BR112014012284B1

BR112014012284B1 - processo de produção de biometano

Info

Publication number: BR112014012284B1
Application number: BR112014012284A
Authority: BR
Inventors: Marchand Bernard; Kara Yilmaz
Original assignee: Gdf Suez
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2019-09-03
Also published as: WO2013076051A1; AU2012342614B2; EP2782984A1; AU2012342614A1; EP2782984B1; BR112014012284A2; JP6173333B2; FR2982857A1; JP2014533706A; CN104053754B; FR2982857B1; DK2782984T3; CN104053754A; NZ626549A

Abstract

resumo “método de produção de biometano” a invenção refere-se a um método para a produção de biometano a partir de matéria-prima de hidrocarboneto (200), que compreende pelo menos os seguintes passos: gaseificação (201) da matéria-prima, a fim de produzir um gás de síntese, num reator de gaseificação; purificação de (204), numa unidade de purificação, do gás de síntese produzido durante o passo de gaseificação de biomassa; metanização (206) do gás de síntese purificado num reator de metanização; e ajustamento para as especificações (207) da mistura de gás obtido durante a etapa de metanização do gás de síntese, a fim de obter biometano. durante o passo de ajuste de especificações, um fluxo constituído por, pelo menos, o excesso de monóxido de carbono, é recirculado (208) no reator de gaseificação. a invenção também se refere a um dispositivo para a realização do método da invenção.

Description

[001] A presente invenção se refere ao domínio da produção de biometano, e mais especificamente ao processo de produção de biometano por gaseificação de uma carga hidrocarbonatada.

[002] Atualmente, a produção de biometano (ou SNG significando Substitute Natural Gas, na terminologia inglesa) pode ser realizada por conversão termoquímica da biomassa.

[003] A biomassa pode ser constituída por resíduos de madeira (aparas, pó de serra, córtex), pelos resíduos vegetais (cascas, sementes, caules, cereais, trigos..), pelos resíduos do setor agrícola, pelos resíduos agroalimentares (gorduras, resíduos de abatedouros), resíduos animais (estrume), resíduos associados à atividade humana (esgoto), por algas marinhas...

[004] Esta conversão é realizada por um processo constituído por tres etapas principais:

- a gaseificação da biomassa para produzir gas de síntese (syngas) composto essencialmente por hidrogênio (H2), por monóxido de carbono (CO), por dióxido de carbono (CO₂) e por metano (CH₄) ,

- a metanação catalítica que consiste em converter o hidrogênio e o monóxido de carbono em metano, e

- o ajuste às especificações que visa eliminar o hidrogênio residual, o monóxido de carbono residual, a água e o dióxido de carbono para produzir o biometano de acordo com as especificações de injeção na rede de gas natural, especialmente em termos de potência calorífica (PCS) e do índice de Wobbe.

2/23 [005] A gaseificação da biomassa é realizada no interior de um reator em que a biomassa é submetida a diferentes etapas reacionais.

[006] A biomassa é submetida em um primeiro tempo a uma degradação térmica por uma secagem seguida por uma desvolatilização da matéria orgânica para produzir um resíduo carbonado (o char), um gas de síntese (H₂, CO, CO₂, CH₄...) e compostos condensáveis contidos no gas de síntese (alcatrões e mais geralmente tudo que é condensável). Os resíduos carbonados podem em seguida ser oxidados pelo agente de gaseificação (vapor de água, ar, oxigênio), para produzir hidrogênio, monóxido de carbono etc. Em função da sua natureza, este agente de gaseificação pode também reagir com os alcatrões ou com os gases predominantes. Assim se for o caso de vapor de água (H2O), uma reação de

gas em água	(ou WGS para	Water Gas Shift, de acordo com a
terminologia	inglesa) é produzida no reator de	gaseificação
de acordo com a seguinte	equação:
	CO +	H₂O θ H2 +	CO2
[007]	A pressão	do reator	tem pouco	efeito	sobre
esta reação.	Por outro	lado o	equilíbrio	está	muito

associado à temperatura do reator e aos teores iniciais dos reagentes.

[008] Para os processos existentes, a relação H2/CO não ultrapassa nunca dois na saída da etapa de gaseificação e é da ordem de 1,8, por exemplo, para o conceito de leitos duplos fluidificados (FICFB - para Fast Internally Circulating Fluidised Bed de acordo com a terminologia inglesa). Esta relação H2/CO é um fator importante para a produção de biometano, pois a reação de

3/23 metanação que permite a produção do metano e sobre a qual se apoia o processo de produção do biometano é a seguinte: CO + 3 H2 θ CH4 + H2O.

