PT1299502E

PT1299502E - Processo e dispositivo para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos

Info

Publication number: PT1299502E
Application number: PT01945334T
Authority: PT
Inventors: Wolfgang Krumm; Guenter Funk; Stefan Hamel; Christian Mertens
Original assignee: Ursula Kalinowski Krumm
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2012-11-22
Also published as: CZ200322A3; NO332914B1; WO2002004574A1; EP1299502B1; US20030140559A1; JP2004502544A; ZA200300245B; DE10033453B4; PL197047B1; PL359489A1; ES2394079T3; DE10033453A1; US8128716B2; CA2415457C; EP1299502A1; AU2001267582B2; NO20030106D0; AU6758201A; DK1299502T3; CA2415457A1

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A PIRÓLISE E GASEIFICAÇÃO DE MISTURAS DE SUBSTANCIAS QUE CONTÊM CONSTITUINTES ORGÂNICOS" A invenção refere-se a um processo para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos e a um dispositivo para a concretização de um processo desse género.

Estas misturas de substâncias podem ser, em particular, lixo doméstico ou resíduos semelhantes ao lixo doméstico, bem como produtos que tenham sido obtidos a partir de lixo doméstico ou de resíduos semelhantes ao lixo doméstico. São já conhecidos processos e dispositivos para a pirólise e gaseificação de substâncias orgânicas. 0 documento DE-PS 19755693 divulga um processo para a gaseificação de substâncias orgânicas, no qual as substâncias orgânicas são canalizadas para um reactor de pirólise, no qual são mantidas em contacto com um meio de transferência térmica, o que leva a que tenha lugar uma pirólise. 0 reactor de pirólise é um reactor de leito fluido ou um tambor rotativo. Os produtos da pirólise são compostos por gases de pirólise com substâncias condensáveis e um resíduo sólido carbonatado. 0 resíduo sólido carbonatado e o meio de transferência térmica são conduzidos a uma fornalha, na qual o resíduo carbonatado é queimado e o meio de transferência térmica é aquecido e é conduzido novamente ao reactor de pirólise. Os gases de pirólise que contêm alcatrão são 1 reaquecidos numa segunda zona de reacção de tal modo que se obtém um gás de síntese purificado com elevado valor calorífico. Isto acontece de modo a que os gases de pirólise que contêm alcatrão sejam canalizados para um permutador térmico indirecto, no qual reagem com um reagente, por exemplo vapor de água. Os gases de exaustão da fornalha são canalizados através do permutador térmico indirecto de tal modo que o seu conteúdo térmico seja aproveitado para a reacção dos gases de pirólise com o reagente. A cinza dos resíduos sólidos carbonatados, retirada da fornalha, e o meio de transferência térmica são reconduzidos ao reactor de pirólise pela extremidade de entrada para a substância orgânica. 0 pedido de patente alemã 19930071.2, com uma data de prioridade mais antiga, não publicado, refere-se a um processo e a um dispositivo para a pirólise e gaseificação de substâncias orgânicas, no qual as substâncias orgânicas são introduzidas num reactor de secagem e de pirólise, no qual estas são colocadas em contacto com o material do leito fluidificado de um leito fluidificado de combustão, o que leva a que tenha lugar uma secagem e uma pirólise, na qual as substâncias orgânicas são transformadas em vapor de água, proveniente da secagem, e em produtos da pirólise. Os produtos da pirólise são compostos por gases com substâncias condensáveis e resíduo sólido carbonatado. O resíduo sólido carbonatado, eventualmente com fracções do vapor de água e dos gases de pirólise com substâncias condensáveis, e o material do leito fluidificado são reconduzidos ao leito fluidificado de combustão, no qual o resíduo carbonatado das substâncias orgânicas é queimado, o material do leito fluidificado é aquecido e novamente conduzido ao reactor de pirólise. O vapor de água proveniente da secagem e os gases de pirólise com substâncias condensáveis são 2 posteriormente tratados, numa zona reaccional adicional de tal modo que se origina um gás produto com elevado valor calorífico. 0 leito fluidificado de combustão, no qual são queimados os resíduos da pirólise, é operado como leito fluidificado estacionário. Os gases de pirólise são canalizados para um permutador térmico indirecto, no qual eventualmente reagem com um reagente, tal como vapor de água, oxigénio ou ar ou uma mistura destes. Os gases de exaustão da fornalha são colocados em contacto com o permutador térmico indirecto de tal modo que o seu conteúdo térmico é aproveitado para a reacção dos gases de pirólise com o reagente.

No processo previamente conhecido, segundo o documento DE-PS 19755693 e também no processo segundo o pedido de patente alemão 19930071.2, com uma data de prioridade mais antiga, é sempre utilizado um permutador térmico indirecto, ao qual é conduzido o calor dos gases de exaustão da fornalha e através do qual são canalizados os gases de pirólise. Este método e o dispositivo necessário para a concretização de um processo desse género, estão contudo acometidos de desvantagens. A partir do documento WO-A-0121730, com uma data de prioridade mais antiga, não publicado, e do documento DE-C-19755693 correspondente, com uma data de prioridade igualmente mais antiga, não previamente publicado, é conhecido um processo para a pirólise de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, no qual as substâncias orgânicas são colocadas em contacto com um meio de transferência térmica, num reactor de pirólise, e são pirolisadas, no qual o coque de pirólise originado pela pirólise é queimado, sob admissão de ar, num reactor de combustão e no qual o gás bruto produzido pela pirólise é purificado num reactor de craqueamento. 3 É objectivo da invenção, propor um processo melhorado para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, e um dispositivo melhorado para a concretização de um processo desse género.

