BRPI0416197B1 - Gaseificador, uso do mesmo, processo para gaseificação de combustível sólido e sistema de gaseificação - Google Patents

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GASEIFICADOR, USO DO MESM3, PROCESSO PARA GASEIFICAÇÃO DE

COMBUSTÍVEL SÓLIDO E SISTEMA DE GASEIFICAÇÃO A presente invenção se refere a um gaseificador, a um processo para operar o gaseificador, para produzir um efluente combustível, a um novo sistema e processo de gaseificação incorporando o gaseificador, a um novo filtro e processo para filtragem de gás usando o filtro, de modo particular para produzir um gás produtor sem alcatrão e umidade, e a um novo polímero para uso no filtro.

Gaseificadores são usados para a gaseificação de biomassa, combustíveis fósseis e dejetos, quer de forma individual ou misturados entre si, para produzir uma variedade de gases combustíveis, que podem ser usados para gerar energia, por exemplo, usando motores de combustão interna a gás, turbinas a gás, motores bicombustíveis a diesel, e células de combustível. 0 interesse no uso de gaseificadores para tratar produtos de dejeto está aumentando, devido ao custo crescente da eliminação de dejetos por meios convencionais, tal como por incineração ou aterro, impulsionado pelas preocupações ambientais associadas a esses processos.

Gaseificadores convencionais operam tipicamente no modo de lotes, onde a formação de escória e de clínquer, bem como a formação de pontes, criam um fluxo intermitente de gás e combustível, o qual, por sua vez, é associado a um alto teor de alcatrão no gás do produto. Além disto, o clínquer formado durante o processo de gaseificação, devido às temperaturas locais relativamente altas na zona de oxidação, não pode ser descarregado de modo eficiente. A gaseificação de combustíveis com alto teor de cinzas pode levar à descarga, por parte do gaseificador, de resíduos com um alto teor de carbono, que podem ser, então, difíceis de ser descartados. Sm decorrência destas dificuldades, gaseificadores convencionais são operados, até que a gaseificação completa do combustível tenha ocorrido e, a seguir, paralisados para remoção manual da escória e do clínquer formados nas regiões de alta temperatura do gaseificador, em conjunto com cinzas com alto teor de carbono.

Um outro problema surge da operação de gaseificadores em lotes, em que condições operacionais indesejáveis ocorrem durante a fase de partida, e se o gaseificador operar em baixas temperaturas (<850 °C) durante o uso normal, o teor de alcatrão do gás de produto pode aumentar. Alcatrão no gás de produto será depositado nas partes internas do dispositivo de combustão usado para inflamar o gás de produto, entupindo o dispositivo e necessitando de limpeza. Os atuais dispositivos geradores de calor e energia, que são normalmente conectados a gaseificadores, não são adequados para utilização de um gás de produto carregado com alcatrão e umidade.

Os atuais inventores descobriram que um gaseificador tendo duas zonas de oxidação, onde, em uma primeira zona, o fluxo de gás é em uma direção descendente (na mesma direção que o fluxo de combustível) e, em uma segunda zona abaixo da primeira zona, o fluxo de gás é ascendente (na direção oposta ao fluxo de combustível), incorpora muita das dificuldades dos gaseificadores conhecida. Um dispositivo desses pode ser chamado de um 'gaseificador de fluxo descendente/ ascendente' para refletir a combinação do fluxo para baixo e para cima do gás.

Em decorrência disto, um primeiro aspecto da presente invenção prevê um gaseificador para a gaseificação de combustível sólido para produzir efluente combustível, compreendendo uma válvula de combustível para carregar combustível sólido dentro de uma primeira zona de oxidação, uma primeira garganta definindo a borda inferior da primeira zona de oxidação, uma segunda garganta definindo a borda inferior de uma segunda zona de oxidação, entrada de ar para ambas as zonas de oxidação, uma zona de redução ligando a primeira zona de oxidação à segunda zona de oxidação, e dois tubos de descarga de vórtice opostamente situados (na zona de redução) para o efluente combustível, onde, na primeira zona de oxidação, o fluxo de gás é na mesma direção que o fluxo de combustível e, na segunda zona de oxidação, o fluxo de gás é na direção oposta ao fluxo de combustível.

Em uma vantagem particular, o gaseificador é adequado para operação contínua e o processo é um processo de operação contínua, capaz de operar por períodos prolongados sem a necessidade de parada para remover escória e clínquer. Isto ocorre, devido ao alto grau de gaseificação presente, devido em parte à uniformidade da gaseificação, além da capacidade de remover cinzas e escória na base do gaseificador durante a operação. Uma outra vantagem é a redução das horas de operação no modo de partida, o que tende a elevar o teor de alcatrão no gás de produto.

No gaseificador da invenção, a primeira zona de oxidação, de preferência, opera a uma temperatura de pelo menos 1000° C, enquanto que a zona de redução opera a uma temperatura entre 600 e 900° C, mais preferivelmente a cerca de 850° C, e a segunda zona de oxidação opera a uma temperatura entre 700 e 800° C, mais preferivelmente a cerca de 750° C. Isto assegura uniformidade de gaseificação. Ê preferido que o gaseificador da invenção ainda contenha uma zona de pirólise acima da primeira zona de oxidação, e uma zona armazenadora de combustível acima da zona de pirólise. No uso de um gaseificador desses em um processo preferido do segundo aspecto da invenção, o combustível ê seco na zona armazenadora de combustível, e pirolisado na zona de pirólise para produzir carvão vegetal, que é então parcialmente oxidado, reduzido e uma vez mais oxidado. A zona armazenadora e/ou de secagem de combustível, de preferência, opera a uma temperatura entre 80 e 120° C, e mais preferivelmente a cerca de 100° C. A zona de pirólise, de preferência, opera a uma temperatura entre 500 e 700° C, mais preferivelmente a cerca de 600° C. 0 calor para manter essas temperaturas é desviado da primeira zona de oxidação.

