BRPI0818532B1

BRPI0818532B1 - Aparelho para produzir um produto de pirólise

Info

Publication number: BRPI0818532B1
Application number: BRPI0818532-8A
Authority: BR
Inventors: Sipilä Kai; Solantausta Yrjö; Jokela Pekka; Raiko Markku
Original assignee: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2018-02-06
Also published as: RU2010118170A; FI123180B; WO2009047392A1; US20150191655A1; EP2209872B1; CN101896577A; BRPI0818532A2; FI20075720A0; CA2702197A1; RU2482159C2; EP2209872A1; CN104910928A; FI20075720A; US20100266464A1

Description

(54) Título: APARELHO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE PIRÓLISE (51) Int.CI.: C10B 49/22; C10B 53/02; C10B 49/10 (30) Prioridade Unionista: 11/10/2007 Fl 20075720 (73) Titular(es): VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS (72) Inventor(es): KAI SIPILÃ; YRJÕ SOLANTAUSTA; PEKKA JOKELA; MARKKU RAIKO / 20 “APARELHO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE PIRÓLISE” CAMPO DA INVENÇÃO” [1] A invenção se refere a um aparelho definido no preâmbulo de acordo com a reivindicação 1 para produzir um produto de pirólise, o aparelho compreendendo um reator de pirólise para formar frações de produto de pirólise a partir de matéria prima por pirólise rápida, um dispositivo de condensação para condensar frações de produto gasoso de pirólise, para principalmente frações de produto líquido de pirólise, uma caldeira de combustão para formar frações de energia, o reator de pirólise sendo disposto em conjunto com a caldeira de combustão, e dispositivos de alimentação para alimentar as matérias primas para o reator de pirólise e a caldeira de combustão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [2] É conhecido da arte anterior que um produto de pirólise, isto é, líquido de pirólise ou gás de pirólise, é produzido a partir de diferentes tipos de biomassas ou materiais orgânicos, tais como madeira, casca de árvore, papel, palha, plástico de refugo, xisto betuminoso oleoso, lignita, turfa ou similar, por destilação seca com a técnica de pirólise. A pirólise é tipicamente realizada em condições sem oxigênio a uma temperatura em torno de 300 a 800°C. Quando taxa de aquecimento lento é aplicada, o líquido de pirólise, por exemplo, alcatrão de madeira a partir de madeira seca, pode ser tipicamente recuperado em uma quantidade de em torno de 20 a 30 % em peso. A quantidade do líquido de pirólise aumenta quando o método de pirólise rápida é aplicado. Existem muitos métodos de pirólise rápida conhecidos para produzir produtos de pirólise e produtos químicos.

[3] A pirólise rápida é tipicamente realizada pelo aquecimento do combustível a ser pirolisado em um fluxo de gás sem oxigênio pela introdução do calor requerido ao pirolisador por meio de um gás de aquecimento, trocador de calor ou agente de transferência de calor, por

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 14/44 / 20 exemplo portador à base de areia ou óxido de alumínio. Um reator de borbulhamento ou de leito fluidizado de circulação de areia pode ser usado como o pirolisador. O vapor de pirólise produzido é condensado para uma temperatura de menos que 150° C para formar o líquido de pirólise.

[4] O combustível a ser pirolisado, por exemplo, biomassa, pode ser conduzido para um secador antes do pirolisador para secagem a fim de reduzir o teor d'água do líquido de pirólise que está sendo formado. Normalmente usados são o conhecido tambor, secadores flash ou de leito fluidizado que tipicamente compreendem gás de combustão ou vapor d'água como o gás de secagem. É também conhecido usar um secador de vapor para o secador operando na base de leito fluidizado e no qual somente água é removida. A temperatura é mantida em tal nível que compostos orgânicos não escapam.

[5] A publicação EP 513051 (Ensyn Technologies Inc.) descreve um método e aparelho para produzir um líquido de pirólise a partir de combustíveis por pirólise rápida em tal maneira que o reator de massa de circulação que opera como o pirolisador compreende zonas de mistura e de reator separadas. A transferência de calor para as partículas de combustível é efetuada pelo uso de areia de transporte de calor ou em catalisador de alumina-sílica tendo o tamanho de partícula médio de desde 40 a 500 pm como o agente de transferência de calor. O método usa um gás portador sem oxigênio. O material de alimentação em forma de partícula, gás portador sem oxigênio e material de partícula de transporte de calor quente são misturados conjuntamente na seção de base do reator, e a mistura é transportada para cima para uma seção de reator na qual o material de alimentação é convertido em produtos. O tempo de contato entre o material alimentado e o material de transporte de calor é menor que 1,0 segundo. O material de partícula de transporte de calor é separado das frações de produto e recirculado para o reator. No método, a relação em massa do material de transferência de calor

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 15/44 / 20 para com o combustível é maior que 5:1.

