BR112012022816B1

BR112012022816B1 - Processo para produção de gás de síntese com a produção de gases de pirólise e de produto e dispositivo

Info

Publication number: BR112012022816B1
Application number: BR112012022816-1A
Authority: BR
Inventors: Arno Schneider; Ergun Çehreli
Original assignee: Timo Schneider; Semiha Pektas-Çehreli
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2019-04-09
Also published as: EP2545142B1; BR112012022816A2; UA106269C2; WO2011110138A1; DE112010005373A5; EP2545142A1; US9057033B2; US20130000569A1

Abstract

processo e dispositivo para a produção de gás de síntese e para operar um motor de combustão com este produto. a presente invenção refere-se a um processo e dispositivo para a produção de gás de síntese e para operar um motor de combustão com este produto. os gases da combustão de motores podem ser produzidos de diferentes combustíveis orgânicos, heterogêneos, surgindo gás de produto e de pirólise com alto teor de alcatrão. por meio de junção e purificação da mistura de gás, produzida do gás de síntese e operação especial do motor de gás, podem ser usados para a ignição alcatrões e óleo de pirólise, inidentes em grandes parcelas, como aditivos ao óleo de iginição. a produção de um gás de síntese é feita a partir de um gás de pirólise, produzido em um reator de pirólise 2, e de um gás de produto, resultante de gaseificação auto-térmica do coque de pirólise formado e/ou do óleo de pirólise em um gaseificador de camda turbilhonante 8 atmosférico e estacionário. purificação do gás de síntese em um lavador de gás 16 e filtro elétrico 21, condução do gás de síntese sobre um concentrador 22 até um injetor 24 separado de um motor biocombustível de dois tempos 30, com desvio do trubocarregador e resfriado de ar de carga.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE COM A PRODUÇÃO DE GASES DE PIRÓLISE E DE PRODUTO E DISPOSITIVO. [001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de gás de síntese, bem como de outros combustíveis, a partir de matérias-primas e de produtos residuais orgânicos, de um motor de combustão e para a sua operação, especialmente para a produção descentralizada de corrente de calor. Além disso, a invenção abrange um dispositivo para a realização desse processo, inclusive o motor de combustão a ser empregado.

[002] De acordo com o documento DE 42 38 934 C2 passou a ser conhecido um processo para a gaseificação dessas matériasprimas e substâncias residuais, nas quais as substâncias não classificadas são gaseificadas em uma combinação de um pré-tratamento térmico, fragmentação e gaseificação em corrente volátil, a fim de produzir um gás rico em CO e H2. É produzido um produto intermediário fragilizado moído que é submetido à gaseificação em corrente volátil na matéria de produto fino. Este gás será usado para operar motores a gás e turbinas a gás, ou como gás de síntese.

[003] De acordo com o documento DE 10 2004 055-407 A1 também é conhecido um processo para operar o motor de gás com um gás de síntese, produzido de combustível orgânico, especialmente uma biomassa, sendo que esta serve para o abastecimento de energia descentralizada (instalações BHKW). Neste processo, é realizada uma gaseificação alto térmica com o emprego de um conjunto de gaseificação de leito fixo. A alimentação do gás de síntese produzido no compartimento combustor do motor é feita juntamente com o ar de combustão aspirado após a sua mistura.

[004] Nessas instalações de gaseificação é necessário um combustível definido, sem características de mudança, para poder oferecer

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2/31 uma operação técnica perfeita. Portanto, não podem ser operados de forma variável, diretamente com combustíveis cambiantes, orgânicos e heterogêneos. Além disso, por medidas especiais terá de ser evitado que se formem depósitos de alcatrão no compartimento combustor do motor de gás.

[005] Para sanar estas desvantagens, a presente invenção prevê a criação de um processo para o aproveitamento de qualquer biomassa imaginável, ou seja, resíduos orgânicos preparados como material para a produção de um gás de combustão para operar motores a gás, sendo que estes materiais até agora não ofereceram acesso em instalações de gaseificação puras para o processo da gaseificação. Os motores a gás, de acordo com outra tarefa, devem poder ser operados em instalações geradoras de energia eficientes e descentralizadas, a partir de um potencial de 500 kWel, ou também com simultâneo desacoplamento térmico.

[006] Com a ampliação dessas tarefas, também em motores a gás especiais, cuja operação deverá ser possível tanto com o gás de combustão, produzido pela gaseificação, como também pelos óleos condensados e alcatrões, incidentes na sua produção. No caso se trata especialmente concretizar o processo para a geração de energia descentralizada, na qual o motor de combustão possa ser operado com gás de pirólise, óleo de pirólise, alcatrão, gás de produto, gás de síntese e/ou uma mistura desses produtos.

[007] A ideia subjacente da invenção é que, contrário aos setores especializados nesta área, nos quais processos de gaseificação geralmente são realizados de tal maneira que surgem gases de combustão limpos, isto é, isentos de alcatrão, quando se pretende um aproveitamento em âmbito de motor, agora, de acordo com a invenção, além de gás de síntese de alta qualidade, isento de alcatrão, condensados adicionais de pirólise com elevada parcela de alcatrão como óleo de

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3/31 ignição, podem ser calcinados em um motor a gás especial previsto, ou seja, um motor gás-diesel. Serve, para tanto, um motor de combustão que é operado como motor biocombustível de dois tempos, com injeção diesel e com percurso regulador de gás adicional.

[008] O objetivo visado é concretizar um processo para a produção descentralizada de energia, na qual o motor de combustão pode ser operado com gás de pirólise produzido, óleo de pirólise, alcatrão, gás de produto, gás de síntese, ou uma mistura desses componentes. No caso, é empregada uma técnica para a produção de gás de síntese de alta qualidade, a partir de combustíveis orgânicos, sólidos e/ou líquidos, especialmente biomassa de qualquer tipo.

[009] De acordo com a presente invenção, a tarefa inicialmente mencionada é solucionada pelo processo para a produção de um gás de síntese, a partir de um gás de pirólise, produzido em um reator de pirólise e um gás de produto, produzido por gaseificação, de acordo com a invenção.

[0010] De acordo com a invenção, portanto, está previsto um processo para a produção de gás de síntese com a produção de gases de pirólise e gases de produtos com carga de alcatrão, bem como condensado de pirólise com elevada parcela de alcatrão para operar um motor biocombustível a dois tempos, que serve para a geração descentralizada de corrente de calor, de acordo com os seguintes passos:

a. Fragmentação de matérias-primas e residuais, contendo material orgânico ou orgânico, para o tamanho de grãos desejado e secagem, conforme o teor d'água necessário para este combustível,

b. Alimentação do combustível orgânico assim preparado em um reator de pirólise,

c. Geração e alimentação de energia térmica para concretizar uma decomposição endotérmica do combustível orgânico em uma temperatura de pirólise, situada entre 400°C e 650°C, mediante geraPetição 870180133203, de 24/09/2018, pág. 7/47