De preferência, a zona armazenadora de combustível compreende uma tremonha tendo uma válvula de carga e conduzindo a uma grelha acima da primeira zona de oxidação. O gaseificador do primeiro aspecto da invenção pode ter uma parte perfurada em uma parede de camisa cheia com elemento catalítico microporoso definindo a zona de redução localizada aproximadamente ao mesmo nível no corpo do gaseif icador, que o tubo de descarga. Essa camisa perfurada permite que o gás efluente produzido no processo de gaseificação seja limpo e removido com eficiência, reduzindo seu trajeto através da segunda zona de oxidação. 0 gaseificador do primeiro aspecto da invenção, de preferência, ainda compreende meios fixados ao tubo de descarga para manter o gaseificador abaixo da pressão atmosférica, de modo que ar seja succionado para dentro do gaseificador através de entradas de ar apropriadas. A operação do gaseificador abaixo da pressão atmosférica propicia um mecanismo à prova de falhas, de modo que, no caso dos meios para manter a pressão reduzida falharem, os processos de combustão no gaseificador cessem devido a uma falta de oxigênio, impedindo um acúmulo perigoso dos gases de produto.

As entradas de ar dentro do gaseificador são mantidas com a sucção negativa através dos tubos principais da entrada de ar. 0 ar continuamente succionado é arrastado para dentro dos dutos anulares, que estão localizados no círculo externo das zonas de oxidação. Os dutos anulares permitem que o ar seja preaquecido, antes de sua injeção para dentro das zonas de reação, através dos jatos de entrada de ar montados na superfície interna das gargantas inclinadas. Assim, o ar preaquecido possui também um efeito refrigerante para as superfícies metálicas do gaseificador nos níveis da garganta.

No gaseificador da presente invenção, a quantidade de oxidação secundária na segunda zona de oxidação é controlada pela quantidade de ar admitida pela válvula secundária de entrada de ar.

Um gaseificador desses pode ser usado para gaseificar combustível sólido incorporando biomassa, combustível fóssil, dejetos ou suas combinações, para produzir um efluente combustível. 0 'combustível sólido' pode conter líquido arrastado (tal como umidade, óleo, borra de óleo) dentro dos poros entre ou dentro das partículas de combustível sólido.

Em decorrência disto, um segundo aspecto da presente invenção propicia um processo para a gaseificação de combustível sólido para produzir um efluente combustível, usando um gaseificador do primeiro aspecto da invenção, compreendendo as etapas de oxidar parcialmente um combustível sólido na primeira zona de oxidação para produzir um carvão vegetal, reduzir o carvão vegetal na zona de redução para formar cinzas, em seguida, oxidar qualquer resíduo de carvão vegetal nas cinzas, na segunda zona de oxidação, e extrair o efluente combustível produzido nas etapas acima pelo tubo de descarga, onde, na primeira zona de oxidação, o fluxo de gás é na mesma direção que o fluxo de combustível e, na segunda zona de oxidação, o fluxo de gás é na direção oposta ao fluxo de combustível.

De preferência, o efluente combustível a uma temperatura de cerca de 850° C, produzido por ambas as zonas, passa através de um anel de cone perfurado que ê cheio com elemento catalítico microporoso, para craquear os resíduos de alcatrão, pouco antes de abandonar o gaseificador.

De preferência, combustível sólido para o gaseificador e o processo, de acordo com a invenção, incorpora biomassa, tal como despejo líquido, borra de óleo ou de petróleo servido, ou combustíveis ou despejos fósseis, ou suas combinações, como anteriormente definido, que é absorvida dentro dos poros entre ou dentro das partículas de um carregador de combustível adequado. De preferência, o carregador de combustível possui alta porosidade interna e é, mais preferivelmente, no formato fibroso para propiciar ampla porosidade entre as partículas. De preferência, o despejo líquido é misturado com o carregador e briquetado, a fim de adensar o combustível composto.

Biomassa, que pode ser gaseificada pelo gaseificador e processo para gaseificação da invenção, pode incluir qualquer uma das fontes convencionais extremamente variadas, e incluir, por exemplo, madeira e lignoceluloses, pó de serra, carvão, casca de nozes, lodo de esgoto, refugos de couro, refugos de pneu e plástico, refugos municipais ou materiais de resíduos domésticos, caroços de azeitona, farinha de colza, refugos clínicos, detritos e excrementos de aves e gado, refugos de matadouro, refugos de chocolate amargo, sebo, refugos de papel, refugos alimentícios, bagaço da cana de açúcar, óleo servido, borra de petróleo, finos de carvão, resíduos ósseos, resíduos agrícolas e mistura de resíduos fósseis e de biomassa, tal como borra de petróleo misturada com resíduos ósseos, lodo de esgoto, pó de serra ou farinha de colza.