[6] Também conhecido da arte anterior é o uso de um reator de oxidação para processar areia que sai do pirolisador e coque produzido durante a pirólise. No reator de oxidação, coque é queimado e areia é aquecida e recirculada para o pirolisador. A relação da potência de reator de oxidação para com a potência de combustível de pirolisador é tipicamente 1:5. Este tipo de reator de oxidação é projetado para principalmente queimar somente o coque produzido durante a pirólise e os gases não condensáveis. Por conseguinte, o conteúdo de calor do coque e dos gases não combustíveis é, pelo balanço de energia, um fator de limitação na alimentação de massa para o pirolisador.

[7] Um problema com os processos de pirólise conhecidos é a necessidade de combustível adicional no pirolisador e no equipamento adicional, tal como o secador, e deslocamento da água que foi vaporizada no processo para o óleo de pirólise. Normalmente, a água vaporizada, por exemplo, no secador, é condensada ou conduzida para o ar exterior. Quando a água vaporizada contém produtos de destilação secos orgânicos, a aplicação do processo torna-se problemática devido a inconvenientes ambientais, por exemplo, fortes odores. Ainda, os dispositivos conhecidos não permitem a utilização de fluxos de processos diferentes, fluxos laterais e produtos indesejados intermediários/finais no processo em uma maneira eficiente.

[8] Além disso, é previamente conhecido da patente FI 117512 da mesma depositante integrar o pirolisador e a caldeira de combustão em um conjunto.

OBJETIVO DA INVENÇÃO [9] O objetivo da invenção é eliminar os problemas acima mencionados e revelar um aparelho novo para uso na produção de um produto de pirólise.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 16/44 / 20 [10] O aparelho de acordo com a invenção é caracterizado pelo que foi apresentado nas reivindicações.

[11] A invenção é baseada em um aparelho para produzir um produto de pirólise em uma maneira flexível. O aparelho compreende um reator de pirólise para forçar frações de produto de pirólise a partir de uma matéria prima por pirólise rápida, um dispositivo de condensação para condensar frações de produto gasoso de pirólise para principalmente frações de produto líquido de pirólise, uma caldeira de combustão para formar frações de energia na forma de calor, eletricidade, vapor ou gás, o reator de pirólise sendo disposto em conjunto com a caldeira de combustão, e dispositivos de alimentação para alimentar as matérias primas para o reator de pirólise e a caldeira de combustão. De acordo com a invenção, o aparelho compreende pelo menos um dispositivo de separação disposto substancialmente em conjunto com o reator de pirólise para separar outras frações de produto, tais como frações sólidas e/ou líquidas, a partir de frações de produto gasoso de pirólise, após a pirólise e meios para conduzir pelo menos parte, preferivelmente a maioria, das outras frações diferentes de frações de produto gasoso de pirólise a partir do separador para a caldeira de combustão.

[12] Neste contexto, as frações de produto gasoso de pirólise podem se referir a misturas de gases, vapor e/ou aerossol.

[13] Em uma forma de concretização, o dispositivo de separação é um ciclone, destilador, decantador, bacia de limpeza, dispositivo de flotação, centrífuga, outro extrator ou similar. Em uma forma de concretização uma solução integrada é usada como o dispositivo de separação, no qual uma combinação do ciclone convencional, separador por impacto e câmara de assentamento é usada para separar o material grosso, e um ciclone totalmente alimentado, por exemplo, Cymic, Leka ou similar, posicionado no tubo interno do ciclone, é usado para separar a matéria fina. Em uma forma de concretização, um dispositivo de separação de duas fases, no qual os ciclones

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 17/44 / 20 de separação são dispostos um dentro do outro, pode ser usado como o dispositivo de separação. Qualquer dispositivo de separação conhecido, apropriado para a finalidade, pode ser usado como o dispositivo de separação.

[14] Em uma forma de concretização, o aparelho compreende meios para alimentação do fluxo contendo sólidos ou uma sub-fração deste fluxo, isto é, diferente do fluxo de fração gasosa, que é alimentada a partir do dispositivo de separação para a caldeira de combustão, para o reator de pirólise, por exemplo, para seu dispositivo de alimentação, depois do dispositivo de separação.

[15] Preferivelmente, o reator de pirólise, dispositivo de condensação e dispositivo de separação são substancialmente interados com a caldeira de combustão, isto é, um conjunto unificado é formado, combustível é alimentado à caldeira de combustão e inflamado para produzir energia térmica, e vapor de pirólise é formado a partir de biomassa e/ou material orgânico igual contendo materiais voláteis no reator de pirólise e condensado para formar líquido de pirólise no condensador, e a energia térmica ou vapor que foi formado na caldeira de combustão é recuperado ou o calor é circulado para as outras partes do aparelho, tal como para o reator de pirólise, por exemplo, na forma de um agente de transferência de calor quente. De acordo com a invenção, misturas de combustíveis ótimas são alimentadas para a caldeira de combustão e o reator de pirólise para melhorar a eficiência da combustão e pirólise e a produção do produto de pirólise, e somente parte da energia térmica que foi formada na caldeira de combustão é conduzida para o reator de pirólise.