[009] Para maximizar a produção de metano CH₄ e minimizar o excesso de monóxido de carbono, convém que o hidrogênio e o monóxido de carbono estejam em uma relação estequiométrica de 3:1. No entanto, mesmo respeitando esta relação, a reação continua incompleta devido ao equilíbrio químico. A relação 3:1 que maximiza a reação é obtida realizando-se uma reação de WGS complementar. Esta pode ser realizada antes da metanação em um reator dedicado, na presença de catalisadores específicos. Ela pode eventualmente ser realizada diretamente no mesmo reator que a metanação com uma eventual adaptação do catalisador. Nos dois casos, esta reação precisa de uma injeção significativa de vapor de água.

[0010] Na saída do gaseificador, a fração em massa de água no gas de síntese é geralmente da ordem de 30%. Ela provém em parte da umidade da biomassa e no caso de determinados processos em parte de uma injeção direta de vapor no gaseificador. No entanto, a etapa de purificação do gas de síntese destinado a eliminar os poluentes antes da metanação (especialmente a eliminação dos alcatrões, poeiras, compostos inorgânicos,...) necessita de um resfriamento, no decorrer do qual a água presente é em grande parte condensada e eliminada e não está assim mais disponível para uma etapa de WGS suplementar.

[0011] Na verdade,	depois	destas	etapas	de
depuração, a	fração	em	massa de	água	é levada	a
aproximadamente	5%, o	que	é um teor	insuficiente para	a

4/23 realização da reação de WGS complementar e para a obtenção de um funcionamento ótimo da cadeia de processos na sua configuração clássica. Assim, para permitir o ajuste da relação H₂/CO às condições necessárias para a reação de metanação, a injeção de vapor de água se torna indispensável para evitar o excesso de monóxido de carbono antes da etapa de ajuste às especificações. Este vapor de água é geralmente produzido pela recuperação de energia à alta temperatura sobre o processo: energia facilmente comercializável e que constitui eventualmente em uma perda da rentabilidade direta do sistema. Além disso, a implementação do WGS se traduz por uma complicação do processo e por um aumento dos custos de investimento e de exploração. Determinados processos conhecidos que pertencem à família dos sistemas de gaseificação com reator deleito duplo fluidificado (FICFB) propõem soluções para estes problemas. Nestes processos, a gaseificação da biomassa é implementada em um primeiro reator por contato com um meio de transferência de calor quente. Este meio e uma parte do resíduo carbonado da pirólise formada neste reator são extraídos continuamente na base do leito. Eles são em seguida enviados a um segundo reator (combustor) onde um meio de fluidificação é aquecido pela combustão do resíduo carbonado e de um acréscimo de combustível antes de ser reinjetado no gaseificador. O meio de transferência de calor pode ser constituído por um sólido inerte (areia, por exemplo) ou por um mineral (olivina) tendo propriedades catalíticas para o fracionamento ou a reforma dos alcatrões oriundos da conversão imperfeita da biomassa. Neste caso, a relação H₂/CO atingida está compreendida entre 1,3 e 1,8.

5/23 [0012] O pedido internacional WO 01/23302 descreve um processo que pertence a esta família dos processos FICFB, o processo de uma reforma melhorada pela adsorção AER (Absorption Enhanced Reforming de acordo com a terminologia inglesa) que se refere a uma produção de gás de síntese diretamente utilizável no reator de metanação para a produção de SNG. O processo descrito neste pedido permite que se atinja as especificações ótimas (relação H2/CO superior ou igual a tres) necessárias para a etapa de metanação.

[0013] Neste processo AER, o meio de fluidificação não é mais constituído por olivina, mas por cal (CaO). No gaseificador a cal absorve o dióxido de carbono presente para formar carbonato de cálcio CaCO3, de acordo com a reação abaixo para uma temperatura compreendida entre 650 e 750 .

