[001] 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
[002] 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.
[003] 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.
[004] 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 têm sido depositadas referentes a reatores para pirólise ablativa como: US0173237(2005), US7438785(2008), US7625532(2009), que demonstram a importância do desenvolvimento e inovação tecnológica para obtenção de bio-óleo a partir de biomassa.
[005] 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 contínua da biomassa, além de outras associadas com a facilidade de montagem/desmontagem e ancoragem do reator.
[006] 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.
[007] O 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^C 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
[008] A Fig. 1 mostra uma vista em planta do REATOR DE CILINDRO ROTATIVO para pirólise rápida, indicando o Corte A - A.
[009] A Fig. 2 mostra uma vista em elevação (Corte A - A), indicando os Detalhes “1”, “2” e “3”, do Reator de Cilindro Rotativo.
[010] 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.
[011] A Fig. 4, mostra uma vista em 2D do detalhe “4” da Fig. 3, dando ênfase ao cilindro do reator rotativo.
[012] A Fig. 5, mostra uma vista em 3D do detalhe “5” 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.
[013] A Fig. 6 mostra uma vista em 3D do detalhe “6” e “7" da Fig. 3 (juntas de vedação para conexão pirolítica).
[014] A Fig. 7 mostra uma vista do detalhe “8” da Fig. 3 (flexível rotativo que se estende através dos detalhes “1”; “2” e “3” da fig. 2).
[015] A Fig. 8 mostra uma vista em 3D do detalhe “9” da Fig. 5 (base do sistema de mancais).
[016] A Fig. 9 mostra uma vista em 3D do detalhe “10” da Fig. 5 (pistas de contato em “V”).
[017] O detalhe “11” da Fig. 5, refere-se aos rolamentos que permitem a ancoragem em “V” do cilindro do reator rotativo.
[018] O detalhe “12” da Fig. 5, refere-se aos parafusos tensores dos rolamentos de ancoragem em “V” do cilindro do reator rotativo.
[019] O detalhe “13” 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 “10” da Fig. 5).
[020] A Fig. 10 mostra uma vista do Detalhe “2” da Fig. 2, dando ênfase ao sistema de alimentação e desagregação contínua da biomassa no reator de cilindro rotativo, sendo constituído do sem-fim “14” de alimentação de biomassa (primeiro estágio) e do flexível rotativo “8” desagregador de biomassa e dos finos de carvão (segundo estágio).
[021] A Fig. 11 mostra uma vista em 2D do detalhe “14” da Fig. 10, dando ênfase ao sistema sem-fim de dosagem de biomassa (primeiro estágio de alimentação contínua).
[022] A Fig. 12 mostra uma vista em 2D do detalhe “15” da Fig. 10, dando ênfase a cuba do segundo estágio de alimentação e desagregação de biomassa.
[023] A Fig. 13 mostra uma vista em 2D do detalhe “16” 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).
[024] 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.
[025] A Fig. 15 mostra uma vista do detalhe “17” da Fig. 14, dando ênfase ao coletor de resíduos de finos de carvão na saída do reator rotativo.
Matéria Prima
[026] Os mancais de sustentação e eixos de fixação de rolamentos foram fabricados em aço 1020; as pistas de contato de rolamentos foram fabricadas em aço inox; as juntas para conexão de entrada e saída do reator foram 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, mancal 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.