4/31 ção de gás de pirólise e de coque de pirólise,

d. Limpeza e resfriamento do gás de pirólise para cerca de 300°C e subsequente lavagem de gás com resfriamento abaixo de 60°C, mediante condensação dos alcatrões do gás de pirólise, com condensado de pirólise e/ou óleo vegetal,

e. Transporte do coque de pirólise para um recipiente de reserva de um gaseificador ou diretamente no gaseificador, e captação dos condensados de pirólise para a geração de óleo de ignição para o motor de combustão,

f. Gaseificação autotérmica total ou parcial do coque de pirólise, mediante adução de ar e/ou oxigênio técnico e/ou vapor d'água, visando formar um gás de produto a temperaturas de cerca de 1000°C e mediante adução de calor, a partir de uma corrente parcial de gases de produtos a serem reciclados para o aquecimento do gaseificador,

g. Limpeza e resfriamento do gás de produto para cerca de 300°C,

h. Reciclagem da corrente parcial do gás de produto para o aquecimento do gaseificador, de acordo com o passo f), mediante aquecimento em um pré-aquecedor na corrente principal do gás de produto quente,

i. Limpeza adicional do gás de produto ou do gás de síntese dele formado e do gás de pirólise, após a junção, com a remoção de partículas de alcatrão e de pó em um lavador de gás com óleo de lavagem, bem como resfriamento por uma temperatura de cerca de 40°C, mediante formação de um condensado de pirólise com teor de alcatrão,

j. Para a lavagem do gás de produto será usado como líquido de lavagem um óleo vegetal, o qual, após a saturação, é limpo em uma unidade de preparo de óleo de ignição,

k. Junção do gás de pirólise que ainda apresenta um valor

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5/31 calorífico de > 15 MJ/Nm³ com o gás de produto com baixo teor calórico, inicialmente purificado apenas de acordo com o passo i) (valor calorífico < 10 MJ/Nm³), compondo um gás de síntese,

l. Subsequente purificação do gás de síntese previsto para operar o motor de combustão, realizada em um filtro eletrostático de alcatrão com a remoção quase total de todas as partículas de alcatrão e de poeira, de acordo com a exigência do motor,

m. Concentração do gás de síntese purificado em um compressor de gás de síntese para > 20000Kpa (200 bar) para injeção direta de gás de síntese no motor de combustão,

n. Preparo do óleo de lavagem, juntamente com o condensado de pirólise e com o alcatrão do filtro eletrostático de alcatrão em uma unidade de preparo de óleo de ignição, composta de uma centrífuga e de um homogeneizador, no qual se verifica um encurtamento mecânico das moléculas de cadeia longa, sendo o produto injetado como óleo de ignição no motor de combustão,

o. Injeção tanto do gás de síntese altamente concentrado como também do óleo de ignição, através de injetores separados no compartimento combustor e introdução do ar de combustão separadamente destes combustíveis, igualmente através de um canal próprio no interior do cilindro.

[0011] O processo de acordo com a invenção, para produzir um gás de síntese e óleo de pirólise, bem como condensado para operar o motor de combustão, na forma de um motor biocombustível, ou seja, uma instalação de motor biocombustível - BHKW destaca-se pelo fato de que o combustível, por exemplo, resíduos orgânicos lícitos, mas também lixo doméstico separado e classificado, porém preferencialmente biomassa de qualquer tipo, até resíduos de porcos e vacas e de aves podem ser preparados e introduzidos no primeiro estágio, em uma instalação de pirólise.

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6/31 [0012] O coque de pirólise que é formado da pirólise é gaseificado em forma de um gás de produto.

[0013] Como a pirólise constitui uma decomposição endotérmica, para o reator de pirólise é alimentada a necessária energia térmica na forma de calor, no primeiro estágio (< 300°C - 450° C) pelo gás de escape do motor de combustão a ser acionado e, no segundo estágio, diretamente ou indiretamente pelo gás de produto quente, a partir do gaseificador ou de um combustor ou de uma combustão direta.

[0014] A adução da energia térmica pode ser feita, com reforço ou isoladamente, também através de uma alimentação direta das cinzas do leito quentes, descarregadas do gaseificador, inclusive do material de leito. A temperatura de pirólise situa-se sequencialmente entre 400°C e 650°C.

[0015] O gás de pirólise produzido (valor calorífico > 15 MJ/Nm³) será, em seguida, purificado em um ciclone de gás quente, visando a remoção de partículas de poeiras arrastadas.

[0016] A partir do coque de pirólise, preferencialmente de acordo com uma concretização, em um gaseificador atmosférico, ou seja, em um concentrador estacionário de camada turbilhonante será gerado um gás de produto com baixo teor calórico (valor calorífico < 10 MJ/Nm³) e, em seguida, também será feita a purificação em um ciclone de gás quente. A gaseificação é um processo endotérmico. Aqui, a energia necessária para a manutenção do processo será extraída do volume de gás de produto produzido. Ao invés do ar alimentado, também necessário, opcionalmente poderá ser empregado oxigênio técnico e/ou vapor.

[0017] De acordo com a invenção, são produzidos separadamente gás de pirólise e gases de produtos com carga de alcatrão e que no caso, preferencialmente, também podem apresentar elevado teor de alcatrão. De modo correspondente, serão depois obtidos condensados

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7/31 de pirólise com elevada parcela de alcatrão.

[0018] No processo, de acordo com a invenção, não se trata, portanto, como ocorre no processo de acordo com o documento DE 102 58 485 A1 de um processo, no qual substâncias como veículos energéticos são inicialmente submetidos a uma gaseificação de pirólise e, em seguida, uma gaseificação de camada turbilhonante, sendo o gás de pirólise purificado no canal externo do gaseificador de camada turbilhonante, com o gás de produto circulante do gaseificador, sendo conjuntamente conduzido através da camada turbilhonante, a fim de ser realizada simultaneamente uma purificação de hidrocarbonetos com teor de alcatrão (condensados de pirólise e óleos de pirólise são gaseificados in situ).

[0019] Ao contrário, apenas coque de pirólise será integrado, de acordo com o processo da invenção, a partir do reator de pirólise no gaseificador atmosférico empregado, sendo que o gás de produto e o gás de pirólise nesses dois reatores são inicialmente purificados e resfriados separadamente.

[0020] Após a purificação e o resfriamento, o gás de pirólise e o gás de produto serão misturados para gás de síntese. Em um lavador de gás verifica-se a purificação de alcatrões e outras partículas de poeira. No caso, o gás de síntese quente, com cerca de 300°C será resfriado para até cerca de 40°. Como líquido de lavagem será usado preferencialmente óleo vegetal como óleo de lavagem. Quando o óleo de lavagem estiver saturado, será purificado em uma centrífuga e preferencialmente, porém não exclusivamente, será processado juntamente com o óleo de pirólise, condensado e alcatrão do filtro eletrostático de alcatrão em um homogeneizador. No caso, com um processo físico especial é feito o encurtamento de moléculas de cadeia longa. Isto tem por consequência que o óleo de lavagem é misturado com o óleo de pirólise e/ou com o condensado de pirólise de forma homogênea, poPetição 870180133203, de 24/09/2018, pág. 11/47

8/31 dendo ser empregado como óleo piloto no motor de combustão.

[0021] Depois de o gás de síntese ter sido limpo desta maneira, atravessa adicionalmente um filtro de alcatrão eletrostático, no qual são removidas impurezas ainda remanescentes. Desta forma liberado de alcatrão e de partículas de poeira, o gás de síntese, altamente concentrado, (> 20000Kpa (200 bar)) será conduzido para um motor de combustão, quando o gás concentrado é injetado no compartimento combustor, diretamente através de um injetor separado. O ar de combustão será introduzido no motor através de um canal próprio.

[0022] Como motor de combustão são considerados, no caso, os motores biocombustíveis a dois tempos, de marcha lenta. Somente em um motor biocombustível a dois tempos, especial deste tipo, e não em motores de quatro tempos, comumente empregados, como são conhecidos, por exemplo, do documento DE 198 24 747 A1, torna-se possível, no caso, conduzir a parcela do diesel não apenas com um número percentual reduzido como mero (óleo de ignição), porém com o elevado percentual previsto de óleo de pirólise e de condensado de pirólise, sendo que também aqui podem se apresentar elevadas parcelas de alcatrão.

[0023] Portanto, a parcela de diesel, na qual é formado óleo de ignição, óleo de pirólise, condensado de pirólise, e/ou óleo de alcatrão, pode representar até 100% do combustível alimentado, sendo esta parcela preferencialmente superior a 40%.

[0024] O gás de pirólise e o condensado de pirólise serão - contrários ao estado da técnica - não alimentados para o gaseificador e eliminados, porém serão usados separadamente de forma direta como combustível no motor biocombustível a dois tempos especial previsto.