CaO (s) + CO2 (g) CaCO3 (s) [0014] Devido à captura do dióxido de carbono, a reação de WGS, que está equilibrada, é deslocada para a produção de hidrogênio e a redução do monóxido de carbono o que conduz a um aumento da relação H2/CO. Em seguida o carbonato de cálcio é transformado em cal pela reação inversa a uma temperatura mais elevada dentro do combustor. Podem ser assim obtidas relações H2/CO de cinco a sete. Relações de tal monta, embora permitam minimizar os riscos de coqueamento sobre o catalisador de metanação, podem acarretar uma redução do rendimento global de produção de biometano e dificuldades de separação de hidrogênio e do gas de síntese para um ajuste às especificações do gas natural. A utilização de cal conduz também a uma ligeira

6/23 diminuição dos teores de metano no gas de síntese. Além disso, se a cal constitui um bom meio de fluidif icação, a sua fragilidade mecânica o torna mito sujeito aos fenômenos de atrito e limita a sua vida útil.

[0015] É também conhecido através do pedido de patente U.S. 2010/0286292 um processo catalítico geralmente em reatores de leito fixo que propõe se integrar um reator de WGS à cadeia de conversão para ajustar a relação H2/CO próxima da estequiometria da metanação. Um inconveniente deste processo consiste no fato de que é necessário se injetar uma quantidade significativa de vapor de água para, por um lado, assegurar a reação de WGS suplementar e, por outro lado, limitar o depósito de coque sobre os catalisadores.

[0016] Um outro processo, descrito nos documentos EP156867 e WO2009/007061, se refere à produção de SNG a partir da gaseificação da biomassa. Este processo é constituído por uma depuração dos compostos tais como o sulfeto de hidrogênio (H2S) ou o sulfeto de carbonila (COS) por adsorção física ou química dentro dos leitos fixos de carvão ativado (CA), de óxidos metálicos (óxido de zinco, ZnO, por exemplo) e de uma metanação em leito fluidificado de partículas catalíticas de uma granulometria compreendida entre 20 e 2000 pm. O reator pode ser alimentado com vapor de água adicional de fluidificação e pode ter lugar uma reciclagem de hidrogênio oriundo do ajuste às especificações. Este processo apresenta também o inconveniente de necessitar de etapas de metanação e/ou de separação suplementares que complicam o processo.

7/23 [0017] A presente invenção tem, portanto, por objeto paliar um ou mais inconvenientes da técnica anterior propondo um processo que visa aumentar a conversão da biomassa em biometano e melhorar a sua eficácia energética global. Como o processo não precisa modificar o projeto dos reatores de gaseificação e/ou de metanação e como dispensa qualquer etapa suplementar, principalmente a etapa de WGS anteriormente ou paralelamente à metanação.

[0018] Para tal fim, a presente invenção propõe, de acordo com um primeiro aspecto, um processo de produção de biometano a partir da carga hidrocarbonatada compreendendo pelo menos as seguintes etapas:

- gaseificação da carga para produzir um gás de síntese dentro de um reator de gaseificação,

- depuração do gás de síntese produzido durante a etapa de gaseificação da carga hidrocarbonatada na unidade de depuração,

- metanação do gás de síntese depurado dentro de um reator de metanação,

- ajuste às especificações de uma mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gás de síntese para obter biometano,

- durante a etapa de ajuste às especificações, sendo um fluxo composto pelo menos por monóxido de carbono em excesso reciclado ao reator de gaseificação.

[0019] Esta reciclagem conduz a um aumento da quantidade de monóxido de carbono presente no gaseificador que favorece assim a produção de hidrogênio de acordo com os equilíbrios termoquímicos descritos pela reação WGS diretamente no interior do mesmo reator. O aumento desta

8/23 quantidade de hidrogênio conduz ela mesma a um aumento da produção de metano durante a etapa de metanação.

[0020] De acordo com uma modalidade da invenção, a carga hidrocarbonatada consiste em biomassa.

[0021] De acordo com uma modalidade da invenção, o fluxo reciclado compreende o hidrogênio residual.

[0022] De acordo com uma modalidade o fluxo reciclado compreende metano residual.

[0023] De acordo com uma modalidade, na saída do reator de gaseificação, o gas de síntese se encontra a uma temperatura compreendida entre 600 e 1000°C.

[0024] De acordo com uma modalidade, o processo compreende uma etapa de troca de calor depois da etapa de gaseificação para resfriar o gas de síntese até a temperatura ambiente.

[0025] De acordo com uma modalidade da invenção, a etapa de troca de calor é realizada antes da etapa de depuração.

[0026] De acordo com uma modalidade da invenção, o processo compreende uma etapa de desidratação realizada depois da etapa de troca de calor.