Este objectivo é solucionado por um processo com as caracterist icas da reivindicação 1 e por um processo com as caracteristicas da reivindicação 2. Este é ainda solucionado por um dispositivo, de acordo com a invenção, com as caracteristicas da reivindicação 27 e por um dispositivo, de acordo com a invenção, com as caracteristicas da reivindicação 28. Os aperfeiçoamentos vantajosos dos processos, de acordo com a invenção, e dos dispositivos, de acordo com a invenção, estão descritos nas reivindicações dependentes.

No processo de acordo com a invenção, as substâncias orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos, são colocadas em contacto com um meio de transferência térmica proveniente de um reactor de combustão, num reactor de pirólise, e são pirolisadas. 0 reactor de pirólise é, de um modo preferido, um reactor de cuba. Como reactor de combustão é utilizado, de um modo preferido, um reactor de leito fluidificado. 0 meio de transferência térmica é formado, de um modo preferido, pela cinza proveniente do reactor de combustão. É todavia também possível utilizar outro tipo de material de transferência de calor ou material do leito fluidificado. 0 transferidor térmico ou o material do leito fluidificado pode conter cinza proveniente do reactor de combustão ou ser composto exclusivamente, ou praticamente exclusivamente, por esta cinza. É vantajoso quando as substâncias orgânicas são colocadas em contacto com o meio de 4 transferência térmica na medida em que são misturadas umas com as outras. As substâncias orgânicas e o meio de transferência térmica são colocados em contacto, ou misturados, no reactor de pirólise e são secos, e pirolisados. 0 coque de pirólise originado na pirólise é queimado, sob admissão de ar, no reactor de combustão ou no reactor de leito fluidificado.

De acordo com a invenção, o gás bruto produzido pela pirólise é purificado num reactor de craqueamento. Efectua-se esta purificação, de um modo preferido, através de um catalisador que está previsto no reactor de craqueamento. Esta purificação, ou purificação catalítica, efectua-se, de um modo preferido, sob adução de vapor de água.

No processo de acordo com a invenção, já não é necessário qualquer transferidor térmico ou permutador térmico, ao qual seja conduzido o calor dos gases de exaustão da fornalha provenientes do reactor de combustão e no qual sejam canalizados os gases de pirólise. 0 processo de acordo com a invenção é particularmente adequado para a pirólise e gaseificação de uma mistura de substâncias que tenha sido obtida a partir de lixo doméstico ou de resíduos semelhantes ao lixo doméstico. Trata-se, neste caso, de um modo preferido, de uma mistura de substâncias que tenham sido preparadas, segundo o processo que se segue, a partir de lixo doméstico ou de resíduos semelhantes ao lixo doméstico: caso seja necessário, o lixo doméstico ou os resíduos semelhantes ao lixo doméstico são em primeiro lugar previamente tratados, em particular cominuídos. Estes são subsequentemente submetidos a compostagem sob arejamento forçado em recipientes fechados, em que os constituintes orgânicos são decompostos. 5

Após um determinado período de tempo de, por exemplo, sete dias, - após este período de tempo, os constituintes biologicamente mais facilmente degradáveis estão já, tipicamente, decompostos, totalmente ou numa parte substancial - a compostagem é travada por secagem. 0 material é secado até uma humidade residual de, no máximo, 15%. Caso seja necessário, este pode ser depois ainda posteriormente tratado. Um material deste género é comercializado sob o nome Trockenstabilat®.

Como catalisador para o gás bruto utiliza-se, de um modo preferido, o coque de pirólise proveniente do reactor de pirólise. Por este meio aproveita-se a acção catalítica do coque de pirólise. 0 coque de pirólise, como catalisador para o gás bruto, pode ser utilizado isoladamente ou com um ou vários catalisadores adicionais.

Um aperfeiçoamento vantajoso adicional é caracterizado por, antes da pirólise, ser separada, por crivagem, uma fracção fina das substâncias orgânicas. A fracção fina também pode ser separada de outro modo. De um modo preferido, a fracção fina separada por crivagem, ou separada de outro modo, é conduzida ao reactor de combustão. A separação por crivagem, ou a separação de outro género e/ou a condução da fracção fina ao reactor de combustão são particularmente vantajosas no caso do processamento de Trockenstabilat®. Uma vez que a fracção fina do Trockenstabilat® contém uma fracção mais elevada de inertes (cinza) e poluentes, esta é, de um modo preferido, separada por crivagem ou separada de outro modo. De um modo mais preferido, esta é conduzida directamente ao reactor de leito fluidificado para ser submetida ao tratamento adicional. Consegue-se assim a vantagem de conduzir a carga poluente do material de entrada (Trockenstabilat®) directamente para a purificação dos gases de 6 escape por via do reactor de leito fluidificado, portanto sem o desvio através do reactor de cuba e do reactor de craqueamento. A purificação dos gases de escape é concebida segundo as normas ambientais em vigor, na Alemanha, actualmente, segundo o 17° Regulamento Federal Relativo à Protecção Contra Emissões Poluentes. Esta impede que a carga poluente alcance o ambiente. Uma vantagem adicional consiste no facto do valor calorífico da fracção grosseira elevar-se face ao material original, uma vez que a fracção fina do Trockenstabilat® contém uma fracção mais elevada de inertes (cinza). A purificação, ou a purificação catalítica, do gás bruto permite produzir um gás de síntese ("gás combustível") . 0 gás de síntese é explorado energeticamente, de um modo preferido, numa turbina a gás ou num motor térmico de outro género. É vantajoso quando o gás de exaustão proveniente da exploração energética ou da turbina a gás, ou do motor térmico de outro género, é conduzido ao reactor de combustão ou ao reactor de leito fluidificado. Adicionalmente a este gás de exaustão, pode ser ainda conduzido ao reactor de combustão ou ao reactor de leito fluidificado. Também é todavia possível operar o reactor de combustão ou o reactor de leito fluidificado, não com ar, mas exclusivamente com o gás de exaustão da turbina a gás, ou do motor térmico de outro género. Isto é possível, uma vez que o gás de exaustão da turbina a gás, ou do motor térmico de outro género, ainda tem um teor de oxigénio suficiente, que pode situar-se em aproximadamente 17%. Isto possibilita uma exploração energética particularmente boa.