[0025] Para tanto, torna-se necessário um conjunto especial para o preparo do óleo de ignição, no qual, por um lado, serão unidos o flui

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9/31 do de lavagem carregado, o óleo de pirólise, bem como o gás de pirólise, sendo depois limpos em um separador de impurezas bruta. De outro lado, verifica-se depois, após a adução de alcatrões nos filtros eletrostáticos, a produção de óleo de ignição, ou seja, de condensados de pirólise, com elevada parcela de alcatrão, sendo que este produto pode ser usado em grandes quantidades para operar o motor biocombustível a dois tempos.

[0026] No preparo de óleo de ignição também se apresenta a tarefa de, através de um homogeneizador especial, fragmentado fisicamente as cadeias moleculares longas do óleo de pirólise e dos condensados, ou seja, das moléculas de hidrocarbonetos, realizando a sua mistura homogênea.

[0027] Somente com uma variante processual especial desta natureza, pode também ser empregados combustíveis orgânicos problemáticos, sendo que o óleo de pirólise e o condensado de pirólise preparados servem de óleo de ignição para o motor biocombustível. No preparo de óleo de ignição, verifica-se no caso uma homogeneização por meio de uma geometria de dentes, precisamente definida, das coroas dentadas do homogeneizador, visando o seccionamento das moléculas de hidrocarbonetos de cadeia longa. Além disso, de acordo com a invenção, será usado exclusivamente óleo vegetal para a lavagem. A lavagem, no caso, é simultaneamente um processo de abafamento, no qual a temperatura do gás é resfriada de 300° para 40° através desse líquido de lavagem.

[0028] Preferencialmente, no estágio da gaseificação, podem ser injetados oxigênio técnico ou vapor d'água (H2O). Pela injeção de oxigênio no estágio de gaseificação, a parcela de N2 no gás de síntese é acentuadamente reduzida. O valor calorífico Hu, todavia, aumenta até acima de 8,0 MJ/Nm³ de gás de síntese. Componentes principais são CO, H2, CO2, CH4 e reduzidas quantidades dos gases. Desta maneira,

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10/31 se reduz o volume do gás de síntese produzido, de maneira que os dispositivos sequenciais para o resfriamento, purificação, concentração e armazenagem podem ser dimensionados em escala menor. [0029] Também, de uma forma opcional, podem ser lavados e usados em outras áreas, na operação normal, CO2, H2 e CO, por exemplo, para liquefação. A partir da redução, resultam também vantagens relativamente às dimensões dos componentes a serem realizadas. Assim, estas poderão ser conformadas menores, tendo em vista o volume menor.

Disposições para a realização do processo, de acordo com a invenção estão previstas nas concretizações.

Vantagens da Invenção

a. Nas instalações apenas da gaseificação, para uma operação técnica perfeita, é necessário um combustível definido e inalterado.

b. Instalação de pirólise poderá ser operada de forma variada com combustíveis cambiantes, orgânicos heterogêneos. São produzidos em diferentes parcelas, principalmente gás de pirólise, coque de pirólise, óleo de pirólise, e alcatrão. O coque de pirólise será gaseificado em um gaseificador, em um segundo passo.

c. O emprego de quaisquer biomassas imagináveis, ou seja, resíduos orgânicos processados, como combustível em instalações geradoras de energia eficientes e descentralizadas, a partir de um potencial de 500 kWel, também com desacoplamento de calor.

d. Eliminação de substâncias problemáticas como, por exemplo, resíduos de aves ou similares resíduos amplos com prejuízo para o meio ambiente.

e. Uma solução protetora do meio ambiente para problemas de eliminação e produção de custos de eliminação, porque substâncias residuais são minerais e representam no máximo 2-3% do comPetição 870180133203, de 24/09/2018, pág. 14/47

11/31 bustível empregado.

f. Produção de gás de síntese de alta qualidade composto de pirólise e de gás de produto com valor calorífico de > 10 kJ/Nm³. Especialmente no emprego de oxigênio técnico, ao invés do ar, no estágio da gaseificação, a parcela de N2 é consideravelmente reduzida, Desta maneira, resulta uma diminuição da quantidade de gás de síntese a ser resfriada, purificada, concentrada e opcionalmente armazenada, bem como resulta um aumento do grau de eficácia do sistema.

g. Pela complexa purificação de gás e especialmente evitando turbo carregadores, resfriadores de ar e turbo resfriadores, depósitos de poeira e de condensação de alcatrões no compartimento combustor do motor são quase totalmente evitados.

h. Emprego de óleo de pirólise, condensado e alcatrão como óleo de ignição para o gás de síntese. Portanto, também não há problemas com a eliminação.

Exemplos de Execução [0030] A sequência do processo e os componentes essenciais da instalação são apresentados para um exemplo de execução preferido nas figuras 1, 2 e 3 dos desenhos.

[0031] A figura 1 mostra Secador de combustível (1).

[0032] O combustível fragmentado após a alimentação em um fragmentador para o tamanho de grãos desejado será seco em um secador (1) para o teor d'água necessário para o respectivo combustível. A energia térmica para o processo da secagem será obtida do sistema de refrigeração de baixa temperatura do motor (< 90°C) e demais calor residual sistêmico. O secador poderá apresentar as mais diversificadas fórmulas de construção, porém preferencialmente será empregado um secador de cinta.

[0033] A partir do secador, o combustível, através de um caracol

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12/31 transportador ou esteira transportadora, será transportado para um recipiente de reserva de combustível para o reator de pirólise.

[0034] O processamento do combustível incipiente é, portanto, importante já que a partir daí é influenciada a qualidade do gás e o grau da eficácia de frio e isto de forma extensa.

Reator de Pirólise (2).

[0035] A pirólise se verifica preferencialmente em um reator de pirólise de tubo giratório de dois estágios (2).

[0036] A instalação de pirólise poderá ser operada com combustíveis aleatórios (todos os materiais imagináveis, orgânicos e contendo carbono, por exemplo, resíduos orgânicos) e requer energia térmica externa (processo exotérmico). Em diferentes parcelas são produzidos principalmente coque de pirólise, óleo de pirólise e gás de pirólise.

[0037] No primeiro estágio, a energia térmica será alimentada na forma de calor através do gás de escape do motor. No segundo estágio, preferencialmente, o gás de produto (cerca de 950°C) são empregados da gaseificação de forma direta ou através de trocadores de calor para o aumento adicional da temperatura de pirólise. Também uma calcinação direta ou aplicação de energia térmica na forma de cinzas de leito quente e material de leito do gaseificador, é possível. Para tanto, está previsto um depósito (37) com dispositivo alimentador. Aqui, a temperatura da pirólise situa-se entre 400°C e 650° C. No processo de fragmentação e se inicia, incide sempre um produto em estado sólido (coque de pirólise), líquido (condensado, óleo de pirólise) e gasoso (gás de pirólise) em estado agregado e em diferentes quantidades.

2.1. Coque de Pirólise [0038] O coque de pirólise, o qual principalmente consiste em carbono puro, será preferencialmente transportado do reator de pirólise para um recipiente de reserva (7) para o gaseificador de camada turbilhonante (8). Também é possível outra forma do armazenamento.

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2.2. Óleo de pirólise [0039] O óleo de pirólise será captado e misturado ao óleo de ignição para o motor e/ou será introduzido diretamente no gaseificador (8).

2.3. Gás de pirólise [0040] O gás de pirólise, após uma purificação bruta em um ciclone de gás quente (3), será resfriado para a temperatura necessária em um resfriador de gás (4). Com uma ventoinha de aumento de pressão (5), o gás de pirólise será unido com o gás de produto em uma linha comum. Opcionalmente, poderá ser empregada uma lavagem de gás (5) separada.

Corrente de gás de pirólise de ciclone de gás quente (3) [0041] No ciclone de gás quente serão removidas por eclusagem partículas de poeiras, arrastadas nas correntes de gás, com tamanho de grãos de > 0,1 mm. Desta forma, entre outros aspectos, será reduzido o efeito abrasivo na corrente de gás, sendo evitado o entupimento prematuro dos trocadores de calor.