Um carregador adequado pode ser selecionado dentre pó de serra, resíduos ósseos triturados do matadouro, resíduos de pão/ alimentos, despejos municipais, lodo seco de esgoto, palha picotada, farinha de colza e bagaço da cana de açúcar.

Prefere-se que briquetes ou pelotas de combustível, de tamanho uniforme (tais como materiais carbônicos de resíduos ou de biomassa), sejam usados,'a fim de realizar uma distribuição uniforme de ar durante a gaseificação. Prefere-se ainda que o diâmetro máximo dos briquetes de combustível não seja maior do que um-oitavo da parte mais estreita do gaseificador, de modo a impedir a formação de pontes.

No processo para gaseificação, a quantidade de oxidação secundaria demandada irá depender do teor de carvão vegetal restante nas cinzas dos combustíveis.

Combustíveis com alto teor de cinzas, tal como lodo de esgoto, refugos de couro, borra residual de. petróleo, refugos domésticos (RDF), farinha óssea, excrementos de aves e gado, normalmente resultam na conversão com baixo teor de carbono em gaseificadores convencionais, devido ao isolamento de uma certa quantidade de carbono pelas cinzas na zona de oxidação principal.

Em um outro aspecto da' invenção é fornecido um sistema de gaseificação, compreendendo em série: o gaseificador da invenção, um purificador de água, uma unidade de filtro polimérico, um ventilador, uma outra unidade de filtro polimérico e meios para descarregar gás de produto para geração de energia, tal como uma coluna de efluentes conduzindo a um local para ignição limpa.

De preferência, o sistema compreende uma derivação de filtro para uso durante a partida. De preferência, os filtros compreendem unidades de filtro duplo, cada um deles operando lado a lado, assim que somente uma metade da cada unidade de filtro duplo é operada no modo filtrante a qualquer momento, sendo a outra operada no modo de regeneração.

Em um outro aspecto da invenção é fornecido um processo para operar um sistema de gaseificação, como acima definido, compreendendo a gasificação de um combustível sólido, como acima definido, passagem dos gases de produto através de um purificador para remover partículas e as toxinas hidrossolúveis, bem como ácidos, um filtro para absorver alcatrão e umidade, uma ventoinha para acelerar gases, um segundo filtro para absorver uma quantidade adicional de alcatrão e umidade, para produzir um gás para ignição limpa. 0 pH do purificador de água é baixo, a fim de remover os ácidos do gás.

De preferência, o gás do purificador de água é derivado do primeiro filtro durante a partida. De preferência, o gás é filtrado em uma metade de uma unidade de filtro duplo a qualquer momento, sendo a outra metade regenerada, mais preferivelmente com gases quentes de descarga. Em uma vantagem particular, o gás abandonando a ventoinha encontra-se em alta pressão, o que é útil para posterior condensação de alcatrão e umidade na segunda unidade de filtro polimérico duplo.

Em uma outra vantagem da invenção, o sistema da invenção e o processo para sua operação produzem gás, que é apropriado para dispositivos geradores de calor e energia, tendo baixos teores de alcatrão e umidade, de preferência substancialmente isento alcatrão e umidade.

Constatamos agora que a extração de alcatrão e umidade pode ser melhorada com o uso de um filtro polimérico microcelular, de células abertas.

Em decorrência disto, em um outro aspecto da invenção, é fornecido um filtro polimérico compreendendo um polímero microcelular polyHIPE de células abertas, compreendendo poros na faixa de 0,1 a 300 mícrons (poros primários) e, opcionalmente, adicionalmente na faixa de 300 a 10.000 mícrons (poros de coalescência), onde o polímero é eficaz em absorver água e alcatrão do gás, e um processo para a sua preparação.

Ambas as formas, ácida e de sal neutralizado, dos polímeros microcelulares sulfonados (eles são também conhecidos como polímeros PolyHIPE) podem ser usadas como materiais absorventes de água.

Esses polímeros são preparados, usando-se o ensinamento de nosso pedido de patente anterior (Polímeros microcelulares como meios de crescimento de células, e novos polímeros, ΞΡ 1 183 328; U.S. 09/856 182). É possível usar polímeros com poros primários e, opcionalmente, adicionalmente com poros de coalescência para absorção de água. Estes tipos de poros são descritos, como a seguir: Poros primários na faixa de 0,1 ~ 300 pm; por exemplo, pequeno tamanho de poro: 0,1 - 0,5 μηα e grande tamanho de poro: 0,5 a 300 μπι.

Poros de coalescência na faixa de 300 - 10.000 μτη. De preferência, poros de coalescência possuem um tamanho de poro na faixa de 300 a 1.000 μπι.

PolyHIPE com diâmetro de poro particular pode ser obtido por processos aqui abaixo descritos. Em polímeros de células abertas, as comunicações intercelulares são conhecidas como interligações. PolyHIPE pode ter qualquer relação desejada entre interligação (d) e diâmetro de poro (D), por exemplo na faixa de 0 < d/D <0,5, de preferência na faixa de 0,1 < d/D < 0,5, quando o diâmetro do poro for aproximadamente inferior a 200 mícrons. Interligações podem ter um diâmetro na faixa de até 100 mícrons, de preferência de 0,001 a 100 mícrons, mais preferivelmente de 1 - 50 mícrons.