Segundo um aperfeiçoamento vantajoso adicional, o gás de síntese é, em primeiro lugar, arrefecido e/ou purificado, antes de ser utilizado para a câmara de combustão da turbina a gás ou 7 do motor térmico de outro género. 0 arrefecimento e/ou purificação efectua-se, de um modo preferido, num banho de arrefecimento rápido. De um modo preferido, a água residual proveniente do arrefecimento e/ou da purificação é evaporada, de um modo preferido, num secador. 0 resíduo proveniente da evaporação (o resíduo "espesso") é conduzido, de um modo preferido, ao reactor de combustão.

Um aperfeiçoamento vantajoso adicional é caracterizado por a purificação, ou a purificação catalítica, do gás bruto produzir um gás de síntese. De um modo preferido, o hidrogénio é separado do gás de síntese. 0 gás empobrecido remanescente da separação de hidrogénio é conduzido, de um modo preferido, ao reactor de combustão. Este pode ser aí aproveitado termicamente. É vantajoso, quando o reactor de combustão ou o reactor de leito fluidificado é operado em duas etapas. Isto acontece, em particular, na medida em que na extremidade inferior do reactor de combustão, ou do reactor de leito fluidificado, é aduzido menos ar do que o que é necessário para uma combustão estequiométrica. Deste modo, a cinza que é conduzida ao reactor de pirólise, ou ao reactor de cuba, ainda contém coque, que tem, deste modo, uma acção catalítica logo na parte superior do reactor de pirólise (reactor de cuba, desgaseificador) . Acima da zona de descarregamento da cinza proveniente do reactor de combustão, ou do reactor de leito fluidificado, é aduzido ar adicional, de modo a alcançar-se uma combustão completa e a poder libertar-se o gás de exaustão - purificado - para o meio ambiente.

Um aperfeiçoamento vantajoso adicional é caracterizado por uma zona do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba, ser utilizada como reactor de craqueamento. Tal pode acontecer na medida em que o reactor de pirólise ou o reactor de cuba e o reactor de craqueamento são concebidos como uma peça de "reactor de pirólise-craqueamento", de modo que uma zona do reactor de pirólise é utilizada como catalisador (Fig. 6). Tal pode ainda acontecer na medida em que o reactor de craqueamento se encontra acima do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba, ou na medida em que o reactor de craqueamento se encontra na região superior do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba (Fig. 10).

Um aperfeiçoamento vantajoso adicional é caracterizado por o gás bruto purificado no reactor de craqueamento ser adicionalmente purificado num reactor adicional com um carregamento de catalisador (Fig. 7) ou por o reactor de craqueamento ser configurado como reactor com um carregamento de catalisador. O carregamento de catalisador no reactor adicional pode ser composto por um ou vários compostos metálicos (catalisador permanente). O gás, após ter abandonado o reactor de craqueamento, é conduzido ao reactor adicional. O reactor de craqueamento funciona, neste caso, como pré-catalisador. O reactor de craqueamento já não é contudo imprescindível. É também possível dispensar o reactor de craqueamento, de modo que o reactor adicional, com o carregamento de catalisador, pode funcionar, neste caso, como reactor de craqueamento propriamente dito para a purificação catalítica do gás bruto produzido pela pirólise. É particularmente vantajoso quando o gás bruto purificado no reactor de craqueamento é adicionalmente purificado num reactor adicional com um carregamento de catalisador, portanto, quando, a par do primeiro reactor adicional com um carregamento de 9 catalisador, existe um segundo catalisador adicional com um carregamento de catalisador. Neste caso, é particularmente vantajoso guando o primeiro e o segundo reactor, adicionais, estão activados alternadamente. 0 primeiro e o segundo reactor, adicionais, são portanto operados de tal modo que estão activos alternadamente. Isto proporciona um aperfeiçoamento vantajoso adicional que consiste no facto do primeiro e o segundo reactor, adicionais, poderem ser regenerados alternadamente, nomeadamente sempre que o outro reactor adicional, respectivamente, esteja activado. A regeneração é efectuada, de um modo preferido, por gás de exaustão quente proveniente do reactor de combustão ou do reactor de leito fluidificado. No caso em que se utiliza um primeiro reactor adicional e um segundo reactor adicional, também é possível dispensar o reactor de craqueamento. 0 primeiro e o segundo reactor, adicionais, servem então como reactores de craqueamento propriamente ditos para a purificação catalítica do gás bruto produzido pela pirólise.