Resfriador de gás (4) [0042] No trocador de calor, o gás de pirólise será resfriado de cerca de 580°C para cerca de 300°C. A energia térmi ca assim desacoplada será usada para a geração de vapor, o qual, por sua vez, aciona uma turbina a vapor (56) para a recuperação de corrente.

Ventoinha de aumento de pressão (5) [0043] A ventoinha de aumento de pressão serve para compensar a perda de pressão na linha de gás e dos aparelhos. Além disso, o volume do gás de pirólise, na junção com o volume de gás de produto poderá ser regulado mais precisamente.

Gaseificador de reserva de combustível (6) [0044] Neste recipiente será captado o coque de pirólise (PK), descarregado do reator de pirólise, sendo armazenado em caráter intermediário. O PK é homogêneo e é constituído quase de 100% de

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14/31 carbono. Portanto, representa um combustível excepcional para o reator de gaseificação (8).

Material de reserva para material de leito (7) [0045] Neste recipiente será guardado material para a formação de um leito de camada turbilhonante. O material do leito é sequencialmente dolomita ou uma pedra calcária simular. Pela alteração da composição do material do leito, em caso de necessidade, serão alcançados os efeitos catalíticos no processo gaseificador.

Gaseificador atmosférico (8) [0046] Para a gaseificação é aqui empregado um gaseificador atmosférico, preferencialmente um gaseificador de camada turbilhonante estacionário com alimentação de ar escalonada, o qual, em virtude da intensa mistura, oferece ótimas condições para as esperadas reações de gás / substância sólida. A gaseificação se realiza em processo autotérmica com ar a uma temperatura mínima de 400°C, para cuja consecução e manutenção, uma parcela do combustível empregado para a gaseificação é queimada, ou seja, parcialmente queimada. O ar necessário para a fluidificação e gaseificação será introduzido por meio de bocais, uniformemente distribuído no fundo primário inferior, e no fundo secundário superior do gaseificador, com o auxílio de uma ventoinha de ar alimentado, sendo assim introduzido no interior do compartimento de gaseificação. Aqui é opcional o emprego de oxigênio puro, produzido em um gerador de oxigênio (50), ao invés de ar. A área transversal e a altura do compartimento gaseificador são escolhidas de tal maneira que são alcançados tempos de contato e de permanência suficientes do gás do produto de cerca de 5 segundos ou uma velocidade de tubo vazio de < 1,5 m/s, antes de o produto de gás abandonar o compartimento de gaseificação com mais de 1000°C, na parte superior. Em um resfriador a gás (13) sequencial, o gás de produto será resfriado em cerca de 250°C. O calor desa coplado será sele

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15/31 tivamente aproveitado para o pré-aquecimento do ar fresco a ser empregado, opcionalmente oxigênio do gerador de oxigênio (50) para a geração de vapor para uma geração de corrente secundária, através de uma turbina a vapor, como calor de processo ou para o aquecimento de água para fins de aquecimento.

[0047] Para o controle da temperatura de gaseificação e para a homogeneização do gás de produto, será reciclada uma quantidade parcial I regulada do gás de produto escoado após o desempoeiramento (12, 13) e resfriamento no trocador de calor perdido (10), ou seja, em um pré-aquecedor para o gás de produto a ser reciclado no gaseificador (8), sendo a reciclagem feita com o auxílio de uma ventoinha cíclica (14), juntamente com o ar fresco pré-aquecido e reciclado no compartimento de gaseificação. A parcela restante II do gás será removida por eclusagem para aproveitamento no motor de gás-diesel, conformado como motor bicombustível a dois tempos (30).

[0048] A operação do gaseificador verifica-se amplamente isento de interferências resultantes do combustível heterogêneo, porque aqui geralmente é empregado coque de pirólise como combustível.

Ciclone de gás quente (9) - para corrente de gás de produto [0049] Após a caldeira de calor perdido, o gás de síntese será desempoeirado em um separador de ciclone de gás quente. No caso, partículas de poeira arrastadas na corrente de gás, com tamanhos de grãos de > 0,1 mm serão removidos por eclusagem. Desta forma, entre outros aspectos, será reduzido o efeito abrasivo na corrente de gás, sendo evitado o entupimento prematuro dos trocadores de calor. Pré-aquecedor (10) para a quantidade parcial de gás de produto a ser reciclada [0050] Uma parcela do gás de produto será reciclada, isto é, será reciclada para o gaseificador (8), a fim de manter o processo térmico. No pré-aquecedor verifica-se um aumento da temperatura da quanti

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16/31 dade parcial do gás de produto em fase de reciclagem para o gaseificador, bem como verifica-se um resfriamento na corrente de gás principal.

Pré-aquecedor de ar (11) [0051] Aqui será usado o elevado calor na corrente de gás de produto para aumentar a temperatura do volume de ar necessário para a gaseificação e aumentar, neste processo, a eficiência no gaseificador. Filtro de mangueira (12) [0052] Este filtro é resistente a elevadas temperaturas e serve para a separação de partículas de poeira finas remanescentes na corrente de gás de produto. A poeira fina separada será coletada e eliminada em container fechado (cinzas voláteis).

Resfriador de gás (13) [0053] Neste resfriador de gás, a temperatura de gás de produto será reduzida para cerca de 300°C. Nesta temperatura, as partículas de alcatrão contidas no gás ainda não foram removidas pela condensação.

Ventoinha cíclica (14) [0054] Para preservar o processo térmico, uma parcela do gás de produto gerada será ramificada no gaseificador do volume de gás principal, sendo reciclada para o gaseificador. A reciclagem verifica-se através desta ventoinha.

Ventoinha de aumento de pressão do gás de produto (15) [0055] A ventoinha de aumento de pressão serve para compensar a perda de pressão na linha de gás e nos aparelhos. Além disso, o volume de gás de pirólise na junção, com o volume de gás de produto, poderá ser regulado mais exatamente.

Lavador de gás de síntese (16) [0056] O gás de produto a ser limpo e o gás de pirólise serão conduzidos através de uma linha coletora para o lavador de gás de síntePetição 870180133203, de 24/09/2018, pág. 20/47

17/31 se (16), desde que um lavador de gás (51) adicional para o gás de pirólise esteja desligado. O lavador de gás de síntese consiste em um lavador de gás a jato com um recipiente de distensão sequencial e um separador de gotas. A lavagem verifica-se através de um ciclo de líquido de lavagem. No lavador de gás a jato é gerada uma subpressão de cerca de 5 mbar. Caso esta subpressão for suficiente para a aspiração, poderá ser dispensado um ventilador.

[0057] No coletor da coluna é alimentado óleo vegetal, com o qual é realizada a purificação do gás de processo, através do ciclo de lavagem. De modo correspondente da concentração de poeiras que se apresenta, o ciclo de lavagem será carregado e através da bamba de deslocamento será automaticamente purgado e o coletor da coluna será novamente cheio. O processo também poderá ser realizado em forma contínua. Para a eliminação de calor será instalado um resfriador no ciclo de água que é operado com água de resfriamento a 25°C.

[0058] O gás de processo purificado abandona o lavador de gás de síntese com uma temperatura de cerca de 40°C que corresponde ao ponto de orvalho nessas condições. O calor eliminado pelo resfriamento da temperatura de 300°C para 40°C será removi do por eclusagem em um trocador de calor, sendo empregado como calor de processo para o aquecimento de condensado, etc.

[0059] A instalação possui um gabinete de comando pelo qual é assegurada a operação automática. A operação completa será fornecida como um grupo construído e depois do acoplamento nos potenciais na obra, poderá ser imediatamente operacionalizada.

Tanque de óleo fresco (17) [0060] Este tanque serve para a armazenagem do óleo de lavagem fresco. A partir deste tanque, a quantidade de óleo carregado, retirada do tanque de fluido de lavagem (18), será cheio com óleo de lavagem fresco.