[16] Em uma forma de concretização, a qualidade do produto de pirólise líquido é monitorada por meios apropriados. Preferivelmente, a condição que as propriedades de qualidade do produto de pirólise satisfaçam os critérios determinados é assegurada a intervalos específicos e predeterminados, por exemplo, continuamente. Em uma forma de

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 18/44 / 20 concretização da invenção, o aparelho compreende, em conjunto com o dispositivo de condensação, meios para monitorar, preferivelmente em uma maneira em linha, o teor de água do produto de pirólise líquido que foi condensado pelo dispositivo de condensação. Em uma forma de concretização, o teor de água do produto de pirólise líquido é mantido abaixo de 25%. Por exemplo, se o teor de água do produto de pirólise líquido aumentar, a temperatura do dispositivo de condensação pode ser elevada pelos meios de ajuste.

[17] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para conduzir frações de gás não condensáveis desde o dispositivo de condensação para a caldeira de combustão. Em uma forma de concretização, as frações de gás não condensáveis são conduzidas desde o dispositivo de condensação para o acessório de tubo entre o dispositivo de separação e a caldeira de combustão. Em uma forma de concretização alternativa, as frações de gás não condensáveis são conduzidas desde o dispositivo de condensação diretamente para a caldeira de combustão. Preferivelmente, os gases não combustíveis, por exemplo, gases odorosos, compostos químicos e/ou soluções aquosas dos mesmos, por exemplo, a partir do separador, condensador e/ou secador, são circulados para a caldeira de combustão para serem queimados. Alternativamente, os gases não condensáveis ou similares podem ser conduzidos para recuperação química. Por sopro, isto é, condução, dos gases não condensáveis para a caldeira de combustão, é possível controlar, por exemplo, os aerossóis que podem facilmente causar problemas no processo.

[18] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para alimentar gás portador ao reator de pirólise. Em uma forma de concretização, o aparelho compreende meios para formar o gás portador a partir do gás de combustão da caldeira de combustão e recirculando o mesmo para o reator de pirólise. Preferivelmente, água é

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 19/44 / 20 removida do gás de combustão. O gás de combustão pode ser purificado por métodos e dispositivos conhecidos por si, por exemplo, filtro elétrico, por meio de diferentes tipos de lavadoras ou similares.

[19] Em uma forma de concretização, o gás portador contém oxigênio em uma quantidade de 1 a 7% em volume. Em uma forma de concretização preferida, a pirólise é realizada no reator de pirólise na presença de oxigênio.

[20] Em uma forma de concretização, gás de combustão, ar, vapor d'água ou misturas dos mesmos são usados como gás portador.

[21] Em uma forma de concretização preferida, o gás portador é conduzido através do reator de pirólise sem recirculação do mesmo para a pirólise.

[22] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para alimentar oxigênio, preferivelmente ao gás portador, para a pirólise. Em uma forma de concretização, oxigênio adicional pode ser alimentado ao gás portador, por exemplo, na forma de ar. Aumentando a proporção de ar, a proporção dos componentes que podem ser liquefeitos no produto de pirólise pode ser alterada com respeito à proporção das frações não condensáveis, de acordo com a distribuição de produto desejada. A combinação integrada da caldeira de combustão e do reator de pirólise pode assim ser usada como um aparelho do tipo de gaseificador.

[23] A estabilidade do líquido de produto de pirólise pode ser melhorada pelo oxigênio incluído no gás portador. Quando o gás portador contém, por exemplo, 2 a 4% em volume de oxigênio, os compostos mais reativos já reagem antes da condensação e o aumento de viscosidade do líquido de produto como uma função de tempo podem ser reduzidos. Desta maneira, a preservabilidade do líquido de produto de pirólise pode ser melhorada, o período de armazenamento pode preferivelmente ser estendido e a competitividade do produto melhorada.

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 20/44 / 20 [24] Em uma forma de concretização, o gás portador pode também ser usado como um gás de circulação na caldeira de combustão.

[25] Em uma forma de concretização, o aparelho compreende meios para alimentar oxigênio à caldeira de combustão.

[26] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende pelo menos um soprador, que pode ser qualquer soprador conhecido por si, por exemplo, um soprador de gás de combustão ou de gás de circulação, ejetor ou similar, para alimentar os gases não condensáveis e/ou gases de combustão para a caldeira de combustão e/ou para alimentar o gás portador para o reator de pirólise.

[27] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para recuperação, processamento posterior, circulação, no aparelho e/ou utilização das frações produzidas em diferentes partes do aparelho, tais como o produto, frações laterais e residuais. Em uma forma de concretização, o aparelho compreende pelo menos um acessório de tubo para conduzir a fração selecionada para o reator de pirólise, caldeira de combustão e/ou reservatório de armazenamento.

[28] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para circular pelo menos um fluxo lateral, residual e/ou resíduo para a caldeira de combustão. Em uma forma de concretização, os gases não condensáveis provenientes do dispositivo de condensação, outras frações diferentes que as frações de produto gasoso a partir do dispositivo de separação, a fração de gás de combustão, o fluxo de refugo proveniente da alimentação de matéria prima para o reator de pirólise e os sólidos provenientes do dispositivo de condensação podem ser conduzidos para a caldeira de combustão. Preferivelmente, diferentes frações laterais, residuais e de refugo são conduzidas através da caldeira de combustão.