Um aperfeiçoamento vantajoso adicional é caracterizado pelo facto do catalisador ser aduzido em conjunto com o meio de transferência térmica ou pelo facto do catalisador ser activado em conjunto com o meio de transferência térmica. Tal como já foi descrito, o coque de pirólise proveniente do reactor de pirólise pode ser utilizado como catalisador para o gás bruto. Por este meio é aproveitada a acção catalítica do coque de pirólise produzido no reactor de pirólise, ou no reactor de cuba. Para alcançá-lo, o reactor de craqueamento é integrado na corrente de substância sólida do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba, para o reactor de combustão ou para o reactor de leito fluidificado. Seria contudo desejável, se se considerar o nível da temperatura, um tratamento de gás, portanto uma purificação catalítica do gás bruto, na região do reactor de pirólise, ou do 10 reactor de cuba, à qual é conduzida a cinza proveniente do reactor de combustão, ou do reactor de leito fluidificado, uma vez que é ai que a cinza (meio de transferência térmica, material do leito fluidificado) tem o nivel de temperatura mais elevado.

Para alcançá-lo, o processo é conduzido, de um modo preferido, de tal modo que o catalisador é aduzido em conjunto com o meio de transferência térmica (cinza) ou de tal modo que o catalisador se torna activo em conjunto com o meio de transferência térmica (cinza). 0 catalisador pode ser aduzido, por exemplo, na região superior do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba. Isto pode efectuar-se em conjunto com a cinza. 0 catalisador pode ser, contudo, aduzido também de outro modo. 0 catalisador pode existir ainda num reactor de craqueamento, ao qual a cinza é conduzida. É possivel utilizar um catalisador permanente, por exemplo, um óxido metálico. 0 emprego de um catalisador permanente gera um circuito através do reactor de combustão, ou do reactor de leito fluidificado, em que a purificação térmica do catalisador tem lugar na fornalha. Também pode, contudo, ser utilizado um catalisador perdido, por exemplo coque ou carvão. 0 dispositivo, de acordo com a invenção, para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, que é particularmente adequado para a concretização do processo de acordo com a invenção, compreende um reactor de pirólise, de um modo preferido, um reactor de cuba, ao qual podem ser conduzidas as substâncias orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos, de um modo preferido, Trockenstabilat® e um meio de transferência térmica, e 11 um reactor de combustão, de um modo preferido, um reactor de leito fluidificado, para a combustão do coque de pirólise proveniente do reactor de pirólise, ou do reactor de cuba, e para a produção do meio de transferência térmica. Como meio de transferência térmica é utilizada, de um modo preferido, a cinza proveniente do reactor de combustão. De acordo com a invenção, está previsto um reactor de craqueamento para a purificação do gás bruto produzido pela pirólise. De um modo preferido, está previsto um catalisador no reactor de craqueamento.

Os aperfeiçoamentos vantajosos estão descritos nas reivindicações dependentes adicionais. A invenção cria um processo e um dispositivo, com o qual é possível produzir um gás purificado a partir de uma substância combustível com um determinado teor em cinza e um teor volátil elevado, que é adequado tanto para a utilização em processos de turbina a gás e motores de combustão, como também para a exploração material, sendo portanto muito valioso. Neste caso, é alcançado o objectivo proposto de não ser necessário utilizar qualquer oxigénio industrial e do gás da pirólise não entrar em contacto com gases inertes. A invenção é particularmente adequada para o processamento de Trockenstabilat®. Neste caso, pode-se partir do princípio que a fracção fina do

Trockenstabilat® contém, por um lado, muitos poluentes, numa quantidade acima da média, e, por outro, uma elevada fracção de inertes (cerca de 50% em peso), portanto, que a contribuição da fracção fina para um gás de elevado valor é reduzida e que os efeitos negativos sobre o esforço de purificação do gás da pirólise são relativamente elevados. O transferidor térmico é produzido a partir do coque de pirólise por via da combustão. Neste caso, a totalidade do material empregue (substâncias 12 orgânicas, em particular Trockenstabilat®) , com a fracção fina, percorre a pirólise e contamina a purificação do gás. De um modo preferido, a fracção fina é directamente conduzida para a combustão; o transferidor térmico é produzido no reactor de combustão a partir desta fracção fina e do coque de pirólise. Os poluentes voláteis da fracção fina podem ser, por este meio, segregados na combustão e ser eliminados na purificação dos gases de escape. Por este meio, exclui-se a hipótese dos poluentes provenientes da fracção fina passarem para o gás da pirólise e tornarem a purificação do gás desnecessariamente exaustiva e dispendiosa. 0 gás da pirólise ou o gás de síntese originado na concretização da invenção pode ser empregue para a utilização material e energética, em particular para a produção de energia, para a produção de calor, para a produção de metanol ou para a produção de hidrogénio. É possível produzir um gás rico em hidrogénio. A invenção pode ser aproveitada para a produção de energia, em particular numa turbina a gás. 0 gás de exaustão da turbina a gás pode ser utilizado como ar de combustão e ar de fluidificação no leito fluidificado do reactor de leito fluidificado. A instalação tem então de ser, contudo, operada sob pressão, ou obriga a prever um compressor de gás combustível. A fornalha no reactor de combustão, ou no reactor de leito fluidificado, fornece calor para o reactor de pirólise. 0 leito fluidificado produz ainda, em processo interno, o meio de transferência térmica, nomeadamente cinza. Caso seja empregue coque ou coque de pirólise, como material catalisador, este também pode ser igualmente produzido, em processo interno, mediante a condução escalonada de ar ao leito fluidificado. É possível conduzir o processo com uma combustão sub- estequiométrica. É ainda possível, proceder ao tratamento 13 posterior dos gases de pirólise directamente no desgaseificador (reactor de pirólise); a desgaseificação e o craqueamento podem portanto ser efectuados num só reactor. Em seguida explicam-se, em pormenor, exemplos de concretização da invenção, com base nos desenhos anexos. Os desenhos mostram