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Tanque de fluido de lavagem (18) [0061] Aqui será coletado e armazenado o fluido de lavagem carregado que foi eclusado do lavador de gás. A partir deste tanque, será retirado o fluido necessário para a lavagem de gás no lavador de gás (16), ou seja, (51), bem como a quantidade necessária para o óleo de ignição.

Preparo do óleo de ignição (19) [0062] Aqui, o fluido de lavagem carregado, o óleo de pirólise, bem como o condensado de pirólise são unidos e purificados inicialmente em um separador com a remoção de impurezas mais grossas. Após a adição de alcatrão do filtro eletrostático (21), em um homogeneizador serão fisicamente fragmentadas e homogeneamente misturadas as cadeias moleculares longas. Com este processo também se torna possível empregar combustíveis problemáticos. O óleo assim preparado do fluido de lavagem, óleo de pirólise e condensado servem como óleo de ignição para o motor biocombustível.

Tanque de armazenagem para óleo de ignição (20) [0063] Neste tanque será armazenado o óleo já preparado como óleo para ignição.

Filtro eletrostático de alcatrão (21) [0064] O filtro eletrostático de alcatrão consiste em um campo de filtração, verticalmente atravessado, de seção transversal arredondada. Para poder assegurar um fluxo de gás uniforme e, portanto, uma capacidade de separação otimizada, o gás bruto, antes de alcançar o campo de filtração, será conduzido através de uma distribuição de gás. [0065] O campo de filtração consiste em eletrodos de precipitação, conformados em colmeias, entre as quais estão integrados os eletrodos de emissão. Os eletrodos em tiras de arestas agudas garantem a mais alta possível tensão de filtração com descarga coronária otimizada. Praticamente, não se verifica um desgaste dos eletrodos.

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19/31 [0066] O sistema espargidor elétrico é sustentado pelos isoladores de suporte. As faces do isolados - para evitar sobrecargas, especialmente nos períodos de partida e de paralisação - são permanentemente mantidos secos. por um acompanhamento elétrico colateral.

[0067] Entre os eletrodos de emissão e de precipitação está aplicada uma tensão contínua elevada. Pelo campo elétrico em formação e os elétrons que neste processo abandonam as arestas pontiagudas dos eletrodos de emissão, as partículas a serem separadas são ionizadas e atraídas pelos eletrodos de precipitação. Aqui, liberam sua carga e se depositam nos eletrodos.

[0068] A purificação do sistema de filtração verifica-se através de uma limpeza com vapor quente, que deve ser periodicamente repetida. Estão previstos nos filtros flanges acopladores. A purificação terá de ser programada pelo operador, de acordo com o grau de formação de impurezas.

[0069] A mistura de condensado (alcatrão) eliminado do gás bruto que goteja dos eletrodos de precipitação acumula-se na região inferior do filtro e através de um fecho submerso será conduzido para um recipiente coletor já previsto.

Compressor de gás de síntese (22) [0070] No caso de um motor biocombustível a dois tempos, o gás de síntese terá de ser injetado no compartimento combustor com uma pressão de cerca de 20000Kpa (200 bar). Neste compressor podem ser formadas pressões de até 250 bar.

Percurso regulador do gás de síntese (23) [0071] Aqui serão controlados e, em caso de necessidade, regulados parâmetros dos gases de síntese otimizados para o motor como, por exemplo, temperatura e pressão.

Injeção separada de gás de síntese (24) [0072] A injeção de gás de síntese separada com pressão acima

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20/31 de 20000Kpa (200 bar) apresenta grande vantagem de que antes da introdução no compartimento do motor não pode surgir qualquer formação de condensado. Isto geralmente acontece com uma mistura de ar e gás, diante do turbo carregador. Aqui se verifica então regularmente a formação de camadas de alcatrão e adicionalmente o entupimento do resfriador do ar de admissão. Isto é evitado pela introdução direta do gás no cilindro, verificando-se adicionalmente melhor regulagem da mistura de gás.

Injeção de óleo de ignição (25) [0073] Aqui, o óleo preparado, a partir do tanque de reserva (20) será separadamente injetado no cilindro como óleo de ignição.

Fendas de admissão de ar (26) [0074] Aqui será introduzido com ligeira sobrepressão o ar aspirado pelo turbo carregador.

Válvula de escape (27)

Turbo carregador (28)

Resfriador de ar de admissão (29)

Motor biocombustível a dois tempos (30) [0075] O motor biocombustível (Dual-Fuel-Engine), também denominado motor diesel-gás, em forma termodinâmica está baseado no princípio do processo diesel. Ele une as vantagens da técnica de motores diesel com a técnica de motores Otto a gás. Assim, além da injeção de diesel, os motores biocombustíveis também possuem sempre, em caráter adicional, um percurso regulador de gás como ocorre no motor Otto de gás e, portanto, podem seletivamente ser operados com dois combustíveis.

[0076] A injeção de óleo de ignição é necessária porque o motor biocombustível não possui velas de ignição. Dependendo do motor e do modo de operação, comumente é necessário um emprego de óleo de ignição de 8% até 20% para que a parcela de gás seja acesa com

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21/31 segurança.

[0077] Seletivamente, o motor biocombustível poderá ser operado com diferentes parcelas de diesel/gás (20%:80%:100%: 0%). O bom comportamento de carga parcial e o elevado grau de eficácia el. do motor diesel são preservados de modo inalterado.

[0078] No caso de um motor biocombustível a quatro tempos, a energia de trabalho - como ocorre com o motor Otto - será injetado no cilindro em forma de uma mistura de gás-ar, através do sistema de aspiração, sendo injetada em forma de diesel, apenas a energia necessária para a ignição da mistura de combustível.

[0079] No caso de um motor biocombustível a dois tempos, apenas o ar é pressionado dentro do compartimento combustor do cilindro, através do turbo carregador. O gás e o óleo de ignição serão integrados no compartimento combustor, através de bocais injetores separados e em regime de elevada pressão. Isso oferece a vantagem de que partículas de alcatrões resistentes nos gases de síntese não se possam condensar em tubulações ou aparelhagens, antes da introdução no compartimento combustor. Normalmente, motores a dois tempos possuem graus de eficácia elétrica mais altos do que motores a quatro tempos.

[0080] Um motor biocombustível apresenta a outra vantagem de que são expelidas consideravelmente menos partículas do que no caso de um diesel. Também é muito bom o equilíbrio de substâncias nocivas, relativas a CO2 e outros componentes de gás de escape.

[0081] Instalações de motores biocombustíveis BHKW como as instalações de motores diesel BHKW são admitidos sem restrições para o abastecimento de corrente emergencial, por exemplo, em hospitais, hotéis, aeronaves, lojas de comércio e instalações de borrifadores.

SCR - e Oxi-Kat (31)

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22/31 [0082] Como no motor se trata de um motor biocombustível com cerca de 8% de parcela de óleo de ignição, para a preservação dos valores de umbral de nitrogênio, de acordo com o ar-TA, terá de ser empregado um catalisador SCR.

Filtro eletrostático (32) para o gás de escape do motor [0083] O filtro E serve em primeiro plano como filtro de poeira para o gás de escape, a fim de reduzir as emissões de partículas, abaixo dos valores do ar-TA.

Amortecedor de ruídos de gás de escape (33)

Trocador de calor do gás de escape (34)

Chaminé (35)

Integração (36) do óleo de pirólise e do condensado no preparo do óleo de ignição (19).

Reservatórios (37) com dispositivo introdutor para cinza de leito e material de leito do gaseificador

Dispositivos Opcionais

Gerador de oxigênio (opcional) (50)

Lavador de gás para gás de pirólise (opcional) (51) [0084] O gás de pirólise será purificado neste lavador de gás de hidrocarbonetos de cadeia longa em forma, por exemplo, de alcatrões, pela condensação para gás de síntese. O meio de lavagem será seletivamente água, biodiesel, óleo vegetal ou um outro fluido de origem biogênica. No emprego de óleo vegetal ou de óleo diesel como liquido de lavagem, o fluido carregado será misturado juntamente com o óleo incidente, alcatrão ou condensado, será misturado com o óleo de ignição para o motor.