[0027] De acordo com uma modalidade da invenção, o processo é realizado a uma pressão entre 0,5 e 70 bar (entre 50 e 7000 kPa).

[0028] De acordo com uma modalidade da invenção, a mistura gasosa obtida na saída do reator de metanação se encontra a uma temperatura compreendida entre 250 e 700°C.

[0029] De acordo com uma modalidade da invenção, o fluxo obtido depois da etapa de ajuste às especificações se encontra à temperatura ambiente.

9/23 [0030] A presente invenção visa, de acordo com um segundo aspecto, um dispositivo de produção de biometano a partir da carga hidrocarbonatada compreendendo pelo menos:

- um reator de gaseificação que realiza uma gaseificação da carga para produzir um gas de síntese em um reator de gaseificação,

- uma unidade de depuração que realiza uma depuração do gas de síntese produzido pelo reator de gaseificação da carga,

- um reator de metanação que realiza uma metanação do gas de síntese depurado,

- um meio de ajuste às especificações da mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gas de síntese para obter biometano,

- sendo o meio de ajuste às especificações adaptado à reciclagem de um fluxo composto pelo menos por monóxido de carbono em excesso no reator de gaseificação.

[0031] Outros objetivos, características e vantagens da invenção serão mais bem compreendidos e aparecerão mais claramente com a leitura da descrição abaixo, feita com referência às figuras apensas e dadas a título de exemplo:

- a Figura 1 é uma representação esquemática de um modo de realização de um dispositivo de acordo com a técnica anterior,

- a Figura 2 é uma representação esquemática da implementação de um a modalidade especial do processo de acordo com a invenção,

- a Figura 3 é uma representação esquemática de uma modalidade especial do dispositivo objeto da invenção, e

10/23

- a Figura 4 é uma representação esquemática da implementação de uma modalidade especial do processo de acordo com a invenção.

[0032] Embora tenha sido descrito a partir do exemplo da biomassa, o processo de acordo com a invenção pode ser aplicado a todos os produtos passíveis de serem gaseificados: biomassa, carvão, coque, resíduos, etc., e de um modo mais geral, a todas as cargas hidrocarbonatadas.

[0033] A modalidade especial do processo visada pela presente invenção ilustrada na Figura 2 e implementada em um dispositivo ilustrado na Figura 3, requer pelo menos as etapas abaixo, idênticas às descritas no estado da técnica anterior;

- gaseificação (201): conversão da carga hidrocarbonatada e, por exemplo, biomassa, em gas de síntese (syngas);

- depuração (204) do gas de síntese produzido durante a etapa de gaseificação da carga hidrocarbonatada para eliminar os componentes poluentes nocivos à duração da vida útil do catalisador;

- metanação (206) por conversão catalítica do gas de síntese em biometano;

- ajuste ás especificações (207) da mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gas de síntese para separar o biometano dos demais constituintes e principalmente do hidrogênio, do monóxido de carbono residual, da água e do dióxido de carbono, e assim ajustar a composição do biometano às especificações.

[0034] A biomassa, que se encontra à temperatura ambiente e mais precisamente a uma temperatura igual a

11/23

20°C, e que circula dentro de um conduto de alimentação de biomassa (100) alimenta um reator de gaseificação (10) . A biomassa é submetida, no reator de gaseificação (10) uma conversão termoquímica para formar durante a etapa de secagem/pirólise e gaseificação um gas de síntese que contém hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e alcatrões e/ou compostos da fórmula geral CxHy... Este gas de síntese circula dentro do conduto de circulação do gas de síntese (1).

[0035] Antes da sua saída do reator, a composição deste gas evolui sob a ação do vapor de água (injetado a uma temperatura compreendida entre 160 e 500°C e de preferência igual a 400°C) ou do agente oxidante (oxigênio, ar, ...). Esta evolução da composição se produz, pro um lado, com os equilíbrios termoquímicos em fase homogênea, e, por outro lado, pelo fato da produção de compostos por gaseificação em fase heterogênea de uma parte do resíduo carbonado.