Fig. . 1 um dispositivo para a concretização do processo, de acordo com a invenção, para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, numa representação esquemática, Fig. , 2 o dispositivo de acordo com a Fig. 1 com um crivo, para a separação de uma fracção fina por crivagem, Fig. , 3 o dispositivo de acordo com a Fig. 1 com uma turbina a gás, Fig. , 4 o dispositivo de acordo com a Fig. 1 com uma separação de hidrogénio, Fig. . 5 o dispositivo de acordo com a Fig. 1, em que o reactor de leito fluidificado é operado em duas etapas, Fig. . 6 o dispositivo de acordo com a Fig. 1, em que o reactor de cuba e o reactor de craqueamento estão concebidos como uma peça "reactor de pirólise-craqueamento", 14

Fig. 7 o dispositivo de acordo com a Fig. 1 com um reactor adicional com carregamento de catalisador,

Fig. 8 a forma de realização de acordo com a Fig. 7 com um (segundo)reactor adicional com um carregamento de catalisador,

Fig. 9 a forma de realização de acordo com a Fig. 3 com um banho de arrefecimento rápido e um secador e

Fig. 10 uma forma de realização adicional, na qual o catalisador é aduzido, ou activado, em conjunto com o meio de transferência térmica. A configuração base, para a concretização do processo base, mostrada na Fig. 1 é composta por um reactor 1 de cuba, um reactor 2 de leito fluidificado e um reactor 3 de craqueamento. As substâncias orgânicas, de um modo preferido, Trockenstabilat® 4, e o meio de transferência térmica, de um modo preferido, cinza 5, proveniente do reactor 2 de leito fluidificado são conduzidos ao reactor 1 de cuba. O Trockenstabilat 4 introduzido no reactor 1 de cuba é aí misturado com a cinza 5 quente

proveniente do reactor 2 de leito fluidificado. O

Trockenstabilat aquece e gaseifica-se (é pirolisado). Origina-se um gás, nomeadamente o gás 6 bruto, bem como uma substância 7 sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza. O gás 6 bruto abandona o reactor 1 de cuba na extremidade superior, a substância 7 sólida abandona o reactor 1 de cuba na extremidade inferior. O gás 6 bruto e a substância 7 sólida são conduzidos ao reactor 3 de craqueamento. Uma vez que a substância 7 sólida, nomeadamente o coque de pirólise contido nesta, actua como catalisador para a purificação do gás, o gás 6 bruto é 15 canalizado através da substância sólida quente no reactor 3 de craqueamento. Aqui aduz-se ainda vapor 8 de água. Como resultado obtém-se um gás 9 purificado cataliticamente (gás de sintese, gás combustível). A substância 10 sólida proveniente do reactor 3 de craqueamento (coque de pirólise e cinza) é introduzida no reactor 2 de leito fluidificado e é aí queimado com ar 11. O gás 12 de exaustão proveniente do leito fluidificado do reactor 2 de leito fluidificado é purificado. É ainda possível retirar do reactor 2 de leito fluidificado a cinza 13 ainda não necessitada.

Na variante do processo base, mostrada na Fig. 2, existe ainda adicionalmente um crivo 14, ao qual é conduzido o Trockenstabilat® 4. A fracção 15 grosseira é canalizada para o reactor 1 de cuba. A fracção 16 fina é conduzida ao reactor 2 de leito fluidificado.

Na variante mostrada na Fig. 3, é produzido um gás 17 combustível, que é conduzido por via de um compressor 18 para uma câmara 19 de mistura. 0 gás combustível comprimido é aí misturado com o ar 20 que foi comprimido através de um compressor 21. A mistura 22 é conduzida para uma turbina 23 a gás e é aí convertida em energia mecânica. Uma parte da energia mecânica da turbina 23 a gás é utilizada para accionar o compressor 21 para o ar. O compressor 18 também pode ser operado através da turbina 23 a gás (não representado no desenho). O gás 24 de exaustão da turbina a gás é conduzido ao reactor 2 de leito fluidificado. O gás produzido no reactor 3 de craqueamento, na forma de realização segundo a Fig. 3, é utilizado como gás 17 combustível para um processo de turbina a gás. O reactor 2 de leito fluidificado não é operado com ar, mas sim com o gás 24 de exaustão da turbina 23 a gás. Isto é 16 possível porque o gás 24 de exaustão da turbina 23 a gás ainda tem um teor de oxigénio de aproximadamente 17%.