[29] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para transferir as frações de produto contendo energia

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 21/44 / 20 desde a caldeira de combustão para uma parte desejada do aparelho, por exemplo, o reator de pirólise, secador, elevando e/ou recuperando temperatura. Alguma da energia de calor ou térmica que foi recuperada durante a combustão pode ser utilizada no reator de pirólise, por exemplo, por meio do material de transferência de calor que é aquecido na caldeira de combustão. A partir da caldeira de combustão, o material de transferência de calor aquecido e ao mesmo tempo purificado é transferido, por exemplo, a uma temperatura de 700 a 900°C, para o reator de pirólise, de modo que parte da energia térmica formada durante a combustão é transferida para a pirólise. A energia térmica que é produzida durante a combustão pode alternativamente ser recuperada, por exemplo, como vapor, eletricidade ou água quente.

[30] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende um material de transferência de calor como o material portador para transferir as frações de produto contendo energia desde a caldeira de combustão para uma parte desejada do aparelho, por exemplo, o reator de pirólise ou secador. Em uma forma de concretização, o material de transferência de calor está na forma de um sólido, gás, vapor ou líquido. Em uma forma de concretização preferida, o material de transferência de calor é selecionado do grupo compreendendo arei, areia de leito material à base de óxido de alumínio, outro material de fluidificação e similares.

[31] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para separar o material de transferência de calor em um dispositivo de separação e conduzir o mesmo para a caldeira de combustão para ser purificado ou aquecido. Em uma forma de concretização preferida, outras frações diferentes de frações gasosas que foram separadas no dispositivo de separação contêm o material de transferência de calor. O fluxo contendo sólidos do dispositivo de separação para a caldeira de combustão pode ser controlado por meios conhecidos por si, por exemplo, válvulas. Em

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 22/44 / 20 uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para circular o material de transferência de calor da caldeira de combustão para o reator de pirólise. Em uma forma de concretização preferida, a circulação do material de transferência de calor da caldeira de combustão para o reator de pirólise e do reator de pirólise de volta para a caldeira de combustão através do dispositivo de separação foi disposta de modo que é integrada em conjunto com o aparelho.

[32] Em uma forma de concretização preferida, o mesmo material de transferência de calor, preferivelmente areia de leito, é circulado no aparelho, pelo menos na caldeira de combustão e reator de pirólise. Preferivelmente, a areia de leito opera ao mesmo tempo como material de transferência de calor. Neste caso, o aparelho compreende meios para dispor uma circulação de areia de leito compartilhada. Em uma forma de concretização, o aparelho compreende meios para conduzir a fração de areia de leito, isto é, parte do fluxo contendo sólidos que foi separada do dispositivo de separação, para o reator de pirólise depois do dispositivo de separação, por exemplo, para o material de transferência de calor ou matéria prima alimentado ao reator ou ao dispositivo de alimentação.

[33] O material de transferência de calor pode ser alimentado da caldeira de combustão para o reator de pirólise através de uma solução de válvula apropriada, conhecida por si, por exemplo, uma válvula de bloqueio de pressão mecânica, não mecânica, válvula de sem-fim ou válvula em L.

[34] Em uma forma de concretização, um trocador de calor é disposto entre a caldeira de combustão e o reator de pirólise para resfriar ou aquecer o material de transferência de calor a ser conduzido da caldeira de combustão para o reator de pirólise.

[35] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para monitorar e ajustar a temperatura do reator de pirólise. Preferivelmente, a temperatura do reator de pirólise e a densidade de

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 23/44 / 20 suspensão no reator são ajustadas por meio da taxa de alimentação do material de transferência de calor a ser alimentado, por exemplo, a quantidade que entra através da válvula de alimentação, e por meio da temperatura do material de transferência de calor, tais como os ajustes do trocador de calor e caldeira de combustão. Por exemplo, se a temperatura no reator de pirólise se elevar, o material de transferência de calor é resfriado ou material de transferência de calor frio é alimentado pelo menos parcialmente ao reator de pirólise, por exemplo, a partir de um recipiente de separação ou a partir do fluxo depois do dispositivo de separação. Ao mesmo tempo, o teor de coque no aparelho pode ser ajustado.

[36] Em uma forma de concretização da invenção, o aparelho compreende meios para dispor a matéria prima do reator de pirólise e o gás portador em uma mistura, preferivelmente uma mistura quente. Em uma forma de concretização preferida, partículas quentes do material de transferência de calor provenientes da caldeira de combustão são conduzidas para a mistura de matérias primas e o gás portador no reator de pirólise. Consequentemente, uma área de forte turbulência é formada no ponto de mistura, isto é, um assim chamado efeito flash ocorre, pelo qual a pirólise pode ser iniciada rapidamente e eficientemente. Por exemplo, a areia que é usada como o material de transferência de calor é substancialmente mais pesada que as partículas de hidrocarboneto na matéria prima da pirólise e, por conseguinte, a aceleração das partículas de areia induz uma eficiente transferência de calor e mistura dos gases no fluxo de mistura, resultando em uma pirólise melhorada.