Polyhipes são disponibilizados no comércio, ou podem ser preparados, usando-se processos, conforme divulgados na U.S. 5071747 e nas publicações de patente adicionais nela citadas, ou como aqui abaixo descrito. 0 polímero genérico de polyhipe, que é disponibilizado no comércio, compreende polyhipe de polivinila, e é constituído dos monômeros de estireno na fase oleosa, divinil benzeno (DVB) e surfactante (monooleato de sorbitan Span 80), e pode ser na forma rígida ou flexível, dependendo das proporções relativas de monômeros, adicionalmente na forma flexível incluindo o monômero acrilato de 2-etilhexila e, na fase aquosa, uma quantidade de persulfato de potássio como iniciador da fase aquosa.

Porém, devido à presença de enxofre no polímero, seu uso na limpeza do gás pode não ser ambientalmente desejável. Assim, preferimos usar outras formas de polímeros microcelulares.

Quando o uso dos grupos de enxofre no polímero não for desejável, é preferível usar iníciadores de fase oleosa, como peróxido de laurila (1% da fase oleosa).

Um primeiro e novo polímero de polyHIPE compreendido em um filtro da invenção, assim, incorpora um iniciador de fase oleosa, de preferência, 1,1- azobis(ciclohexano carbonitrila) ou peróxido de laurila em 1% da fase oleosa da emulsão.

Um segundo e novo polímero de polyHIPE compreendido em um filtro da invenção incorpora um monômero (tal como 2-vinil piridina), para tornar o polímero adsorvente, sem causar a decomposição da emulsão, de preferência presente em um teor de 5 - 10%. Novos polímeros podem incorporar, adicionalmente, um monômero (tal como acrilato de 2-etil hexila) para incorporar elasticidade e melhorar a absorbância a choques mecânicos e as boas características de atrito. Elasticidade é também útil para melhorar a capacidade absorvedora de água do polímero hidrofílico. 0 valor preferido da concentração de acrilato de 2-etilhexila é de até Y=30%, mais preferivelmente de Y-15%.

Um terceiro e novo polímero de polyHIPE compreendido em um filtro da invenção incorpora monômero de vinil piridina (com ou sem monômero de acrilato de 2- etilhexila) na forma de uma estrutura de polyhipe com núcleo/ membrana superficial, onde o núcleo do polímero é sulfonado, mas a membrana superficial não é sulfonada, mas ainda assim adsorvente a água. Isto é feito por injeção de uma pequena quantidade de ácido sulfúrico no núcleo do polímero e subseqüente sulfonação desse polímero, usando-se processos conhecidos. Isto assegura que a parte contendo enxofre seja encapsulada, mas ainda que a parte do polímero possa adsorver água.

Descobrimos que os polímeros não devem ser secos em excesso durante o 'estagio de secagem'. Secagem era excesso resulta na redução da capacidade absorvedora de água do polímero, bem como na reduzida taxa coletora de água. De modo característico, a capacidade absorvedora de água desses polímeros é de 10 a 12 vezes superior a seu próprio peso, O polímero a invenção pode ser natural ou sintético, solúvel ou insolúvel, polímero reticulado opcionalmente (bio)degradável, de preferência selecionado dentre proteínas e celuloses, poliacrilamida, polivinila na forma rígida ou flexível, poli(ácido lático), poli(ácido glicólico), polícaprolactona, polí (lactida/ glicolida) e poliacrilimida. O processo para a preparação de polímeros microcelulares de polyhipe compreende, em um primeiro estágio, a formação de uma emulsão de alta faze interna (HIPE), de fase dispersa em fase contínua, onde a fase dispersa pode ser nula, ou pode conter materiais dissolvidos e dispersos, e monômeros, oligômeros e/ou pré- polímeros estão presentes na fase contínua, sua homogeneização e polimerização, por meio de introdução, no primeiro estágio, da fase dispersa por dosagem controlada dentro da fase contínua com misturação controlada na temperatura controlada para alcançar uma emulsão, e subsequente homogeneização por período controlado, sob deformação e polimerização controladas, sob temperatura e pressão controladas.

Poros do Tipo - 1 (Poros básicos) : Esta é a estrutura básica de poros, cujo tamanho é determinado no estágio de emulsificação da formação de PHP. Assim, o tamanho dos poros é essencialmente determinado pelo histórico de deformação (do fluxo) da emulsão. A integridade desses poros é mantida durante a polimerização e as interligações são formadas nesse estágio. Dependendo da química das fases oleosa e aquosa, do volume da fase e das condições de polimerização, tais como temperatura e pressão, o tamanho da interligação pode ser controlado na faixa de 0 < d/D < 0,5.

Poros do Tipo - 2 (Poros de coalescência) : Esse tipo de arquitetura de poros é obtido através da coalescência controlada dos poros do Tipo - 1 durante a polimerização. As gotícuias da fase dispersa na emulsão do PHP são coalescidas pela adição de polímeros hidrossolúveis na fase aquosa, ou pela adição de óleos ligeiramente hidrofllicos (tal como óxido de estireno) na fase oleosa, ou pela elevação da concentração dos monômeros da emulsão.

Neste caso, o tamanho da interligação é igual àquele dos poros do Tipo - 1, que formam uma matriz incorporando os poros coalescidos. Porém, devido ao fato dos poros coalescidos serem muito grandes, se comparados aos poros básicos, a relação d/D é muito pequena.