[0036] Na saída do gaseificador (10) , o gas de síntese se encontra a uma temperatura compreendida entre 600 e 1000°C, de preferência entre 800 e 900°C e ainda mais preferível igual a 850°C. O gas de síntese assim produzido é depurado destes poluentes (alcatrões, COS, H₂S,...) antes de alimentar um reator de metanação (20) em seguida de alimentar, por meio de um conduto de alimentação (4), uma unidade (30) que permite a etapa de ajuste às especificações (também denominado separação dos compostos). Como resultado destas etapas, o processo permite a obtenção de biometano (31).

12/23 [0037] Nestas condições, a relação H₂/CO antes da metanação é inferior à relação estequiométrica e a reação de metanação só pode ser máxima para a espécie que falta, no caso o hidrogênio. Na saída do reator de metanação (20) o biometano se encontra a uma temperatura compreendida entre 250 e 700°C, e, de preferência, igual a 300°C. Além do biometano produzido, o gas oriundo do reator de metanação contém, portanto, o monóxido de carbono em excesso que não reagiu.

[0038] A mistura gasosa produzida durante a etapa de metanação é separada em quatro fluxos:

- um primeiro fluxo composto por metano que constitui o biometano propriamente dito, destinado a ser valorizado,

- um segundo fluxo composto por dióxido de carbono,

- um terceiro fluxo composto por vapor de água e

- um quarto fluxo composto pelo menos por monóxido de carbono em excesso e eventualmente o hidrogênio que não reagiu devido a equilíbrios termoquímicos.

[0039] Nas modalidades específicas do processo de acordo com a invenção, este quarto fluxo composto pelo menos por monóxido de carbono em excesso é reciclado (208) ao reator de gaseificação.

[0040] Depois da etapa de ajuste às especificações, os diferentes fluxos se encontram à temperatura ambiente, e, de preferência, a uma temperatura igual a 20°C.

[0041] A implementação da reação de WGS a montante ou paralelamente à reação de metanação, para assegurar um ajuste da relação H₂/CO, não sendo assim necessária, obtém

13/23 se um ganho energético e de material equivalente à vazão deste vapor normalmente adicionado.

[0042] De acordo com modalidades da invenção, para se remediar um eventual depósito de coque na superfície do catalisador, devido ao funcionamento do reator de metanação nas condições sub-estequiométricas e para os teores limitados de H2O, utiliza-se um tratamento específico do catalisador como, por exemplo, uma dopagem com boro ou um suporte catalítico adequado apostando, principalmente, na sua acidez.

[0043] De acordo com modalidades da invenção, para se limitar o depósito de coque, efetua-se um acréscimo limitado de vapor de água, para se ajustar o seu teor antes da metanação, ou diretamente ou ajustando-se a temperatura da lavagem a montante.

[0044] No que diz respeito à etapa de ajuste às especificações do biometano, que, em geral, é uma etapa de separação, são utilizados, por exemplo, os processos com a pressão modulada ou PSA (por Pressure Swing Adsorption de acordo com a terminologia inglesa), os processos com a temperatura modulada ou TSA (por Temperatura Swing Adsorption de acordo com a terminologia inglesa), os processos de separação sobre membranas, os processos de absorção química de aminas, os processos de absorção física com o trietileno glicol. Estas tecnologias diferentes podem ser utilizadas sozinhas ou em combinação.

[0045] De acordo com modalidades ilustradas na Figura 4, a etapa de gaseificação (201) é seguida por uma etapa de troca de calor (202) para resfriar o gas de síntese antes da sua passagem pelo depurador (16) . Deste

14/23 modo o fluxo de gas de síntese, que se encontra a uma temperatura compreendida entre 600 e 1000°C, de preferência entre 800 e 900°C e mais de preferência igual a 850°C,

depois da	passagem por	um trocador	de calor	(14)	se
encontra a	uma temperatura	compreendida	entre	4 e	80°C,	de
preferência	entre 25 e	35°C, sendo	mais	preferível	à
temperatura	ambiente (mais	exatamente a	20°C).

[0046] Depois desta etapa de troca de calor (202) , a água é parcialmente eliminada do gas de síntese (circulando no conduto (2) disposto entre o trocador de calor (14) e a unidade de desidratação (15)) que é resfriado e desidratado (203) em uma unidade de desidratação (15) da qual são eliminados os condensados. Esta etapa de desidratação por resfriamento e condensação do vapor de água (201) é seguida por uma etapa de depuração (204) em uma unidade de depuração (16) em que o fluxo é conduzido pelo conduto (3) disposto entre a unidade de desidratação (15) e a unidade de depuração (16).

