.

18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de o dito reator compreender um leito fluidizado.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o dito leito fluidizado compreender um material particulado escolhido a partir de areia, olivina e/ou dolomita.

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de o dito vaso compreender uma entrada para um material de absorção.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a dita entrada para o dito material de absorção estar em comunicação fluida com o dito reator.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a dita entrada para a substância de absorção estar em comunicação fluida com o lado superior da unidade de filtragem.

23. Método para geração de gás de síntese a partir de matéria prima gaseificável, caracterizado pelo fato de compreender: a alimentação de uma matéria prima para dentro do aparelho de gaseificação conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 22, através de uma entrada de matéria prima de um vaso do dito aparelho; a alimentação de um meio de gaseificação gasoso para dentro do dito aparelho através de um meio de entrada de gaseificação; a reação da dita matéria prima e do dito meio de gaseificação em um reator de gaseificação acomodado no dito aparelho para produzir um gás de síntese bruto; a passagem do dito gás de sintese bruto através de uma unidade de filtragem acomodada no dito vaso verticalmente acima do reator de gaseificação para proporcionar um gás de sintese purificado; a remoção dos sólidos do dito gás de sintese e o retorno dos ditos sólidos diretamente para o reator de gaseificação; e a remoção do dito gás de sintese purificado do dito vaso através de uma saida de gás de sintese.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o dito meio de gaseificação ser um gás de auxilio à combustão.

25. Método, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado pelo fato de o dito meio de gaseificação compreender oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio e/ou vapor de água.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado pelo fato de a dita matéria prima estar na forma de um material particulado.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado pelo fato de a dita matéria prima incluir biomassa, especialmente material que contém celulose.

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 27, caracterizado pelo fato de a dita matéria prima compreender resíduo de esgoto seco.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 28, caracterizado pelo fato de o dito vaso compreender uma parte inferior e uma parte de terminação superior e uma parede lateral que conecta as ditas partes superior e inferior.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de o dito meio de gaseificação ser alimentado para dentro do vaso através da dita entrada do meio de gaseificação, a dita entrada estar localizada na dita parte inferior e/ou na dita parede lateral.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 29 ou 30, caracterizado pelo fato de a dita matéria prima ser alimentada para dentro do dito vaso através da dita entrada de matéria prima, a dita entrada de matéria prima estar localizada na dita parede lateral.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de a dita parede lateral fazer parte do dito reator de gaseificação.

33. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 9 a 32, caracterizado pelo fato de o dito gás de síntese purificado ser removido do dito vaso através da dita saída de gás de síntese, a dita saída de gás de síntese estar localizada na dita parte superior.

34. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 33, caracterizado pelo fato de a dita unidade de filtragem ser equipada com um ou mais elementos de filtro.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de filtro serem fornecidos como velas de filtro.

36. Método, de acordo com as reivindicações 34 ou 35, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de filtro compreender um elemento de suporte poroso.

37. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de o dito elemento de suporte poroso compreender um elemento de parede externa poroso e um elemento de parede interna poroso, o dito elemento de parede interna poroso definindo uma câmara de filtragem, a qual está em comunicação fluida com o lado inferior da unidade de filtragem.

38. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de parede interna e externa porosa serem dispostos separadamente um do outro, desse modo definindo um espaço livre, em que o dito elemento do filtro compreende ainda um material catalítico particulado em volume, e em que o dito material catalítico particulado é acomodado no dito espaço livre.

39. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de o dito elemento de parede interna poroso compreender um material catalítico.

40. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de o dito elemento de parede interna poroso consistir de um material catalítico ou de um material que é encoberto por um material catalítico.

41. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 36 a 40, caracterizado pelo fato de o dito elemento de filtro compreender membranas porosas apoiadas nos ditos elementos de suporte.

42. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 36 a 41, caracterizado pelo fato de o dito elemento de suporte compreender um material de óxido básico ou um material de óxido de metal misto.

43. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 42, caracterizado pelo fato de os ditos elementos de filtro compreenderem um material metálico cataliticamente ativo.

44. Método, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de o dito material metálico cataliticamente ativo promover a reformulação catalítica dos compostos orgânicos contidos no gás de síntese bruto.

45. Método, de acordo com a reivindicação 43 ou 44, caracterizado pelo fato de o material metálico cataliticamente ativo promover a decomposição da amônia.

46. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 45, caracterizado pelo fato de o dito método compreender alimentação de um material absorvente para dentro do reator.

47. Método, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de o dito material absorvente ser alimentado para dentro do reator juntamente com a matéria prima.

48. Método, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de o dito material absorvente ser alimentado para dentro do vaso no lado superior da unidade de filtragem.

49. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 46 a 48, caracterizado pelo fato de o dito material absorvente ser selecionado para ligar H2S, HC1, metais pesados e/ou compostos alcalinos.

50. Método, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de o dito material absorvente incluir dolomita, cal e/ou trona.

51. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 50, caracterizado pelo fato de o dito reator incluir um leito fluidizado.

52. Método, de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de o dito leito fluidizado compreender um material particulado escolhido a partir de areia, olivina e/ou dolomita.

53. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 52, caracterizado pelo fato de durante a passagem do gás de sintese bruto através da unidade de filtragem, um componente de cinza do dito gás de sintese bruto ser removido a partir deste ponto.

54. Método, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de o componente de cinza removido do gás de sintese ser diretamente devolvido para dentro do reator.

55. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 54, caracterizado pelo fato de o dito método ser conduzido como um método continuo.

56. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 55, caracterizado pelo fato de o dito método incluir retirar matéria prima particulada esgotada do dito reator.