Na variante mostrada na Fig. 4, está prevista uma separação 25 de hidrogénio, à qual é conduzido o gás 26 de síntese produzido no reactor 3 de craqueamento. 0 hidrogénio 27 separado é utilizado para outros fins. 0 gás 28 empobrecido remanescente, com reduzido valor calorífico, é aduzido ao reactor 2 de leito fluidificado para aproveitamento térmico. A separação 25 de hidrogénio efectua-se convenientemente a temperatura elevada, de modo que as fracções de alcatrão do gás 26 de síntese não possam condensar. Para a separação de hidrogénio é empregue, de um modo preferido, uma membrana ou um processo de membrana ou uma instalação de PSA.

Na forma de realização mostrada na Fig. 5, o reactor 2 de leito fluidificado é operado em duas etapas. Na extremidade inferior do reactor 2 de leito fluidificado é aduzido menos ar 11 do que o necessário para uma combustão estequiométrica. Por este meio, a cinza 5, que é conduzida ao reactor 1 de cuba, contém ainda coque que tem logo, deste modo, uma acção catalítica na parte superior do reactor 1 de cuba (desgaseificador). Acima da zona de descarregamento da cinza 5 proveniente do reactor 2 de leito fluidificado é aduzido ar adicional, nomeadamente ar 29 secundário, de modo a alcançar-se uma combustão completa e a poder libertar-se o gás 12 de exaustão - purificado - para o meio ambiente.

Na forma de realização mostrada na Fig. 6, o reactor de cuba e o reactor de craqueamento são concebidos como uma peça, nomeadamente como reactor 30 de pirólise-craqueamento. Neste 17 caso, é utilizada uma zona 31, nomeadamente a zona inferior do reactor 1 de pirólise, como catalisador.

Na forma de realização mostrada na Fig. 7, existe, adicionalmente ao reactor 3 de craqueamento, um reactor 32 adicional com um carregamento de catalisador. 0 gás bruto purificado pelo catalisador no reactor 3 de craqueamento é adicionalmente purificado no reactor 32 adicional. Ao reactor 3 de craqueamento e ao reactor 32 adicional, respectivamente, é conduzido vapor 8 de água. Depois do gás, ou o gás 9 de síntese, abandonar o reactor 3 de craqueamento, este é conduzido para o reactor 32 adicional, que está carregado com catalisador. Este carregamento de catalisador é composto por um ou vários compostos metálicos (catalisador permanente). 0 reactor 3 de craqueamento funciona, neste caso, como pré-catalisador. Na forma de realização segundo a Fig. 7, seria também possível suprimir o reactor 3 de craqueamento. Neste caso, a purificação catalítica do gás bruto efectuar-se-ia através do reactor 32 com o carregamento de catalisador. A Fig. 8 mostra um aperfeiçoamento da forma de realização segundo a Fig. 7. Neste aperfeiçoamento, a par do primeiro reactor 32 adicional com um carregamento de catalisador, existe um segundo reactor 33 adicional com um carregamento de catalisador. 0 gás 9 de síntese proveniente do reactor 3 de craqueamento é conduzido ao primeiro reactor 32 adicional e ao segundo reactor 33 adicional, alternadamente. Ao reactor 32, 33 adicional activo ao qual, a dado momento, o gás 9 de síntese é conduzido, é também conduzido, simultaneamente, vapor 8 de água. 0 outro reactor 33, 32, adicional respectivamente, pode ser regenerado enquanto isso. Para a regeneração utiliza-se o gás 12 de exaustão proveniente do reactor 2 de leito fluidificado. 0 18 gás 34 de exaustão que abandona o respectivo reactor 33, 32 adicional pode ser conduzido a uma purificação de gás de exaustão.

No caso da forma de realização segundo a Fig. 8, o reactor 3 de craqueamento também não é imprescindível. Quando não existe o reactor 3 de craqueamento, a sua função é desempenhada pelos reactores 32, 33 adicionais ou pelo reactor 32 ou 33 adicional, respectivamente activo.

Tal como se torna visível a partir da Fig. 8, o gás que abandona o reactor 9 de craqueamento - que não é, neste caso, imprescindível - é conduzido a um reactor 32 adicional que está carregado com catalisador. Este carregamento de catalisador é composto por, p. ex., um ou vários compostos metálicos (tal como na forma de realização segundo a Fig. 7). 0 carregamento de catalisador perde em eficácia devido aos constituintes contidos no gás 9 de síntese, tais como, por exemplo, pó, carbono etc. Por esta razão, existe, paralelamente ao primeiro reactor 32 adicional, um segundo reactor 33 adicional com um segundo carregamento de catalisador, que é regenerado, durante o tempo de actividade do primeiro reactor 32 adicional, através de gás 12 de exaustão quente proveniente do reactor 2 de leito fluidificado. Neste caso, este carregamento de catalisador do segundo reactor 33 adicional aquece através do gás 12 de exaustão quente, bem como através das reacções decorrentes. No momento em que o carregamento de catalisador no primeiro reactor 32 adicional começa a perder eficácia, a corrente gasosa do gás 9 de síntese é canalizada para a purificação através do carregamento de catalisador do segundo reactor 33 adicional e o carregamento de catalisador do primeiro reactor 32 adicional é 19 regenerado por meio da canalizaçao de gás 12 de exaustão quente, proveniente do reactor 2 de leito fluidificado. A Fig. 9 mostra uma variante da forma de realização mostrada na Fig. 3, na qual o gás 17 combustível é canalizado através de um banho 35 de arrefecimento rápido, antes do compressor 18. Antes do gás 17 combustível, destinado à câmara 19 de combustão, ser comprimido no compressor 18, este é arrefecido no banho 35 de arrefecimento rápido e purificado. A água 36 residual proveniente do banho 35 de arrefecimento rápido é canalizada para um secador 37, no qual esta é evaporada. Os vapores do secador são condensados; estes podem ser libertados como água 38 residual sem qualquer clarificação adicional. 0 resíduo 39 "espesso" proveniente do secador 37 contém todos os constituintes orgânicos. Este é conduzido ao reactor 2 de leito fluidificado e é aí tratado termicamente. Uma alternativa possível é um tratamento térmico directo da totalidade da água 36 residual, que se forma no banho 35 de arrefecimento rápido, no leito fluidificado do reactor 2 de leito fluidificado (neste caso a água 36 residual do banho 35 de arrefecimento rápido é canalizada directamente, portanto sem secador 37, como água 39 residual, para o reactor 2 de leito fluidificado; não representado no desenho).