Lavador-CO2 (opcional) (52) [0085] Opcionalmente, o CO2 contido no gás de síntese poderá ser removido por lavagem, sendo empregado diretamente, em forma líquida ou gasosa, como ácido carbônico, como gelo seco ou em estufas,

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23/31 onde pode ser empregado como veículo promotor de crescimento. [0086] A eclusagem de dióxido de carbono do gás de síntese apresenta a vantagem de que pela redução do volume de gás de síntese, pela parcela de monóxido de carbono e de hidrogênio, o emprego de energia para a compressão do gás é reduzido para acima de 20000Kpa (200 bar). Além disso, o gás alimentado no motor - devido à mais alta parcela de metano - apresenta um valor calorífico mais alto e, portanto, queima de maneira mais eficiente.

Compressor de gás de síntese (opcional) (53) Reservatório de gás (opcional) (54) Reator de síntese (opcional) (55)

Processo de Fischer-Tropsch [0087] A síntese de hidrocarbonetos descoberta e patenteada pelo Professor Franz Fischer e Dr. Hans Tropsch a mais de 80 anos, é uma sequência reacional de dois estágios, com a qual combustíveis sólidos como a biomassa, coque ou outras substâncias orgânicas podem ser transformados em combustíveis líquidos, como combustível diesel e benzina. No caso, com o auxílio de catalisadores metálicos são produzidos hidrocarbonetos líquidos das parcelas de monóxidos de carbono e de hidrogênio de um gás de síntese. Os hidrocarbonetos sintetizados neste processo consistem principalmente de alcanos líquidos, também chamados de óleo de parafina. Como produtos colaterais incidem também olefinas, álcoois e parafinas sólidas.

[0088] O gás de síntese necessário pode ser gerado pela pirólise a 600°C e mais alto ou pela gaseificação com vapor d' água e/ou oxigênios a temperaturas acima de 900°C a partir de biom assa, coque e outras substâncias orgânicas contendo carbono.

[0089] A eclusagem de hidrogênio e de carbono, no sistema apresentado, apresenta a vantagem adicional de que pela redução do volume de gás de síntese pela parcela de monóxido de carbono e do hi

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24/31 drogênio, o volume energético para a compressão do gás é reduzido acima de 20000Kpa (200 bar). Além disso, o gás de síntese é alimentado ao motor biocombustível - devido a maior parcela de metano apresenta um valor calorífico mais elevado e, portanto, queima em forma mais eficiente.

Turbina a vapor (56) [0090] A figura 4 apresenta outro exemplo de execução.

[0091] A alimentação da energia térmica para a decomposição dos combustíveis orgânicos verifica-se ali no reator de pirólise, não pelo calor de um gás de produto quente do gaseificador ou pelo gás de escape do motor de combustão, porém pela calcinação de uma parcela de gás de pirólise, reciclada e gerada no reator de pirólise. A reciclagem no reator de pirólise verifica-se através de uma linha (59) que se estende desde o lavador de gás (51) sobre um percurso regulador (60) até um reator de pirólise (2), envolvendo o percurso regulador (61) com a parcela do gás de pirólise a ser unida com o gás de produto. A junção do gás de produto e da parcela a ser integrada do gás de pirólise, mediante formação de gases de síntese, verifica-se no ponto (62). A junção de acordo com a figura 1 no ponto (63), portanto, não é realizada. Com a alteração da alimentação de calor no reator de pirólise e com o emprego dos dispositivos habituais, o processo para a produção de gás de pirólise com elevado teor de alcatrão, de gás de síntese purificado e de condensado de pirólise carregado com alcatrão (parcela > 40%) com elevada parcela de alcatrão para operar um motor biocombustível de dois contatos para a geração descentralizada de corrente de calor é constituída neste sentido dos seguintes passos:

a. Fragmentação de matérias-primas e substâncias residuais contendo material orgânico ou orgânico para o tamanho de grãos e secagem desejados para o teor de água necessário para este combustível,

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b. Alimentação do combustível orgânico assim preparado em um reator de pirólise.

c. Alimentação de energia térmica para a realização de uma decomposição endotérmica do combustível orgânico, a uma temperatura de pirólise entre 400°C e 650°C, mediante gera ção de gás de pirólise e coque de pirólise,

d. Resfriamento do gás de pirólise para cerca de 300°C e subsequente lavagem em um lavador de gás (51) com resfriamento para menos de 60°C, com condensação dos alcatrões d o gás de pirólise, com condensado de pirólise purificado e/ou óleo vegetal,

e. Calcinação de uma parte do gás de pirólise para gerar a energia térmica necessária para a pirólise,

f. Transporte do coque de pirólise para o recipiente de reserva de um gaseificador ou diretamente no gaseificador e coleta dos condensados para gerar óleo de ignição para o motor de combustão,

g. Gaseificação autotérmica integral ou parcial do coque de pirólise, mediante alimentação de ar e/ou oxigênio técnico e/ou vapor d'água para a formação de um gás de produto a temperaturas de cerca de 850°C - 1000°C, mediante alimentação de calor de um gás de produto a ser reciclado de uma corrente parcial para o aquecimento do gaseificador,

h. Purificação e resfriamento do gás de produto para cerca de 300°C,

i. Reciclagem de uma corrente parcial do gás de produto para o aquecimento do gaseificador, mediante aquecimento em um pré-aquecedor na corrente principal do gás de produto quente,

j. Purificação do produto de gás com remoção de partículas de alcatrão e de poeira adicionais em um lavador de gás (16) com um óleo de lavagem, bem como resfriamento do gás de síntese para uma temperatura de cerca de 40°C,

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k. Para a lavagem do gás de pirólise e do gás de síntese a ser produzido, como líquido de lavagem no lavador de gás (51), é usado um óleo vegetal, o qual, após a saturação, é purificado em uma centrífuga,

l. Junção do gás de pirólise que ainda possui um valor calorífico de > 15 MJ/Nm² com o gás de produto de teor calórico baixo (valor de aquecimento igual <10 MJ/Nm²), mediante geração do gás de síntese,

m. Subsequente limpeza do gás de síntese previsto para operar o motor de combustão, em um filtro eletrostático de alcatrão, abrangendo quase a totalidade das partículas de alcatrão e de poeira, de acordo com as exigências do motor,

n. Concentração do gás de síntese purificado em um compressor de gás de síntese para > 20000Kpa (200 bar) para a injeção direta de gás síntese do motor de combustão,

o. Carregamento do óleo de lavagem, juntamente com o condensado de pirólise e com o alcatrão, a partir do filtro eletrostático em um separador, ou seja, uma centrífuga e um homogeneizador com geometria de dentes bem calculada, no qual se verifica um encurtamento biogênico com geometria de dentes precisamente calculada, no qual se verifica um encurtamento mecânico das moléculas de cadeias longas, e sendo que também o óleo de lavagem processado como óleo de ignição será injetado no motor de combustão,

p. Injeção tanto do gás de síntese intensamente concentrado, como também do óleo de ignição, através de injetores separados no compartimento combustor e introdução do ar de combustão, separadamente desses combustíveis, também através de um canal específico no cilindro.

[0092] A energia térmica necessária, alimentada indiretamente através da combustão do gás de pirólise e da forma de calor, no caso

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27/31 é tão elevada que a pirólise é realizada a uma temperatura entre 400°C e 450°C. A gaseificação do coque de pirólise fica-se, no caso, em um gaseificador atmosférico. Neste processo, o gás de escape poderá ser eclusado também do reator de pirólise através de um trocador de calor (57), o qual está acoplado em uma chaminé (58).