[37] Em uma forma de concretização, o aparelho compreende um secador no qual o combustível a ser pirolisado é secado termicamente, preferivelmente antes da pirólise. Preferivelmente, o secador é integrado com o reator de pirólise e/ou a caldeira de combustão, e alguma da energia térmica que foi formada na caldeira de combustão é utilizada quando da secagem do

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 24/44 / 20 combustível a ser pirolisado. O combustível pode ser secado, por exemplo, pelos gases de combustão quentes ou pelo material de transferência de calor quente pela utilização da energia térmica da caldeira de combustão. Evidentemente, a secagem pode também ser realizada de outras maneiras. Qualquer secador conhecido por si, por exemplo, um secador a baixa temperatura, tal como um secador de armazenamento, ou similar, pode ser usado como o secador.

[38] Em uma forma de concretização da invenção, a caldeira de combustão e o reator de pirólise são integrados conjuntamente em uma tal maneira que uma parede de separação é disposta entre eles.

[39] Qualquer combustível sólido, por exemplo, lascas de floresta, materiais lenhosos, turfa ou carvão, ou uma mistura multi-combustível, etc., que é queimado para produzir energia térmica pode ser alimentado à caldeira de combustão, que é principalmente projetada para produzir energia térmica, tal como eletricidade e vapor. Em uma forma de concretização, a caldeira de combustão é provida com recuperação de calor.

[40] Em uma forma de concretização preferida, o aparelho compreende meios preferivelmente para ajustar a alimentação para a caldeira de combustão. Preferivelmente, a capacidade da caldeira de combustão é ajustada usando o sistema de ajuste da caldeira propriamente dito com base no combustível alimentado à caldeira de combustão. As diferentes potências térmicas dos fluxos e frações circulados desde o aparelho de pirólise correspondem em magnitude à potência produzida pela areia de leito no processo de pirólise. Por conseguinte, não existem interferências na caldeira de combustão, causadas por fluxos adicionais que devem ser alimentados à mesma.

[41] O combustível a ser pirolisado e alimentado ao reator de pirólise é preferivelmente um material contendo madeira, biomassa e/ou materiais voláteis equivalentes que contêm material orgânico, por exemplo,

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 25/44 / 20 pó de serra, palha ou plástico de refugo, etc., que é pirolisado para formar vapor de pirólise no reator de pirólise.

[42] Em uma forma de concretização, matérias primas ou misturas de matérias primas substancialmente diferentes são alimentadas à caldeira de combustão e ao reator de pirólise. Em uma forma de concretização, pelo menos parcialmente as mesmas matérias primas ou misturas de matérias primas são alimentadas à caldeira de combustão e ao reator de pirólise.

[43] As matérias primas mais importantes para a pirólise incluem resíduos a partir da indústria de floresta, tais como lascas, pó de serra e lascas de casca de árvore. Todavia, uma alta produção de líquido é somente obtida para matéria prima seca a partir de uma assim chamada madeira verdadeira sem materiais lenhosos. Em outras palavras, uma menor quantidade do produto de pirólise é produzida a partir dos materiais lenhosos que são, além disto, mais instáveis e facilmente separados em fase. Por conseguinte, não é recomendável alimentar a mesma matéria prima ao reator de pirólise e à caldeira de combustão. Uma forma de concretização particularmente preferida é conduzir matéria prima contendo materiais lenhosos à caldeira de combustão para produzir energia e pó de serra ao reator de pirólise para produzir um líquido de pirólise. Em adição, por exemplo, turfa ou carvão é preferivelmente conduzido para a caldeira de combustão para satisfazer a necessidade de combustão inteira.

[44] Em uma forma de concretização, o reator de pirólise é um reator de leito fluidificado, reator de fluidificação de borbulhação ou similar, ao qual o material de fluidificação ou o material de transferência de calor que foi purificado e aquecido na caldeira de combustão e que opera como o material de fluidificação pode ser conduzido com o combustível a ser pirolisado e com o gás portador.

[45] Em uma forma de concretização, a caldeira de combustão é uma caldeira de leito fluidificado no qual combustível e, por exemplo, coque

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 26/44 / 20 e gases não condensáveis são queimados e o material de transferência de calor é aquecido e purificado. A caldeira de leito fluidificado pode ser, por exemplo, uma caldeira de borbulhação ou caldeira de circulação de massa ou uma variação das mesmas ou outra caldeira conhecida por si.

[46] O produto de pirólise pode ser produzido pelo aparelho de acordo com a invenção com eficiência mais alta que aquele que é conhecido, porque os fluxos laterais e de refugo que estão sendo produzidos podem ser convertidos na caldeira de combustão para formar calor ou vapor para a produção de energia. No aparelho de acordo com a invenção, grandes quantidades de energia térmica estão sendo produzidas como produto utilizável em adição ao produto de pirólise. Parte da energia térmica da caldeira de combustão é usada no reator de pirólise, opcionalmente para secar o combustível a ser pirolisado, e para a combustão dos gases não condensáveis na caldeira de combustão, e a maioria da energia térmica é conduzida para ser recuperada, por exemplo, na forma de vapor. Nenhum combustível adicional alimentado é necessário para o reator de pirólise e o secador opcional, a energia térmica que é conduzida da caldeira de combustão sendo suficiente para manter o processo. Por outro lado, o teor de energia da matéria solida e de carvão, os gases não condensáveis e outros fluxos laterais podem ser utilizados no método de acordo com a invenção pela queima dos mesmos juntamente com os outros combustíveis na caldeira de combustão. A queima dos fluxos de refugo acima mencionados na caldeira de combustão não tem qualquer efeito negativo sobre a operação da caldeira de combustão e a eficiência do produto. A água e os gases não condensáveis a serem alimentados à caldeira não impõem quaisquer problemas em termos de manutenção da temperatura normal da caldeira. Consequentemente, o fluxo de refugo alimentado à caldeira de combustão não tem que ser ajustado separadamente.