[0047] O processo de acordo com a invenção pode ser aplicado de um modo geral ao conjunto dos gaseificadores.

[0048] O processo pode se aplicar, de preferência, aos processos que produzem um gas sem diluição com o nitrogênio do ar.

[0049] O processo não é específico a qualquer processo de metanação dado e pode ser aplicado ao conjunto destes processos. No caso de processos do tipo de leito fixo com reciclagem, o processo permite mesmo uma redução da taxa de reciclagem.

[0050] O processo de acordo com a invenção é implementado, nas modalidades da invenção, a uma pressão

15/23 compreendida entre 0,5 e 70 bar, (50 e 700 kPa) e, de preferência, entre 1 e 5 bar (100 e 500 kPa).

[0051] A presente invenção visa também um dispositivo de produção de biometano a partir de uma carga hidrocarbonatada compreendendo pelo menos:

- um reator de gaseificação (10) que realiza uma gaseificação da carga para produzir um gas de síntese em um reator de gaseificação,

- uma unidade de depuração (16) produzindo uma depuração do gas de síntese produzido pelo reator de gaseificação (10) da carga,

- um reator de metanação (20) realizando um metanação do gas de síntese depurado,

- um meio de ajuste às especificações (30) da mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gas de síntese para a obtenção do biometano.

[0052] O meio de ajuste às especificações (30) deste dispositivo é adaptado para reciclar um fluxo composto pelo menos por monóxido de carbono em excesso ao reator de gaseificação.

[0053] A invenção será agora ilustrada com os exemplos não limitativos seguintes.

EXEMPLOS [0054] Para demonstrar o interesse da invenção, foram realizadas simulações comparativas das soluções anteriores e da presente invenção com uma ferramenta de simulação de processo CAPE (por Computer Aided Process Engineering de acordo com a terminologia inglesa).

16/23 [0055] As simulações são realizadas para uma tonelada de biomassa seca a ser convertida por hora para a obtenção do biometano.

[0056] Nos exemplos abaixo os fluxos correspondem:

- fluxo 100, à biomassa,

- fluxo 101, ao vapor injetado no gaseificador, fluxo 1, ao gas de síntese na saída do gaseificador,

- fluxo 2, ao gas de síntese resfriado,

- fluxo 3, ao gas de síntese desidratado,

- fluxo 102, aos condensados,

- fluxo 103, ao vapor para a WGS suplementar,

- fluxo 4, ao biometano antes de ser ajustado às especificações,

- fluxo 104, a CO/H₂,

- fluxo 105, ao CO₂,

- fluxo 106, a H2O

Exemplo comparativo da técnica anterior:

[0057] Neste exemplo de acordo com a técnica anterior (ilustrado na Figura 1), a biomassa é introduzida em um reator de gaseificação (10) no qual ela é submetida a uma conversão termoquímica, fazendo-se em seguida passar o gás de síntese proveniente do gaseificador, depois da passagem por um trocador de calor (14), por uma unidade de desidratação (15). Esta etapa de desidratação por resfriamento e condensação do vapor de água é seguida por uma etapa de depuração (204) em uma unidade de depuração (16) e por uma etapa de WGS em um reator de WGS (17) com o acréscimo de vapor de água. O gás de síntese é submetido, em seguida, a uma etapa de compressão (205) em um

17/23 compressor (18). O gás de síntese assim produzido e depurado destes poluentes alimenta um reator de metanação (20) , sendo em seguida submetido a uma etapa de separação em uma unidade dedicada de ajuste às especificações (30).

[0058] A tabela 1 recapitula as condições e resultados da simulação para o processo de acordo com a técnica anterior em diferentes etapas do processo e para efluentes diferentes.

