BRPI1004812A2 - reator de cilindro rotativo para piràlise rÁpida de biomassa seca triturada - Google Patents
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Abstract
REATOR DE CILINDRO ROTATIVO PARA PIRàLISE RÁPIDA DE BIOMASSA SECA TRITURADA. Contendo MECANISMO DE ANCORAGEM DE DILATAÇçO DO REATOR COM MANCAIS EM - V - COM ROLAMENTOS AUTOAJUSTÁVEIS PARA COMPENSAÇçO DE DILATAÇçO TÉRMICA AXIAL E RADIAL, JUNTAS ROTATIVAS PARA CONEXçO DE ENTRADA E SAÍDA, SISTEMA DE DOIS ESTÁGIOS DE ALIMENTAÇçO E DESAGREGAÇçO DA BIOMASSA, o primeiro estágio composto por: um desagregador do tipo palheta instalado na cuba de alimentação manual da biomassa, acionado por motor elétrico com controle de velocidade; um dosador de biomassa formado por um eixo do tipo rosca sem-fim acionado por um motor elétrico com controle de velocidade e o segundo estágio formado por uma mola helicoidal flexivel, acionada por um motor elétrico com controle de velocidade para facilitar o avanço da biomassa e a saída de finos de carvão e promover a limpeza do leito, sem a necessidade de paralisação do processo, COLETOR DE RESÍDUOS DE FINOS DE CARVçO na saida do REATOR DE CILINDRO ROTATIVO proporcionando mais facilidade e menor tempo de operacão do que o sistema convencional, proporcionando também menor risco de acidentes operacionais. As novidades da presente invenção são caracterizadas pela introdução do sistema de cilindro pirolítico rotativo com inclinação ajustável, ancoragem através de mancais com apoio em "V", para compensação radial e axial de sua dilatação térmica, juntas rotativas para conexão e vedacão de entrada e saída do reator pirolitico, flexível rotativo, do tipo mola, acionada por um motor elétrico com controle de velocidade para facilitar o avanço da biomassa e a saída de finos de carvão e promover a limpeza do leito, sem a necessidade de paralisação do processo, coletor de resíduos de finos de carvão na saída do reator de cilindro rotativo.
Description
Relatório Descritivo
REATOR DE CILINDRO ROTATIVO PARA PIRÓLISE RÁPIDA DE BIOMASSA SECA TRITURADA
A presente invenção compreende um Reator de Cilindro Rotativo para pirólise rápida de biomassa seca triturada, contendo: Sistema de mancais auto-ajustáveis nas direções axial e radial com a finalidade de ancoragem e compensação do efeito de dilatação térmica do Reator de Cilindro Rotativo, o que facilita a montagem e desmontagem do mesmo; Sistema de alimentação e desagregação da biomassa no Reator, sendo o primeiro estágio composto por: um desagregador do tipo palheta instalado na cuba de alimentação manual da biomassa, acionado por motor elétrico com controle de velocidade; um dosador de biomassa formado por um eixo do tipo rosca sem-fim acionado por um motor elétrico com controle de velocidade e o segundo estágio formado por uma mola helicoidal flexível, acionada por um motor elétrico com controle de velocidade para facilitar o avanço da biomassa e a saída de finos de carvão, promovendo a limpeza do leito sem a necessidade de paralisação do processo; Juntas rotativas com gaxetas de vedação de fibra de vidro, fazendo a conexão de entrada e saída do reator; Dispositivo separador e coletor de resíduos finos de carvão conectado com a saída do reator, possibilitando a obtenção de bio-óleo pelo processo de pirólise rápida de biomassa triturada.
ESTADO DA TÉCNICA
Atualmente o maior interesse dos países desenvolvidos em relação à pirólise está direcionado para a obtenção de produtos líquidos, devido à elevada densidade energética e potencial para substituir combustíveis líquidos derivados do petróleo. Esta prática começa a ganhar destaque com a implementação comercial de produtos químicos e combustíveis líquidos, obtidos a partir da pirólise de diversos resíduos agroindustriais.
As pesquisas têm demonstrado que as máximas quantidades de líquido pirolítico (bio-óleo) são obtidas operando o reator com elevadas taxas de aquecimento, moderadas temperaturas da reação de pirólise e curtos tempos de residência dos vapores pirolíticos e produtos voláteis formados, visando minimizar as reações secundárias. Os processos pirolíticos que cumprem com estas condições são a pirólise rápida e flash.