[47] A invenção provê a vantagem que os sólidos e gases não

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 27/44 / 20 condensáveis não são recirculados para o reator de pirólise, mas são, ao invés disto, processados na caldeira de combustão. Uma vantagem adicional é a circulação dos fluxos de refugo e laterais e em particular matéria combustível para a caldeira de combustão. Depois da caldeira de combustão, o processo está livre de quaisquer fluxos de material combustíveis ou contaminados, o que aumenta a segurança e sustentabilidade ambiental do processo. No aparelho de acordo com a invenção, a maioria de todos os fluxos residuais é conduzida através da caldeira de combustão, de modo que a eficiência de purificação é boa. Adicionalmente, o gás portador não é recirculado para a pirólise, mas, ao invés desta, para a caldeira de combustão. Por conseguinte, não existirão quaisquer problemas no que se refere à contaminação do gás portador. Consequentemente, o teor de coque no reator de pirólise é baixo, devido ao fato de que os diferentes fluxos não são diretamente recirculados para o reator de pirólise, como nas soluções conhecidas da arte anterior.

[48] Com o aparelho de acordo com a invenção, uma técnica de separação multi-etapa pode ser aplicada de modo que boa eficiência de separação para as frações indesejadas é obtida e o desgaste do aparelho pode ser reduzido.

[49] Graças ao sistema de circulação através da caldeira de combustão de acordo com a invenção, as partes do aparelho, tais como os filtros, não serão obstruídos. Pela invenção, é possível, por conseguinte, usar uma pressão de processo mais baixa, que facilita a alimentação de matérias primas e o material de transferência de calor.

[50] Além disso, a solução de acordo com a invenção permite desligamento controlado do reator. Durante o desligamento, a alimentação do combustível e do material de transferência de calor ao reator de pirólise pode ser interrompida primeiramente. Desta maneira, nenhuma interferência é provida para a operação da caldeira de combustão.

LISTA DE FIGURAS

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 28/44 / 20 [51] Na seção seguinte, a invenção será descrita com a ajuda de formas de concretização exemplificativas detalhadas, que se referem à figura anexa, na qual:

a figura 1 apresenta uma forma de concretização do aparelho de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [52] A figura 1 apresenta o aparelho de acordo com a invenção para produzir produtos de pirólise, o aparelho compreendendo uma caldeira de combustão, isto é, uma caldeira de fluidificação, 1, para produzir energia térmica, um reator de pirólise rápida, isto é, um pirolisador 2, para formar vapor de pirólise, um dispositivo de condensação 3 para condensar o vapor de pirólise, e dispositivos de alimentação de combustão separados 5 e 6 para alimentar matéria prima à caldeira de combustão e ao pirolisador. Em adição, o aparelho compreende um ciclone 4 para separar os sólidos e o agente de transferência de calor a partir do vapor de pirólise após o pirolisador 2. A caldeira de fluidificação, pirolisador, dispositivo de condensação e ciclone são integrados conjuntamente da maneira apresentada na figura. O pirolisador é integrado para estar em conjunto com a caldeira de fluidificação.

[53] A maioria do combustível, por exemplo, carvão, turfa, lignita ou xisto betuminoso oleoso, é alimentada pelo dispositivo de alimentação 5 para a caldeira de fluidificação 1. Além disso, o dispositivo de alimentação 5 é disposto para alimentar menores quantidades de lascas de floresta ou cascas de árvore à caldeira de combustão. Também ar 22 é alimentado à caldeira de fluidificação 1. O dispositivo de alimentação 6 é disposto para alimentar, por exemplo, material contendo madeira, biomassa, tal como turfa, pó de serra ou palha, ou material orgânico ao pirolisador 2.

[54] No pirolisador 2, vapor de pirólise é formado a partir do combustível a ser pirolisado por pirólise rápida a uma temperatura de 300 a 800 °C. Nesta forma de concretização de dispositivo, o pirolisador é um reator

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 29/44 / 20 de fluidificação de massa em circulação. Energia térmica proveniente da caldeira de fluidificação 1 é conduzida para o pirolisador 2 na forma de areia de leito quente através do ciclone de circulação de material interno, tubo de transferência de areia 9 e válvula em L. nesta forma de concretização, o tamanho de grão da areia de leito é substancialmente acima de 0,5 mm. Um trocador de calor pode ser provido no tubo de transferência de areia de leito 9 para ajustar a temperatura da areia antes do pirolisador 2. A areia e o resíduo de carvão são recirculados para a caldeira de fluidificação 1 a partir do dispositivo de separação 4.