Emulsões com tamanho muito pequeno de poros (0,1 a 0,5 μπι) são obtidas, usando-se vazões de deformação muito altas, onde o fluxo é predominantemente extensivo e a temperatura de emulsificação é a mais baixa possível.

Emulsões com grandes tamanhos de poros (0,5 a 300 μπι, por exemplo, aproximadamente 200 μπι) são obtidas em altas temperaturas e pouco acima da taxa de deformação crítica, abaixo de qual a emulsão será inteira ou parcialmente invertida, por exemplo em um sistema do tipo de óleo em água. A taxa de deformação crítica pode ser determinada pela variação, por exemplo, da taxa de adição ou da taxa de deformação durante a misturação de um determinado sistema.

Essas emulsões devem ser também processadas em um curto período de tempo, usando-se predominantemente fluxos por cisalhamento.

Emulsões com poros muito grandes (300 a 10.000 μπ\, de preferência 1.000 μτη) são obtidas através do processo de coalescência de poros controlada durante a polimerização. Existem dois processos para realizar coalescência controlada: 1) pela adição, na fase aquosa (dispersa), de uma quantidade conhecida de polímero hidrossolúvel ou 2} pela adição de solutos de 'material de enchimento' na fase oleosa contínua. Em ambos os processos, a concentração e o tipo desses aditivos são importantes. Se as concentrações forem baixas, esses aditivos resultam em polímeros de polyhipe com poros na faixa de 1 - 200 μπι, com algumas propriedades desejadas. Se a concentração for superior a um certo valor, os poros de coalescência começam a se formar. Neste caso, o tamanho dos poros é ditado pelo tamanho dos poros antes do início da coalescência, temperatura de polimerização e concentração, peso molecular e tipo de aditivo. A emulsão pode ser obtida a partir de quaisquer fases imiscíveis desejadas formando uma fase contínua e uma dispersa, de preferência a partir de fases aquosas e não- aquosas, mais preferivelmente de fases aquosas e oleosas. A emulsão obtida pode ser uma emulsão aquosa em óleo ou uma emulsão oleosa em água.

Por meio da dosagem controlada da fase dispersa na fase contínua, é possível obter a emulsão desejada. Em um misturador de lotes, a dosagem da fase dispersa é, de preferência, conduzida pelo fundo do misturador, usando-se pontos de entrada singelos ou múltiplos. Uma alimentação de entrada múltipla resulta em emulsões com poros maiores. Se a taxa de dosagem for muito rápida, a misturação criada pelo jato emergente da fase aquosa é muito forte e, assim, o tamanho dos poros da emulsão diminui. Assim, esta combinação de pontos múltiplos de alimentação com uma dosagem relativamente prolongada cria uma emulsão com grandes poros. Após o término da dosagem, a emulsão deve ser homogeneizada, mas se o período de homogeneização for longo, o tamanho dos poros diminui. A misturação controlada, conforme acima definida, pode ser crítica ou prolongada. A misturação crítica é a misturação suficiente para provocar a dispersão da fase aquosa na fase oleosa sem inversão de fases. A misturação crítica é obtida pelo uso de um campo de misturação homogêneo, pelo qual o tamanho dos poros é substancialmente uniforme, impedindo a decomposição da emulsão e a inversão de fases. A misturação pode ser por qualquer meio adequado para propiciar um campo de misturação homogêneo, substancialmente ao longo do volume total das duas fases, sendo, de preferência, por misturação de lâminas múltiplas, jatos múltiplos e semelhantes.

Constatamos anteriormente que, ao contrário do ensinamento da U.S. 5.071.747, a obtenção de uma emulsão estável com grande diâmetro de poros é alcançada pela minimização da intensidade da misturação. Em decorrência disto, por meio da dosagem, misturação homogênea e semelhante, uma emulsão estável pode ser obtida, dispensando a necessidade da misturação intensa. A homogeneização pode ser realizada em um circuito externo, usando-se uma bomba, tal como uma bomba de engrenagens ou uma bomba espiral, que pode ser também acoplada a um misturador estático ou dinâmico. Tipos de misturadores estáticos ou dinâmicos para este tipo de homogeneização são descritos em: Akay, G.; Irving, G.N.; Kowalski, A.J.;

Machin, D., Aparelho de misturação dinâmico para a produção de composições líquidas. Patente U.S. 6.345.907, 12 de fevereiro de 2002, e Akay, G., Processo e aparelho para processar materiais escoáveis e polímeros microporosos.