[0093] Um dispositivo empregado consiste, portanto, em

a. Um secador de combustível (1) e de um reservatório com recipiente reservatório de combustível,

b. Uma produção de gás de combustão em dois estágios, na qual o primeiro estágio é um reator de pirólise (2) para a formação de um gás de pirólise, bem como coque de pirólise, e o segundo estágio é um gaseificador (8) para coque de pirólise do reator de pirólise, destinado à formação de um gás de produto (2). Como tipo de um gaseificador é empregado um gaseificador estacionário atmosférico ou um gaseificador de tubo giratório. Tanto a pirólise como também os gaseificadores podem ser operados em separado e reciprocamente independentes.

[0094] Consistindo também em:

c. Um separador de ciclone de gás quente (3,9), instalado nas correntes de pirólise de gás de produto e um filtro tubular (12) na corrente de gás de produto;

d. Trocadores de calor, ou seja, resfriadores de gás (4,13), instalados nas respectivas correntes de pirólise e de gás de produto, que resfriam o gás de pirólise e o gás de produto para cerca de 300°C;

e. De um lavador de gás (16,51), instalado na corrente de gás de pirólise e do gás de produto;

f. De um filtro eletrostático de alcatrão (21), instalado na seção de gás de síntese, após a purificação das linhas das correntes de pirólise e de gás de produto;

g. Um conjunto pelo qual o gás de síntese pode ser purifiPetição 870180133203, de 24/09/2018, pág. 31/47

28/31 cado em processo mecânico e/ou biológico, e/ou físico e/ou químico;

h. Um concentrador de gás, ou seja, um compressor de gás de síntese (28), com o qual o gás de síntese pode ser comprimido para> 20000Kpa (200 bar);

i. Um conjunto para o preparo de óleo de ignição (19), consistindo de uma centrífuga, ou seja, de um separador e de um homogeneizador, no qual óleo carregado e/ou condensado, a partir do reator de pirólise (2), e/ou alcatrão do filtro eletrostático (21) pode ser processado para ser usado como óleo de ignição;

j. Um motor biocombustível a dois tempos (30) como motor de combustão, qua através de injetores separados (24, 25, 26) para o gás de síntese altamente concentrado, que dispõe o óleo de ignição formado do óleo de lavagem e/ou do óleo de pirólise, e/ou do condensado de pirólise, e/ou do óleo de alcatrão, bem como disponível para o ar de combustão, sendo que o gás de síntese altamente concentrado pode ser injetado no motor e o combustível (30) pelo injetor (24) separado.

[0095] Vantajosamente, este dispositivo é combinado com uma alimentação da energia térmica em um reator de pirólise, de acordo com a figura 1, por exemplo, a alimentação de gás de escape de motores e/ou um trocador de calor para a introdução de energia térmica.

	Quantidades de Gás de pirólise	Gás de produto da gaseificação com ar	Mistura de gás de síntese de gás de pirólise e de gás de produto
LHV [kJ/Mm³]	15,691	5,230	8,717
LHV [kW/Nm³)	4,36	1,45	2,42
	[% em vol. %]	[% em volume]	[% em volume]
Dióxido de carbono (CO2)	37,50	10,00	19,17

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	Quantidades de Gás de pirólise	Gás de produto da gaseificação com ar	Mistura de gás de síntese de gás de pirólise e de gás de produto
Monóxido de carbono (CO)	27,50	27,02	27,18
Metano (CH4)	12,00	2,02	5,35
Hidrogênio (N2)	12,50	7,77	9,35
Oxigênio (O2)		0,37	0,37
Nitrogênio (N2)	2,00	47,71	32,47
Dióxido de enxofre (SO2)		0,01	0,01
Ácido clorídrico (HCl)		0,00	0,00
Água (H2O)	2,75	5.10	4,32
Eteno (C2H4)	1,00		1,00
Etano (C2H6)	1,00		1,00
Propano (C3H8)			0,00
Butano (C4H10)			0,00
2,2dimetilpropano 20.0 (C5H12)			0,00
Benzol (C6H6)			0,00
2,2dimetilbutano (C6H14)			0,00
CxHy	5,50

LISTAGEM DE REFERÊNCIA

1. Secador de combustível

2. Reator de pirólise

3. Ciclone de gás quente

4. Resfriador de gás

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5. Lavagem de gás

6; Gaseificador de reserva para combustível

7. Material de reserva para material de leito do gaseificador

8. Gaseificador atmosférico (preferivelmente gaseificador de camada turbilhonante

9. Ciclone de gás quente (corrente de gás de produto)

10. Pré-aquecedor para a quantidade parcial de gás de produto no gaseificador a ser reciclada (resfriamento no trocador de calor)

11. Pré-aquecedor de ar

12. Filtro de mangueira

13. Resfriador de gás

14. Ventoinha cíclica de um gás de produto a ser reciclado no gaseificador

15. Ventoinha de aumento de pressão do gás de produto

16. Lavador de gás de síntese

17. Tanque de óleo fresco

18. Tanque de fluido de lavagem

19. Preparo do óleo de ignição (centrífuga com homogeneizador)

20. Tanque de armazenagem para óleo de ignição

21. Filtro eletrostático de alcatrão

22. Compressor de gás de síntese

23. Percurso regulador de gás de síntese

24. Injetor para separação de gás de síntese

25. Injetor para injeção de óleo de ignição

26. Injeção para admissão de ar

27. Válvula de escape

28. Turbo carregador

29. Resfriador de ar de admissão

30. Motor biocombustível

31. SCR- e Oxi-Kat

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32. Filtro eletrostático para o gás de escape do motor

33. Amortecedor de ruídos de gás de escape

34. Trocador de calor de gás de escape

35. Chaminé

36. Integração no preparo do óleo de ignição (19)

37. Reservatórios com óleo de pirólise e do condensado no preparo do óleo de ignição

50. Gerador de oxigênio

51. Lavador de gás para gás de pirólise

52. Lavador-CO2

53. Compressor de gás de síntese

54. Reservatório de gás

55. Reator de síntese

56. Turbina a vapor

57. Trocador de calor para gás de escape ejetado

58. Chaminé

59. Linha para gás de pirólise a ser reciclado

60. Percurso regulador para reciclagem parcial do gás de pirólise

61. Percurso regulador com a parcela do gás de pirólise a ser unida com o gás de produto

62. Ponto de junção do gás de produto e de pirólise mediante formação de gás de síntese (alternativa) (Figura 4)

63. Ponto de junção do gás de produto e de pirólise mediante formação de gás de síntese (Figura 1)

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Claims

1. Processo para produção de gás de síntese com a produção de gases de pirólise e de produto, com parcela de alcatrão, bem como condensado de pirólise com elevada parcela de alcatrão para operar um motor bicombustível de dois tempos que serve para a produção descentralizada de corrente e de calor, caracterizado pelo fato de que apresenta os seguintes passos:

a. fragmentação de substâncias brutas e residuais, contendo material orgânico, para o tamanho de grãos desejado e secagem para o teor de água necessário deste combustível,

c. produção e alimentação de energia térmica para realização de uma decomposição endotérmica do combustível orgânico com uma temperatura de pirólise entre 400°C e 650°C, me diante produção de gás de pirólise e de coque de pirólise,

d. limpeza e resfriamento do gás de pirólise para 300°C e subsequente lavagem de gás com um produto de lavagem na forma de biodiesel e/ou óleo vegetal com resfriamento para menos de 60°C mediante uma condensação do alcatrão do gás de pirólise, com condensado de pirólise e/ou com biodiesel ou óleo vegetal,

e. transporte do coque de pirólise para um recipiente de reserva de um gaseificador ou diretamente no gaseificador e coleta do condensado de pirólise para geração de óleo de ignição para o motor de combustível de dois tempos, representando um motor de combustão de gás-diesel,

f. gaseificação autotérmica integral ou parcial do coque de pirólise mediante alimentação de ar e/ou de oxigênio técnico e/ou vapor d'água para formação de um gás de produto a temperaturas de 1.000°C e mediante integração de calor a partir de uma corrente parci