Nas formas de realização espessadas na Fig. 1 a 9 é aproveitada a acção catalítica do coque de pirólise originado no reactor 1 de cuba. Nestas formas de realização o reactor 3 de craqueamento está integrado na corrente de substância sólida do reactor 1 de cuba para o reactor 2 de leito fluidificado. Seria contudo desejável, se se considerar o nível de temperatura, um tratamento do gás na região do reactor 1 de cuba, na qual é conduzida a cinza 5 proveniente do reactor 2 de leito 20 fluidificado, uma vez que é ai que a substância sólida (a cinza) tem o nível de temperatura mais elevado.

Para realizá-lo, é possível prever a condução do processo segundo a Fig. 10. Neste caso, é aduzido um catalisador 40 na região superior do reactor 1 de cuba. O reactor de cuba e o reactor de craqueamento são também aqui configurados como uma peça, nomeadamente como reactor 30' de pirólise-craqueamento. A adução do catalisador 40 na região superior do reactor 1 de cuba não tem ser, contudo, necessariamente efectuada com a cinza 5 proveniente do reactor 2 de leito fluidificado. O catalisador também pode ser aduzido de outro modo. O catalisador pode existir ainda na região superior do reactor 1 de cuba, portanto na região do reactor 30' de pirólise-craqueamento indicada com 41. Na forma de realização segundo a Fig. 10 pode ser utilizado um catalisador permanente, tal como, por exemplo, um óxido metálico. Também pode ser, contudo, utilizado um catalisador perdido, tal como, por exemplo, coque ou carvão. O emprego de um catalisador permanente gera um circuito através do reactor 2 de leito fluidificado, em que a purificação térmica do catalisador tem lugar na fornalha do reactor 2 de leito fluidificado. O reactor de craqueamento é integrado automaticamente no reactor 1 de cuba, tornando-se, deste modo, num reactor 30' de pirólise-craqueamento .