Pedido de Patente Internacional, Publicação PCT WO 2004/004880, 15 de janeiro de 2004. A dosagem, emulsificação e homogeneização podem ser conduzidas em qualquer temperatura adequada, dependendo do tamanho dos poros no polímero final de Polyhipe. Se o tamanho de poro desejado for grande, a temperatura preferida é alta, mas apesar disto, abaixo do ponto de ebulição da menor fase de ebulição. Uma fase aquosa, como a menor fase de ebulição, ferve em torno de 100° C. Foi constatado que o processo da invenção empregando a temperatura de emulsificação de 60° C ou superior resulta em polímeros sendo obtidos, tendo um tamanho de poros superior a 60 mícrons. Um aumento da temperatura de emulsificação acima de 60° C resulta em um aumento dramático no tamanho dos poros por uma quantidade superior àquela obtida para um aumento similar na temperatura abaixo de 60° C. A temperatura máxima de emulsificação pode ser superior à temperatura normal de ebulição da menor fase de ebulição, por exemplo a menor fase de ebulição pode incluir qualquer componente adequado, adaptado para elevar o ponto de ebulição. De preferência, a fase aquosa inclui um eletrólito, que é estável a 100° C e é potencialmente inerte. Por este meio, o processo é, de preferência, realizado em pressões elevadas, quando a temperatura se encontra acima do ponto de ebulição do monômero. A faixa de temperaturas preferida para emulsões com grande tamanho de poros é de 70 - 110° C. A emulsificação e subsequente polimerização podem ser realizadas em temperaturas acima do ponto de ebulição normal dos materiais de fase aquosa ou contínua, pela elevação da pressão acima da atmosférica, usando-se equipamento de processamento contínuo fechado, O processo pode ser realizado com o uso de iniciadores de fase aquosa ou oleosa, agentes de reticulação, materiais de enchimento e outros mais, sendo preferido que esse sejam estáveis na máxima temperatura operacional, conforme acima definido. A escolha dos iniciadores, agentes de reticulação e semelhantes é feita com referência à viscosidade aceitável das fases para emulsificar e homogeneizar. Pode ser aceitável reduzir a quantidade do agente de reticulação demandado pelo uso de uma proporção de pré-polímeros e de pré-polímeros parcíalmente reticulados, opcionalmente com o uso de um material de enchimento de fase oleosa adequado para elevar o volume da fase oleosa e reduzir a viscosidade efetiva.

De preferência, o processo da invenção é caracterizado pelo uso de um iniciador na fase oleosa, em conjunto com, ou no lugar de, um iniciador de fase aquosa, conforme conhecido na técnica. Iniciadores de fase aquosa podem ser empregados para operação em menores temperaturas, e incluem persulfato de sódio ou potássio. Para operação em temperatura elevada acima de 80° C, iniciadores de fase oleosa são de preferência usados, por exemplo, 1,1-azobis (ciclohexanocarbonitrila) ou peróxido de laurila. O agente de reticulação pode ser, por exemplo, divinilbenzeno (DVB). Se houver necessidade do polyhipe ser biodegradável, reticulações hidrolisáveis podem ser obtidas. Esses agentes de reticulação são diacrilato de etileno, N-N'-dialil tartardiaraida, N~N (1,2, dihidroxietano) - bis - acrilamida, e amida cítrica de N- N'-N" - trialila. Porém, neste caso de reticuladores biodegradáveis, o polímero em si deve ser biodegradável.

Esses polímeros são poli (ácido lático) , poli (ácido glicólico), poli ε-caprolactama e poliacrilimida.

Quando polímeros hidrossolúveis são necessários para formar a estrutura microcelular, eles precisam ser reticulados. No caso de tais polímeros, o monômero (tal como acrilamida) é dissolvido em água e uma emulsão de HIPE é formada, dosando esta solução monomérica em um líquido de hidrocarbonetos, tal como hexano ou tolueno na presença de surfactante, iniciador e reticulador adequado.

Proteínas e celulose também podem formar estruturas microcelulares. Neste caso, estes materiais, em conjunto com um emulsíficador adequado, são dissolvidos em uma fase aquosa adequada (água para proteínas e reagente de Schweitzer, Cu (NH3)4 (OH)2, para celulose) e dosados em um líquido de hidrocarbonetos para formar um HIPE contínuo em água. A reticulação é realizada por imersão do HIPE em uma solução de glutaraldeído (para proteínas) ou solução ácida (celulose). 0 processo pode incluir a introdução de qualquer modificador adequado, conforme aqui anteriormente definido, antes ou apõs a polimerização. Por exemplo, modificadores podem ser introduzidos na fase aquosa dispersa e dosados dentro da fase contínua, conforme aqui anteriormente definido. De modo alternativo, um estágio de modificação após a polimerização é empregado, que pode assumir simplesmente a forma da remoção de surfactante, eletrólito e monômero não-reagido, revestimento, posterior polimerização ou reação sobre a superfície polimérica existente. Agentes modificadores e técnicas de modificação são conhecidas na arte. A polimerização é realizada sob condições conhecidas de tempo e temperatura para o respectivo monômero, oligômero e/ou pré-polímero a ser polimerizado, conforme conhecido na arte.

De preferência, o polímero é polimerizado em moldes individuais, de forma que uma película superficial seja formada. Essa possui um benefício de impedir 0 atrito do polímero durante o uso em um leito condicionado. 0 processo alternativo de cortar 0 polímero no material de condicionamento pode resultar na fragmentação em partículas pequenas.

Em um outro aspecto da invenção, é fornecido um novo polímero de polyHIPE, compreendendo polyhípe de polivínila e constituído de dois monômeros na fase oleosa de estireno, dívinil benzeno (DVB) e surfactante {monooleato de sorbitan Span 80), incorporando adicionalmente monômero (tal como 2-vinil piridina) para tornar o polímero adsorvente a água, sem fazer com que a emulsão se separe, de preferência presente em um teor de 5 - 10% e/ou monômero (tal como acrilato de 2-etil hexila) para incorporar elasticidade e melhorar a absorbância a choques mecânicos e as boas características de atrito, caracterizado em que o polímero compreende poros na faixa de 0,1 a 300 mícrons, p. ex., 0,1 a 0,5 mícrons até 200 mícrons como poros primários, e opcionalmente, de forma adicional, se a concentração dos co-monômeros for alta, poros de coalescência na faixa de até 10.000 mícrons, p. ex., de até 1.000 mícrons são formados.