18/23

Tabela 1

No. do fluxo	100	101	1	2	3	102	103	4	104	105	106	31
Pressão (Bar [kPa])	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	3 [300]	3 [300]	3 [300]	3 [300]	3 [300]	3 [300]
Temperatura (°C)	20	400	850	32	32	32	200	320	20	20	20	20
Fluxo de biomassa (kg/h)	1000
Fluxo de H₂O (kg/h)	250
Fluxo molar total (kmol/h)		31,73	3,89	73,89	54,05	19,85	40	79,46	6,1	61,54	61,54	11,81
CO₂ (fração molar)		0	0,162	0,162	0,222	1,70E-05	0	0,138	0	1	0	0
H₂O (fração molar)		1	0,299	0,299	0,041	0,999	1	0,637	0	0	1	0
CO (fração molar)		0	0,156	0,156	0,214	3,27E-08	0	0,067	0,868	0	0	0
CH₄ (fração molar)		0	0,061	0,061	0,083	9,62E-08	0	0,149	0	Ü	0	1
H₂ (fração molar)		0	0,321	0,321	0,439	1,73E-07	0	0,01	0,132	0	0	0
Fluxo de CO₂(kmol/h)		()	12,01	12,01	12,01	3,00E-04	0	10,96	0	10,96		0
Fluxo de H₂O (kmol/h)		31,73	22,08	22,08	2,23	19,85	40	50,57	0		50,57	0
Fluxo de CO (kmol/h)		0	11,55	11,55	11,55	6,49E-07	0	5,29	5,29	0	0	0
Fluxo de CH₄(kmol/h)		0	4,51	4,51	4,51	1,91E-06	0	11,81	0	0	0	11,81
Fluxo de H₂ (kmol/h)		0	23,75	23,75	23,75	3,44E-06	0	0,81	0,81	0	0	0

19/23

Exemplo de acordo com as modalidades específicas da invenção [0059] Neste exemplo de acordo com a invenção (ilustrado na Figura 3), a biomassa que circula em um conduto de alimentação de biomassa (100) alimenta um reator de gaseificação (10) em que ela é submetida a uma conversão termoquímica, fazendo-se em seguida o gas de síntese proveniente do gaseificador, depois de passagem por um trocador de calor (14), passar para uma unidade de desidratação (15). Esta etapa de desidratação por resfriamento e condensação do vapor de água (203) é seguida por uma etapa de depuração em uma unidade de depuração (16). O gas de síntese assim produzido e depurado destes poluentes alimenta um reator de metanação (20), sendo submetido, em seguida, a uma etapa de separação em uma unidade de ajuste às especificações (30).

[0060] A tabela 2 recapitula as condições e resultados da simulação para modalidades do processo de acordo com a invenção em diferentes etapas do processo e para os diferentes efluentes.

20/23

Tabela 2

N° do fluxo	100	101	1	2	3	102	4	104	105	106	31
Pressão (Bar[kPa])	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	1 [100]	3 [300]	3 [300]	3 [300]	3 [300]	3 [300]
Temperatura (°C)	20	400	850	32	32	32	320	20	20	20	20
Fluxo de biomassa (kg/h)	1000
Fluxo de H₂O (kg/h)	250
Fluxo molar total (kmol/h)		31,73	85,52	85,52	69,2	19,85	51,55	11,63	26,58	26,58	13,33
CO₂ (fração molar)		0	0,178	0,178	0,219	1,71E-05	0286	0	1	0	0
H₂O (fração molar)		1	0,221	0,221	0,037	0,999	0,229	0	0	1	0
CO (fração molar)		0	0,229	0,229	0,284	3,27E-08	0,219	0,974	0	0	0
CH₄ (fração molar)		0	0,053	0,053	0,065	9,62E-08	0,259	0	0	0	1
H₂ (fração molar)		0	0,319	0,319	0,394	1,73E-07	0,006	0,026	0	0	0
Fluxo de CO₂ (kmol/h)		0	15,22	15,22	15,22	3,40E-03	14,73	0	14,73	0	0
Fluxo de H₂O (kmol/h)		31,73	18,87	18,87	2,54	19,85	11,85	0	0	11,85	0

21/23

Fluxo de CO₂ (kmol/h)	19,66	19,66	19,66	6,49E-07	11,33	11,33	0
Fluxo de CH₄ (kmol/h)	4,51	4,51	4,51	1,91E-06	13,33	0	13,33
Fluxo: H₂ (kmol/h)	27,27	27,27	27,27	3,44E-06	0,31	0,31	0

22/23

Análise dos resultados [0061] O rendimento do processo baseado sobre a produção de metano é definido pela relação abaixo m PCI ch₄ * ch₄a= -------------------m PCI biomasse * biomasse em que:

mcH4 representa a massa de metano m_biomasse representa a massa da biomassa

PCI_CH4 representa a potência calorífica inferior do metano.

PCIbiomasse representa o potência calorífica inferior da biomassa.

[0062] As simulações realizadas mostram que este rendimento é aumentado para 61,2% quando se implementa a solução proposta nos modalidades da presente invenção enquanto as soluções existentes somente permitem que se atinja 54,2%, isto é um ganho de 7%.