[55] Matérias sólidas e carvão, tais como areia e coque ou alcatrão, são separados do vapor de pirólise produzido no ciclone 4. As matérias sólidas e carvão separados 13 são conduzidos para a caldeira de combustão 1 para ser queimados. Parte dos sólidos, a fração 20, pode ser conduzida para o pirolisador 2 através da linha 9 ou alternativamente a partir da alimentação de pirolisador. Na caldeira de combustão 1, a areia de leito é regenerada e aquecida e outros fluxos de material são queimados. A areia aquecida é recirculada para o pirolisador 2.

[56] A partir do ciclone 4, o vapor de pirólise é conduzido para o dispositivo de condensação 3, onde o vapor de pirólise quente é condensado e fracionado em estágios para formar um líquido de produto de pirólise 12. Gases não condensáveis, compostos químicos e/ou solução aquosa dos mesmos são conduzidos para a caldeira de fluidificação 1 através de um tubo de circulação 10 para ser queimados ou para uma recuperação externa através de um tubo 11. As frações de gás não condensáveis, produtos químicos e/ou solução aquosa dos mesmos são conduzidas do dispositivo de condensação 3 para a acessório de tubo entre o ciclone 4 e a caldeira de combustão 1 onde eles são misturados com a fração à base de sólidos 13, ou eles são alternativamente conduzidos diretamente para a caldeira de combustão a partir de um ejetor 18. O ejetor 18 é disposto para o tubo de circulação 10

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 30/44 / 20 para soprar os gases não condensáveis e/ou a fração de gás de combustão 19, circulados a partir da caldeira de combustão, para a caldeira de combustão, se desejado. As frações de gás não combustíveis, compostos químicos e/ou solução aquosa dos mesmos são queimados na caldeira de fluidificação com os outros combustíveis.

[57] Em adição, o aparelho pode compreender um filtro para separar sólidos mais finos 21 a partir do vapor de pirólise.

[58] A quantidade combinada da matéria sólida e carvão 13 conduzidas a partir do ciclone 4 e os gases não condensáveis 10 é substancialmente menor que 50% da quantidade total da matéria prima alimentada à caldeira de combustão.

[59] A partir da caldeira de combustão 1, o gás de combustão pode ser conduzido para um filtro elétrico 7. Substancialmente, o gás de combustão puro é circulado depois do filtro elétrico para o pirolisador 2 para servir como o gás portador, para o ejetor 18, ou ele é conduzido para fora do aparelho 15. O gás de combustão puro 14 é conduzido para o trocador de calor 8 onde ele é aquecido, e água 16 é removida do gás. A partir do trocador de calor, o gás portador 14 que contém aproximadamente 2 a 6% em volume de oxigênio é conduzido para o pirolisador 2 ou o ejetor 18 por meio de um soprador 24. O soprador opera em uma atmosfera substancialmente livre de alcatrão. A temperatura do gás de combustão é, neste estágio, cerca de 120°C. Ar 17 pode ser acrescentado ao gás portador 14 para aumentar o teor de oxigênio, se desejado. A produção de pressão é utilizada no processo. A pressão do gás portador e, assim, a pressão do reator de pirólise, podem ser ajustadas pelo soprador 24 e o ejetor 18. O nível de pressão no reator de pirólise é preferivelmente ajustado de tal maneira que, na alimentação do reator de pirólise, a pressão está próxima à pressão do ar para evitar problemas de alimentação.

[60] A matéria prima para o pirolisador 2 é misturada com o gás

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 31/44 / 20 portador 14. Areia quente proveniente da caldeira de combustão 1 é conduzida para esta mistura. Isto resulta em um assim chamado efeito flash e a pirólise é iniciada eficientemente.

[61] A caldeira de fluidificação 1 compreende ainda um dispositivo de recuperação de calor, por exemplo, um dispositivo de recuperação/utilização de vapor, um trocador de calor ou um ciclone de circulação de material interno, para recuperar a energia térmica que foi formada ou o agente de transferência de calor que foi aquecido.

[62] O aparelho pode compreender um secador para secar a matéria prima a ser pirolisada. O secador pode ser integrado para estar em conjunto com o aparelho ou ele pode ser um dispositivo separado. Qualquer um do gás de combustão da caldeira de combustão ou da areia conduzida a partir da caldeira de combustão pode ser utilizado como o agente de fornecimento de calor no secador. Os gases não condensáveis, água evaporada e opcionais compostos químicos volatilizados e gases odorosos são preferivelmente circulados do secador para a caldeira de fluidificação para serem queimados. Qualquer secador conhecido por si, por exemplo, um secador de mistura, pode ser usado como o secador, portanto ele não é descrito em qualquer detalhe adicional neste contexto.

[63] Também, o aparelho pode compreender pelo menos uma unidade de recuperação para recuperar os compostos químicos separados de diferentes partes do aparelho para possível utilização subsequente. Os compostos químicos são utilizados por meio de processos conhecidos por si, que não são descritos em qualquer detalhe adicional neste contexto. Os fluxos residuais e de refugo da unidade de recuperação podem ser conduzidos para a caldeira de combustão.