Em um outro aspecto da invenção, é previsto o uso de um gaseificador, processo para gaseificação, sistema e processo de gaseificação, filtro de gás e novo polímero na gaseificação de combustível sólido, como aqui anteriormente definido, de preferência para gerar gases combustíveis para uso na geração de energia, por exemplo usando motores de combustão interna a gás, turbinas a gás, motores bicombustíveis a diesel ou células de combustível.

Uma modalidade detalhada da invenção, bem como outros aspectos preferidos, serão agora descritos com referência ao seguinte desenho: a fig. 1 é um diagrama esquemãtico mostrando um gaseificador, de acordo com a presente invenção; a fig. 2 e um diagrama esquematico mostrando o sistema de gaseificação, com um gaseificador localizado na fig. 1, de acordo com a presente invenção. 0 gaseificador 1 mostrado na fig. 1 pode ser subdividido em cinco zonas globais. Na extremidade superior do gaseificador, onde combustível ê introduzido por meio de uma válvula rotativa de topo, de combustível, com câmara de ar 22, se situa a zona armazenadora e de secagem de combustível 6. Abaixo dessa zona existe uma zona de pirólise 7. A primeira zona de oxidação 8 está localizada abaixo da zona de pirólise 7 e possui ar a ela alimentado através dos bicos de entrada de ar 12 na.primeira garganta distribuidora de ar 2, que define a borda inferior da zona, e na parte superior da zona de redução 5. Essa garganta é inclinada em um ângulo 10 de 10 a 40°, de preferência, de cerca de 20°, de modo a auxiliar o fluxo de combustível para baixo do gaseificador, e pode ser curva, conforme mostrado. Um ângulo superior a 40° leva a uma restrição no fluxo de combustível. A garganta 2 é rigidamente soldada na superfície interna do gaseificador 1.

Um conjunto central de bicos de ar 24 pode auxiliar a distribuição de ar na primeira zona de oxidação, e é particularmente útil, quando o diâmetro da garganta exceder a cerca de 0,5 metro. Um bico desses é, de preferência, localizado na parte central acima da primeira garganta distribuidora de ar 2. O ar é alimentado aos bicos de entrada de ar 12 a partir de um duto anular 23, que é formado entre a primeira garganta distribuidora de ar 2 e a camisa externa do gaseificador. Ar é admitido para dentro desse duto anular 23 por meio de uma válvula primária de entrada de ar 9. Se um conjunto central de bicos de ar 24 estiver presente, esse alimenta ar através de uma válvula 25, cuja operação é conectada com aquela da válvula primária de entrada de ar 9.

Em um gaseificador, onde não haja nenhum conjunto central de bicos de ar 24, prefere-se que cerca de 2/3 dos bicos de entrada de ar 12 sejam localizados na superfície da garganta inclinada 2, e que a terça parte restante seja localizada na zona de redução 5, pelo menos a 20 cm acima da parte perfurada 3 (ver abaixo). Se um conjunto central de bicos de ar 24 estiver presente, então um número igual de bicos está localizado em cada local. A garganta 2 conduz a uma zona de redução 5, que descende como um tubo cônico para dentro da segunda zona de oxidação 14. 0 cilindro, que circunscreve a zona de redução 5, possui uma parte de camisa catalítica perfurada 3, de modo a limpar e permitir o escape do gás de produto 13 diretamente para dentro da segunda zona de oxidação no nível para o tubo de descarga de gãs 18. 0 ângulo, que a camisa catalítica perfurada 3 faz com a direção vertical, é de 10 a 40°, de preferência de cerca de 20°. A segunda zona de oxidação 14 possui ar 15 a ela fornecido através dos bicos de ar 17, que estão localizados na segunda garganta distribuidora de ar 4, que define a borda inferior da zona. Essa garganta é também inclinada a um ângulo IS de 10 a 40°, de preferência, de cerca de 20°, a fim de auxiliar o fluxo de combustível, e considerações similares quanto ao ângulo de inclinação da primeira garganta distribuidora de ar 2 se aplicam aqui. A garganta 4 é soldada rigidamente na superfície interna do gaseificador 1 e é, de preferência, alinhada, ou mais preferivelmente simétrica, com a primeira garganta distribuidora de ar 2. 0 termo "simétrica", conforme aqui usado, significa que as duas gargantas 2 e 4 possuem o mesmo formato e estão localizadas em torno de um eixo vertical comum. 0 ar é alimentado aos bicos de entrada de ar 17 a partir de um duto anular 26, que é formado entre a segunda garganta distribuidora de ar 4 e a camisa externa do gaseificador. Ar é admitido para dentro do duto anular 26 por meio de uma válvula secundaria de entrada de ar 15.