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2/7 al de gás de produto a ser reciclado, destinado para o aquecimento do gaseificador,

g. purificação e resfriamento do gás de produto para 300°C,

h. reciclagem da corrente parcial do gás de produto para o aquecimento do gaseificador de acordo com o passo f), mediante aquecimento em um pré-aquecedor na corrente principal do gás de produto quente,

i. purificação adicional do gás de produto ou do gás de síntese formado após a junção do gás de produto e do gás de pirólise, removendo-se partículas de alcatrão e de poeira, em um lavador de gás com óleo de lavagem, bem como um resfriamento para uma temperatura de 40°C mediante a formação de um condensado de pirólise, com teor de alcatrão,

j. junção do gás de pirólise que ainda possui um valor calorífico de > 15 MJ/Nm³ com o gás de produto (valor calorífico < 10 MJ/Nm3) apenas purificado de baixo teor calórico, inicialmente de acordo com o passo i) para a forma de um gás de síntese,

k. purificação subsequente do gás de síntese, previsto para operar o motor de combustão, em um filtro eletrostático de alcatrão, removendo quase totalmente todas as partículas de alcatrão e de poeira, de acordo com as exigências do motor,

l. compressão do gás de síntese purificado em um compressor de gás de síntese para > 20000Kpa (200 bar) para a injeção direta de gás de síntese no motor de combustão,

m. processamento do gás de óleo carregado juntamente com o condensado de pirólise no alcatrão a partir do filtro eletrostático de alcatrão mediante mistura homogênea e redução mecânica das moléculas de hidrocarboneto de cadeia longa, sendo que esta mistura líquida é injetada no motor de combustão interna como óleo de ignição,

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n. injeção tanto do gás de síntese intensamente concentrado como também do óleo de ignição, através de injetores separados, no interior do compartimento combustor do motor de combustão e introdução do ar de combustão separadamente desses combustíveis, igualmente através de um canal próprio, para o interior da câmara de combustão.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é alimentado ao reator de pirólise a energia térmica necessária em forma de calor, necessária para a pirólise do combustível orgânico processado, em um primeiro estágio (< 300Ό 450Ό) pela qual é alimentado o gás de escape para o motor de combustão e, em um segundo estágio, através de trocadores do calor para o gás de produto quente a partir do gaseificador, por combustão direta e/ou por introdução de energia térmica, com suporte ou isoladamente, através da integração direta das cinzas do leito e do material do leito quente descarregados do gaseificador.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma gaseificação do coque de pirólise verificase em um gaseificador atmosférico.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese comprimido para > 20 000Kpa (200 bar) é injetado no compartimento combustor do motor de combustão através de um injetor separado, sendo que o ar de combustão alcança o compartimento combustor através de um canal próprio.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o processamento do óleo de lavagem se verifica juntamente com o alcatrão a partir do filtro eletrostático e do condensado de pirólise em um conjunto de preparo de óleo de ignição, constituído de uma centrífuga e de um homogeneizador.

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6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que para a lavagem do gás de pirólise e/ou do gás de produto ou do gás de síntese formado após a junção, é usado para a referida lavagem um óleo vegetal, o qual será limpo em um conjunto para preparo de óleo de ignição, após a saturação.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para a purificação e resfriamento do gás de pirólise, serve condensado de pirólise purificado e reciclado, sendo que simultaneamente verifica-se uma sufocação do gás de pirólise.

8. Processo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a lavagem do gás é realizada exclusivamente com um óleo de lavagem na forma de um óleo vegetal.

9. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o coque de pirólise é gaseificado em um gaseificador atmosférico.

10. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese comprimido para > 20000Kpa (200 bar) é injetado em uma câmara de combustão do motor de combustão interna por meio de um injetor separado, sendo que o ar de combustão entra na câmara de combustão por seu próprio canal.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que o óleo de lavagem é processado junto com o alcatrão do filtro eletrostático e o condensado da pirólise em uma preparação de óleo de ignição de uma centrífuga e um homogeneizador.

12. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um óleo vegetal é usado para a lavagem de gás do gás de pirólise e/ou do gás de produto ou gás de síntese formado após

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5/7 a agregação, o dito óleo vegetal é purificado após a saturação em uma preparação de óleo de ignição.

13. Dispositivo para realização do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que é constituído de:

a. um secador de combustível (1) com um depósito com um recipiente de alimentador de combustível;

b. um dispositivo para a geração de um bicombustível para um gás de síntese e para a produção de um óleo de ignição destinado à combustão no motor de combustível de dois tempos, na qual o primeiro estágio é um reator de pirólise (2) para formação de um gás de pirólise a partir de coque de pirólise, e o segundo estágio é um gaseificador (8) atmosférico estacionário para o coque de pirólise a partir do reator de pirólise (2) para a formação de um gás produzido, sendo que esta produção de gás de combustão é comutada em dois estágios e o primeiro estágio verifica-se no reator de pirólise (2) o segundo estágio no gaseificador (8) estacionário atmosférico, bem como o reator de pirólise (2) possui um trocador de calor para o gás produzido, de maneira que a energia térmica necessária para o processo da pirólise, pode ser recuperada do teor de energia do gás de produto gerado no gaseificador (8), ou é aplicado um dispositivo alimentador das cinzas de leito e do material do leito quente, acumulados em um depósito (37), a partir do gaseificador (8) para o reator de pirólise (2), de maneira que energia térmica necessária para a pirólise pode ser alimentada através desta unidade.

consistindo também em:

c. um separador de ciclone de gás quente (3,9) instalado nas correntes de gás de pirólise e de gás de produção, bem como um filtro tubular (12) na corrente de gás produzido;

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d. trocadores de calor (4,13) instalados nas respectivas correntes de gás de pirólise e de gás produzido, para o respectivo resfriamento do gás de pirólise e do gás produzido para 300°C;

e. com um lavador de gás (16,51) instalado na corrente de gás de pirólise e do gás produzido, ou seja, uma corrente do gás de síntese;

f. um filtro eletrostático de alcatrão (21), instalado na sessão do gás de síntese após a unificação das linhas das correntes de gás de pirólise e do gás produzido;

g. um conjunto, através do qual o gás de síntese pode ser purificado de mecanicamente e/ou biologicamente e/ou fisicamente e/ou quimicamente;

h. um compressor de gás de síntese (22), com o qual o gás de síntese pode ser comprimido para > 20000 Kpa (200 bar);

i. um conjunto para o preparo de óleo de ignição (19), dentro do qual óleo de lavagem carregado e/ou condensado de pirólise do reator de pirólise (2) e/ou alcatrão do filtro eletrostático de alcatrão (21) podem ser processados para uso como óleo de ignição;

j. um motor bicombustível de dois tempos (30) como motor de combustão, que dispõe de injetores separados (24,25,26) para o gás de síntese intensamente concentrado, para o óleo de ignição formado de óleo de lavagem e/ou de óleos de pirólise, ou seja, condensados de pirólise e/ou creosoto, bem como para o ar de combustão, sendo que o gás de síntese intensamente concentrado pode ser injetado no motor de combustível de dois tempos (30) através do injetor (24) separado.

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma instalação de produção de oxigênio (50) pode ser operada em paralelo para com o gaseificador (8) e este está provido de bocais correspondentes para prover a injeção de oxigênio

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7/7 técnico e/ou vapor d'água como meio de gaseificação.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que um lavador CO2 52 está instalado na corrente do gás de síntese para remover a maior extensão por meio de lavagem o teor de CO(2) contido no gás de síntese.

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que está instalado um reator de gás de síntese (55) para remover por eclusagem a parcela de H2 e de CO no gás de síntese, na relação necessária, e fazer a liquefação eventualmente de acordo com o processo de Fischer-Tropsch.

17. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 13 a 16, caracterizado pelo fato de que o conjunto para o preparo do óleo de ignição (19) é constituído de uma centrífuga e de um homogeneizador com coroas dentadas para o corte de moléculas de hidrocarbonetos de cadeia longa de acordo com a geometria dos dentes da coroa, bem como para mistura dos líquidos.