Alguns tipos de reatores foram testados no mundo para realizar a pirólise rápida de biomassa: o reator de leito fluidizado borbulhante de 250 kg/h da empresa Wellman (Inglaterra), reatores de 75 kg/h e 400 kg/h da empresa Dynamotive (Canadá) e de 20 kg/h da empresa RTI (Canadá). Vários reatores de leito transportado com capacidade de até 3.300 kg/h pertencentes à empresa Red Arrow (E.U.A), um de 650 kg/h na empresa ENEL (Itália) e outro de 20 kg/h no instituto VTT (Finlândia), todos fornecidos pela empresa canadense Ensyn. Um reator de leito circulante de capacidade de 10 kg/h de biomassa está operando na fundação CRES (Grécia). Um reator experimental de leito rotativo no instituto BTG na Holanda com capacidade de 250 kg/h e outro de 2.000 kg/h. Um reator de pirólise ablativa, no NREL, laboratório do governo americano, com capacidade de 20 kg/h de biomassa. Outro reator de pirólise ablativa na Universidade de Aston na Inglaterra com capacidade de 1 a 2 kg/h de alimentação de biomassa (BRIDGWATER AND BOOCOCK, 1997). Um sistema de pirólise a vácuo de 3.500 kg/h pertence à empresa Pyrovac do Canadá (ROY, 1997). Um reator de leito fluidizado da UNICAMP (Brasil), para produzir bio- óleo a partir da pirólise rápida de biomassa (Rocha et al., 2002). Patentes recentes tem sido depositadas referentes a reatores para pirólise ablativa como: US0173237 (2005), US7438785(2008), US7625532(2009), demonstram a importância do desenvolvimento e inovação tecnológica para obtenção de bio-óleo a partir de biomassa.
Os reatores convencionais utilizados para pirólise rápida de biomassa triturada apresentam dificuldades como: aderência dos finos de carvão no leito o que favorece o entupimento, a aderência e bloqueio do fluxo na rosca sem- fim do sistema de alimentação continua da biomassa, além de outras associadas com a facilidade de montagem/desmontagem e ancoragem do reator.
A pirólise rápida de biomassa seca triturada, sob atmosfera de nitrogênio, tem como objetivo reduzir os custos do processo quando comparados aos processos de gaseificação onde o oxigênio é utilizado em alta razão estequiométrica e alta vazão de alimentação. Os produtos obtidos no processo de pirólise da biomassa triturada são: bio-óleo, finos de carvão, extrato ácido e voláteis não condensáveis, dentre os quais monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, hidrocarbonetos leves e vapor de água em diferentes proporções, dependendo das condições de processamento.
0 sistema proposto tem como vantagens a utilização de tecnologia simples, rápida estabilidade de regime e facilidade de controle do processo, operando a uma temperatura entre 500 e 600°C. Apresenta uma distribuição uniforme da temperatura radial em cada seção transversal do leito rotativo que aumenta progressivamente em direção ao centro do leito rotativo. Possibilita um ótimo contato entre a fase sólida e gasosa, boa circulação das partículas de biomassa, maior velocidade de reação e um menor tempo de residência da fase vapor. O reator rotativo dispõe de um sistema de alimentação e desagregação da biomassa e dos finos de carvão, o que possibilita o processamento de biomassa de baixa densidade e granulometria de até dois milímetros, sendo indicada para pirólise rápida de biomassa triturada ou em pó.
DESCRIÇÃO DA APLICAÇÃO
A Fig. 1 mostra uma vista em planta do REATOR DE CILINDRO ROTATIVO para pirólise rápida, indicando o Corte A - A.
A Fig. 2 mostra uma vista em elevação (Corte A - A) , indicando os Detalhes "1", "2" e "3", do Reator de Cilindro Rotativo.
A fig. 3 mostra uma vista do Detalhe "1" da fig. 2, dando ênfase ao Sistema de mancais em "V" apoiando o cilindro do reator, juntas de vedação para conexão pirolítica e flexível rotativo para desagregação de biomassa e finos de carvão.
A fig. 4, mostra uma vista em 2D do detalhe "1" da fig. 3, dando ênfase ao cilindro do reator rotativo.