[64] Pelo aparelho de acordo com a invenção, a parte mais valiosa e apropriada da matéria prima pode ser usada como o material a ser pirolisado, e a parte menos apropriada em termos da pirólise pode ser alimentada à

Petição 870170047768, de 07/07/2017, pág. 32/44 / 20 caldeira de combustão. A matéria prima pode ser fracionada por processos conhecidos por si. Por exemplo, os materiais de alimentação para o pirolisador 2 podem ser classificados por um classificador conhecido por si, por um separador óptico ou em uma maneira equivalente antes do pirolisador, e a assim chamada fração de refugo 23 pode ser conduzida para a caldeira de combustão 1.

[65] O aparelho de acordo com a invenção é apropriado em diferentes formas de concretização para produzir diferentes tipos de produtos de pirólise e para produzir frações de energia, tais como energia térmica.

[66] A invenção não é limitada meramente aos exemplos referidos acima; em contraste, muitas variações são possíveis dentro do escopo da idéia inventiva definida pelas reivindicações.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para produzir um produto de pirólise, o aparelho compreendendo

a) um reator de pirólise (2) para formar frações de produto de pirólise a partir de matéria prima por pirólise rápida,

b) um dispositivo de separação (4) para separar uma fração das frações de produto de pirólise depois da pirólise,

c) um dispositivo de condensação (3), para condensar as frações de produto gasoso de pirólise, para principalmente frações de produto líquido de pirólise,

d) uma caldeira de combustão (1) para formar frações de produto de energia, o reator de pirólise sendo disposto em conjunto com a caldeira,

e) material de transferência de calor que é aquecido na caldeira e usado para transferir as frações de produto de energia,

f) o aparelho compreende meios (9) para circular o material de transferência de calor da caldeira de combustão (1) para o reator de pirólise (2); e

g) dispositivos de alimentação (5, 6, 22) para alimentar matérias primas para o reator de pirólise e caldeira de combustão, o aparelho caracterizado pelo fato de que

h) o dispositivo de separação (4) é disposto substancialmente em conjunto com o reator de pirólise (2) para separar outras frações que frações de produto gasoso de pirólise de frações do produto de pirólise após a pirólise, as outras frações que frações de produto gasoso de pirólise compreendendo também material de transferência de calor; e

i) o aparelho compreende meios (13) para conduzir as outras frações diferentes de frações de produto gasoso de pirólise a partir do dispositivo de separação (4) para a caldeira de combustão (1); e

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j) o aparelho compreende meios para circular o fluxo lateral, fluxo residual e/ou fluxo de refugo para a caldeira de combustão, os fluxos sendo selecionados dos seguintes: gases não consideráveis (10) do dispositivo condensador, a fração de gás de combustão (19), o fluxo de refugo da alimentação do reator de pirólise e sólidos (21) do dispositivo condensador; e

k) o aparelho compreende meios para alimentar gás carreador (14) para o reator de pirólise (2);

l) o gás carreador (14) é formado a partir do gás de combustão da caldeira de combustão (1); e

m) o aparelho compreende meios para arranjar o material bruto (6) do reator de pirólise e o gás carreador (14) para uma mistura, e meios para conduzir o material de transferência de calor aquecido (9) para a mistura do material bruto do reator de pirólise e o gás carreador.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende meios para recuperação, processamento posterior, circulação no aparelho e/ou utilização das frações produzidas em diferentes partes do aparelho.
3. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que compreende meios (10, 18) para conduzir as frações de gás não-condensáveis a partir do dispositivo de condensação (3) para a caldeira de combustão (1).
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende um soprador (18) para alimentar os gases não condensáveis (10) e/ou a fração de gás de combustão (19) para a caldeira de combustão (1).
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende meios para alimentar uma subfração (20) de fluxo contendo sólidos do dispositivo de separação (4) para o reator de pirólise (2).

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6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende meios para ajustar a temperatura do reator de pirólise (2).
7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende um material de transferência de calor para transferir a fração do produto da energia da caldeira de combustão (1) para a parte desejada do aparelho e/ou para a recuperação.
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o material de transferência de calor é selecionado do grupo constituído por areia, areia de leito, material à base de óxido de alumínio, outro material de fluidificação ou similares.
9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende um trocador de calor para ajustar a temperatura do material da transferência de calor antes do reator de pirólise.
10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende meios para formar do gás portador (14) a partir do gás de combustão proveniente da caldeira de combustão e circular o mesmo para o reator de pirólise (2).
11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende meios para alimentar oxigênio (17) para a pirólise.
12. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a caldeira de combustão e o reator de pirólise são integrados entre si de tal modo que uma parede separadora foi disposta entre eles.
13. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (5, 6, 22) é

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4 / 4 arranjado para alimentar materiais brutos selecionados do grupo compreendendo um material que contém madeira, resíduos de indústria florestal e/ou biomassa para o reator de pirólise (2).
14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (5, 6, 22) é arranjado para alimentar materiais brutos selecionados do grupo compreendendo materiais residuais de indústria florestal, material contendo casca, turfa, carvão, lignita, óleo de xisto e uma mistura de multicombustíveis para a caldeira de combustão (1).

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