[0063] Nas modalidades, o processo de acordo com a invenção se baseia sobre a recirculação do fluxo CO/H2 para o gaseificador. A vazão de recirculação que é associada a ela, está intimamente associada à pressão parcial d água no gaseificador (água introduzida com a biomassa e como um eventual agente de gaseificação). Um teor muito baixo no gaseificador tem por consequência uma vazão de recirculação muito grande sem assim causar um impacto sobre a quantidade de CH4 produzida.

[0064] Modalidades de processo objeto da presente invenção permitem assim, em comparação com os processos da técnica anterior se obter:

23/23 um fluxo de hidrogênio produzido pela

gaseificação aumentado de 23,75 kmol/h para 27,27 kmol/h;
- um fluxo	de	vapor	de deslocamento	suprimido
(40,00 kmol/h);
- um fluxo	de	água a	ser eliminada na	saída de
metanação diminuído	de	50,57 kmol/h para 11,85	kmol/h, o
que se traduz por	um	ganho	em energia de resfriamento

consumido pelo processo;

- um ajuste às especificações da fração volumétrica do hidrogênio, uma operação complexa e fonte de perda de eficácia do processo, que não é mais necessária uma vez que uma relação H₂/CH₄ na saída do reator de metanação passa de 6,3% para 2,7%. Esta melhora é explicada principalmente pelo excesso de monóxido de carbono no reator de metanação.

- um fluxo de biometano (SNG) na saída do sistema que passa de 11,81 kmol/h para 13,33 kmol/h, ou seja, um ganho de 12,9%.

[0065] O âmbito da presente invenção não se limita aos detalhes dados acima e permite modalidades de realização em numerosas outras formas específicas, sem se afastar do domínio de aplicação da invenção. Portanto, as modalidades da presente invenção devem ser consideradas como tendo cunho ilustrativo e podem ser modificadas sem por assim deixar de incidir no âmbito definido pelas reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de produção de biometano a partir de uma carga hidrocarbonatada compreendendo pelo menos as etapas seguintes:

- gaseificação (201) da carga para produzir um gás de síntese em um reator de gaseificação (10),

- depuração (204) do gás de síntese produzido durante a etapa de gaseificação da biomassa em uma unidade de depuração (16),

- metanação (206) do gás de síntese depurado em um reator de metanação (20),

- ajuste às especificações (207) da mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gás de síntese para obte3r biometano,

CARACTERIZADO pelo fato de que durante a etapa de ajuste às especificações (207), um fluxo composto pelo menos de monóxido de carbono em excesso é reciclado (208) ao reator de gaseificação (10).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga hidrocarbonatada consiste em biomassa.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxo reciclado compreende hidrogênio residual.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxo reciclado compreende metano residual.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que na

2/3 saída do reator de gaseificação (10) , o gas de síntese se encontra a uma temperatura compreendida entre 600 e 1000°C.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma etapa de troca de calor (202) depois da etapa de gaseificação (201) que permite que o gas de síntese seja resfriado a uma temperatura entre 4 e 80°C.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de troca de calor (202) é realizada antes da etapa de depuração (204) .
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma etapa de desidratação (203) realizada depois da etapa de troca de calor (202).
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que é realizado a uma pressão compreendida entre 0,5 e 70 bar (entre 50 e 7000 kPa).
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura gasosa obtida na saída do reator de metanação se encontra a uma temperatura compreendida entre 250 e 750°C.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluxo obtido depois da etapa de ajuste às especificações se encontra à temperatura ambiente.
12. Dispositivo de produção de biometano a partir de carga hidrocarbonatada, para a implementação do processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, compreendendo pelo menos:

3/3

- um reator de gaseificação (10) que realiza uma gaseificação da carga para produzir um gas de síntese em um reator de gaseificação,

- uma unidade de depuração (16) que realiza uma depuração do gas de síntese produzido pelo reator de gaseificação (10) da carga,

- um reator de metanação (20) que realiza uma metanação do gas de síntese depurado,

- um meio de ajuste às especificações (30) do mistura gasosa obtida durante a etapa de metanação do gas de síntese para a obtenção do biometano,

CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de ajuste às especificações (30) é adaptado para reciclar um fluxo composto pelo menos para o monóxido de carbono em excesso dentro do reator de gaseificação.