A fig. 5, mostra uma vista em 3D do detalhe "2" da fig.3, dando ênfase ao sistema de mancais e pistas de contato em "V", que proporcionam a sustentação e funcionalidade do reator de cilindro rotativo.
A fig. 6 mostra uma vista em 3D do detalhe "3" e "4" da fig. 3 (juntas de vedação para conexão pirolítica).
A fig. 7 mostra uma vista do detalhe "5" da fig. 3 (flexível rotativo que se estende através dos detalhes "1"; "2" e "3" da fig. 2).
A fig. 8 mostra uma vista em 3D do detalhe "1" da fig. 5 (base do sistema de mancais).
A fig. 9 mostra uma vista em 3D do detalhe 2 da fig. 5 (pistas de contato em "V").
0 detalhe "3" da fig. 5, refere-se aos rolamentos que permitem a ancoragem em "V" do cilindro do reator rotativo. O detalhe "4" da fig. 5, refere-se aos parafus.òs tensores dos rolamentos de ancoragem em "V" do cilindro Bo reator rotativo.
O detalhe "5" da fig. 5, refere-se às molas helicoidais de compressão, que proporcionam o ajuste de tensão dos rolamentos de ancoragem, sobre a pista de contato (detalhe "2" da fig. 5).
A fig. 10 mostra uma vista do Detalhe "2" da fig. 2, dando ênfase ao sistema de alimentação e desagregação continua da biomassa no reator de cilindro rotativo, sendo constituído do sem-fim de alimentação de biomassa (primeiro estágio) e do flexível rotativo desagregador de biomassa e dos finos de carvão (segundo estágio).
A fig. 11 mostra uma vista em 2D do detalhe "1" da fig. 10, dando ênfase ao sistema sem-fim de dosagem de biomassa (primeiro estágio de alimentação contínua).
A fig. 12 mostra uma vista em 2D do detalhe "2" da fig. 10, dando ênfase a cuba do segundo estágio de alimentação e desagregação de biomassa.
A fig. 13 mostra uma vista em 2D do detalhe "4" da fig. 10, dando ênfase a cuba de alimentação manual do processo, equipada com desagregador do tipo palhetas para alimentar o sem-fim do dosador de biomassa (primeiro estágio do sistema de alimentação contínua).
A fig. 14 mostra uma vista do Detalhe "3" da fig. 2, dando ênfase ao coletor de resíduos de finos de carvão na saída do Reator Pirolítico.
A fig. 15 mostra uma vista do detalhe "1" da fig. 14, dando ênfase ao coletor de resíduos de finos de carvão na saída do reator rotativo.
Matéria Prima
Os mancais de sustentação, eixos de fixação de rolamentos foram fabricados em aço 1020, as pista de contato de rolamentos foram fabricadas em aço inox; as juntas para conexão de entrada e salda do reator forám fabricadas em aço inox (parte externa), sendo o elemento de vedação uma gaxeta de fibra de vidro (parte interna); os componentes dos dois estágios do sistema de alimentação como cubas, sem-fim, mancai e flexível rotativo foram fabricados em aço inox; os componentes do dispositivo separador e coletor de finos de carvão e fosso foram todos fabricados em aço inox.
Claims (5)
1. Mecanismo de ancoragem do reator de cilindro rotativo compensador da dilatação térmica, conforme ilustrado nas figuras 5 e 8.
2. Juntas para conexão de entrada e saida do reator de cilindro rotativo conforme ilustrado na figura 6.
3. Sistema de alimentação continua e desagregação da Biomassa no Reator de Cilindro Rotativo, constituído de dois estágios, sendo o primeiro estágio composto por: um desagregador do tipo palheta instalado na cuba de alimentação manual da biomassa, acionado por motor elétrico com controle de velocidade; um dosador de biomassa formado por um eixo do tipo rosca sem-fim acionado por um motor elétrico com controle de velocidade e o segundo estágio formado por uma mola helicoidal flexível, acionada por um motor elétrico com controle de velocidade para facilitar o avanço da biomassa e a saída de finos de carvão e promover a limpeza do leito, sem a necessidade de paralisação do processo, conforme ilustrado na figuras 10, 11, 12 e 13.
4.
Dispositivo separador e coletor de resíduos finos de carvão na saída do reator, compreendendo um fosso transposto por um flexível rotativo tipo mola, conforme ilustrado na figuras 7, 14 e 15.
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