Lisboa, 7 de Novembro de 2012 21

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a pirólise e gaseificaçao de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, no qual as substâncias (4) orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos são colocadas em contacto com um meio de transferência térmica proveniente de um reactor (2) em leito fluidificado de combustão, num reactor (1) de pirólise, e são pirolisadas, no qual a substância (7) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (1) de pirólise é conduzida a um reactor (3) de craqueamento, no qual o gás bruto produzido pela pirólise é purificado, no qual a substância (10) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (3) de craqueamento é introduzida no reactor (2) em leito fluidificado de combustão e é queimada sob admissão (11) de ar, e em que o meio de transferência térmica é composto pela cinza (5) do reactor (2) de combustão.
2. Processo para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, no qual as substâncias (4) orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos são colocadas em contacto com um meio de transferência térmica 1 proveniente de um reactor (41) de craqueamento, num reactor (1) de pirólise, e são pirolisadas, no qual a substância (10) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (1) de pirólise é introduzida num reactor (2) em leito fluidificado de combustão e é queimada sob admissão (11) de ar e no qual o meio de transferência térmica proveniente do reactor (2) em leito fluidificado de combustão é conduzido ao reactor (41) de craqueamento, no qual o gás bruto produzido pela pirólise é purificado, em que o meio de transferência térmica é composto pela cinza (5) do reactor (2) de combustão.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, no reactor (3, 41) de craqueamento, estar previsto um catalisador.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a purificação ser realizada sob adução de vapor (8) de água.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o coque (7) de pirólise proveniente do reactor (1) de pirólise ser utilizado como catalisador para o gás (6) bruto.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, antes da pirólise, ser 2 separada (14) uma fracção (16) fina das substâncias (4) orgânicas (Fig. 2).
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a fracção (16) fina separada (14) ser conduzida ao reactor (2) de combustão.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a purificação do gás bruto produzir um gás (17) de síntese.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o gás (17) de síntese ser explorado em termos energéticos numa turbina (23) a gás (Fig. 3; Fig. 9).
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o gás (24) de exaustão proveniente da exploração (23) energética ser conduzido ao reactor (2) de combustão.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado por o gás (17) de síntese ser, em primeiro lugar, arrefecido e/ou purificado (35) (Fig. 9).
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a água (36) residual proveniente do arrefecimento e/ou da purificação (35) ser evaporada (37).
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o resíduo (39) proveniente da evaporação (37) ser conduzido ao reactor (2) de combustão. 3
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a purificação do gás (6) bruto produzir um gás (9, 26) de síntese.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o hidrogénio (27) ser separado (25) do gás (26) de síntese (Fig. 4).
16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por, na separação (25) de hidrogénio, o gás (28) empobrecido remanescente ser conduzido ao reactor (2) de combustão.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o reactor (2) de combustão ser operado em duas etapas (Fig. 5).
18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma zona do reactor (1) de pirólise ser utilizada como reactor de craqueamento (Fig. 6; Fig. 10).
19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o gás (6) bruto purificado no reactor (3) de craqueamento ser adicionalmente purificado num reactor (32) adicional com um carregamento de catalisador (Fig. 7) ou por o reactor de craqueamento ser configurado como reactor com um carregamento de catalisador.
20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o gás (6) bruto purificado no reactor (3) de 4 craqueamento ser adicionalmente purificado num reactor (33) adicional com um carregamento de catalisador, em que o primeiro reactor (32) adicional e o segundo reactor (33) adicional são activados alternadamente (Fig. 8).
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o primeiro reactor (32) adicional e o segundo reactor (33) adicional serem, de um modo preferido, regenerados alternadamente, de um modo preferido por gás de exaustão (12) quente proveniente do reactor (2) de combustão.
22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 21, caracterizado por o reactor (3) de craqueamento ser suprimido e o reactor (32) adicional ou os reactores (32, 33) adicionais assumirem a purificação do gás bruto.
23. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o catalisador ser aduzido ou ser activado em conjunto com o meio de transferência térmica (Fig. 10).
24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por o catalisador (40) ser aduzido ao meio (5) de transferência térmica.
25. Processo de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado por ser utilizado um catalisador permanente.
26. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado por ser utilizado um catalisador perdido. 5
27. Dispositivo para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, em particular para a concretização do processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 3 a 26 com um reactor (1) de pirólise, de um modo preferido, um reactor de cuba, um reactor (2) em leito fluidificado de combustão e um reactor (3) de craqueamento, em que as substâncias (4) orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos e um meio (5) de transferência térmica proveniente do reactor (2) em leito fluidificado de combustão podem ser conduzidos ao reactor (1) de pirólise, em que a substância (7) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (1) de pirólise e o gás bruto produzido pela pirólise podem ser conduzidos ao reactor (3) de craqueamento, em que a substância (10) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (3) de craqueamento pode ser introduzida no reactor (2) em leito fluidificado de combustão e pode ser queimada sob admissão de ar e em que o meio de transferência térmica é composto pela cinza (5) do reactor (2) de combustão.
28. Dispositivo para a pirólise e gaseificação de misturas de substâncias que contêm constituintes orgânicos, em 6 particular para a concretização do processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 26, com um reactor (1) de pirólise, de um modo preferido um reactor de cuba, um reactor (2) em leito fluidificado de combustão e um reactor (41) de craqueamento, em que as substâncias (4) orgânicas ou a mistura de substâncias que contém constituintes orgânicos e um meio (5) de transferência térmica proveniente do reactor (41) de craqueamento, podem ser aduzidos ao reactor (1) de pirólise, em que a substância (10) sólida, nomeadamente coque de pirólise e cinza, proveniente do reactor (1) de pirólise pode ser introduzida no reactor (2) em leito fluidificado de combustão e pode ser queimada sob admissão de ar, em que o meio de transferência térmica proveniente do reactor (2) em leito fluidificado de combustão e o gás bruto produzido pela pirólise podem ser conduzidos ao reactor (41) de craqueamento e em que o meio de transferência térmica é composto pela cinza (5) do reactor (2) de combustão.
29. Dispositivo de acordo com a reivindicação 27 ou 28, caracterizado por estar previsto um catalisador no reactor (3, 41) de craqueamento.
30. Dispositivo de acordo com a reivindicação 27 ou 28, caracterizado por um crivo (14) para a separação por 7 crivagem ou um outro género de dispositivo de separação para separar uma fracção (16) fina das substâncias (4) orgânicas (Fig. 2).
31. Dispositivo de acordo com gualguer uma das reivindicações 27 a 30, caracterizado por uma turbina (23) a gás para a exploração energética do gás (17) de síntese proveniente do reactor (3, 41) de craqueamento.
32. Dispositivo de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por um banho (35) de arrefecimento rápido para o arrefecimento e/ou purificação do gás (9) de síntese.
33. Dispositivo de acordo com a reivindicação 32, caracterizado por um secador (37) para o arrefecimento e/ou purificação da água (36) residual proveniente do banho (35) de arrefecimento rápido.
34. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 33, caracterizado por uma separação (25) de hidrogénio para separar o hidrogénio (27) do gás (26) de síntese proveniente do reactor (3, 41) de craqueamento.
35. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 34, caracterizado por o reactor (2) de combustão poder ser operado em duas etapas.
36. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 35, caracterizado por o reactor (1) de pirólise ou o reactor de cuba e o reactor (3) de craqueamento ser concebido como uma peça, de um modo preferido, como reactor (30, 30') de pirólise-craqueamento. 8
37. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 36, caracterizado por um reactor (32) adicional com um carregamento de catalisador.
38. Dispositivo de acordo com a reivindicação 37, caracterizado por um segundo reactor (33) adicional com um carregamento de catalisador. Lisboa, 7 de Novembro de 2012 9