Na base do gaseificador 1, um trado transportador helicoidal 19 se acha localizado para remover a mistura de cinzas/ escória restante no final do processo de gaseificação. As cinzas são descarregadas por meio de uma válvula rotativa isoladora de ar 20, com uma válvula de gaveta deslizante 21 no topo. 0 gás produzido no gaseificador é removido por meio de tubos duplos de descarga do vórtice 18, que são de preferência mantidos a uma pressão reduzida, isto é, inferior à pressão atmosférica, pelo uso de uma ventoinha aspiradora de gás (fig. 2) . A parte superior 6, 7, 8, 5 do gaseificador 1 opera de uma maneira similar a um gaseificador convencional de fluxo descendente, enquanto que a parte inferior 14 do reator do gaseificador 1 opera de uma maneira similar a um gaseificador de carvão vegetal com fluxo ascendente. A área de seção transversal das primeira e segunda zona de oxidação 8, 14 é inferior àquela da zona armazenadora de combustível 6 e da zona de pirólise 7. A fim de manter a distribuição da temperatura uniforme ao longo dessas zonas, a área de seção transversal da zona de redução 5 é inferior àquela das primeira e segunda zonas de oxidação 8, 14.

Para o processo de gaseificação, prefere-se que as pelotas ou briquetes de tamanho uniforme de combustível 11 (tais como materiais carbônicos servidos ou biomassa) sejam usados, a fim de alcançar uma distribuição de ar uniforme na seção da garganta acima da zona de redução 5.

Prefere-se ainda que o diâmetro máximo dos briquetes de combustível não seja maior do que 1/8 da parte mais estreita do gaseificador 1, a fim de impedir a formação de pontes na primeira zona de oxidação 8 acima da garganta 2.

Termopares (não mostrados) podem ser instalados ao longo do gaseificador, a fim de proporcionar monitoração do processo de gaseificação. Um vibrador e/ou atiçador para eliminação de pontes (não mostrado) pode ser também previsto, para permitir a destruição de qualquer ponte que se forme na primeira zona de oxidação 8 acima da garganta 2, ou para impedir o acúmulo de cinzas. 0 vibrador e/ou atiçador pode ser fixado na seção externa de topo do gaseificador 1. 0 gaseificador 1 mostrado na fig. 1 é operado continuamente após a ignição e partida inicial, o que normalmente leva de cerca de 5 a 15 minutos, dependendo do consumo de combustível.

Biomassa naturalmente densa ou adensada e/ou refugos (de combustível carbônico) são carregados para o interior do gaseificador 1, a partir da válvula superior de combustível 22. Após o carregamento de combustível sólido ser concluído, a válvula de combustível 22 e a válvula de descarga de cinzas 21 são temporariamente paralisadas e fechadas, e a bomba aspiradora de gás (fig. 2), conectada ao tubo de descarga 18, é ligada, a fim de que o reator atinja uma pressão de cerca de 5 a 10 mbares abaixo da pressão atmosférica, em cujo ponto, ar de entrada primário é introduzido na zona de oxidação 8 através de um duto anular 23, pela abertura das válvulas controladoras 9 e 25.

Um queimador de gás (não mostrado) localizado no duto anular 23 atua como um dispositivo de ignição, a fim de inflamar e aquecer o combustível na zona de oxidação 8, até que a combustão seja iniciada. A distribuição dos bicos de entrada de ar 12 e 14 permite a penetração homogênea de ar para dentro da zona de oxidação 8, para auxiliar a combustão do combustível a atingir altas temperaturas uniformes (> 1000° C), Após uma temperatura operacional acima de 1000° C ter sido estabelecida na primeira zona de oxidação 8, a ignição externa e interrompida. Ao mesmo tempo, a camisa catalítica perfurada 3 pode ser ativada pelo uso de um catalisador básico de metal adequado, para permitir que o gás de produto quente passe através dele. Esta disposição catalítica microporosa interna no gaseificador 1 irá permitir a produção do gás de produto 13 isento de alcatrão, antes do gás abandonar o gaseificador 1. A temperatura operacional da primeira zona de oxidação e, assim, a produção do gaseificador é, em seguida, controlada pelo aumento ou redução da entrada de ar 9. 0 gaseificador 1 pode ser operado com eficiência a um nível tão baixo quanto 20% de sua capacidade máxima de produção, através do controle das entradas de ar 9, 15 e 25. A alta temperatura alcançada na primeira zona de oxidação 8 resulta em uma temperatura de cerca de 400 a 600° C na zona de pirólise 7, e de cerca de 100° C na zona de secagem 5, pela radiação ascendente do calor.

Durante a pirólise, que pode demorar cerca de 20 minutos, o combustível denso de tamanho uniforme 11 libera gases combustíveis e forma carvão vegetal sem a alimentação de oxigênio. As seguintes reações são características daquelas que ocorrem na zona de pirólise: Formação de Carvão Vegetal 0,17C6HioC5 C+0,85H2 ΔΗ3οοκ = ~80 kJ/g mol Deslocamento de Gás em Água CO + H20 C02 + H2 ΔΗ300Κ = -33 kJ/g mol Formação de Metano CO + 3H2 -> CH4 + H2 ΔΗ300Κ = -205 kJ/g mol C02 + 4H2 -> CH4 + 2H20 ΔΗ300Κ = -192 kJ/g mol 2CO + 2H2 -> CH4 + C02 ΔΗ298Κ = -247,3 kJ/ mol 0 carvão vegetal é, a seguir, arrastado pela sua própria força de gravidade para a primeira zona de oxidação 8, em seguida para a zona de redução 5, onde ocorrem, respectivamente, reações exotérmicas e endotérmicas em altas temperaturas.

As seguintes reações são características daquelas que ocorrem na zona de oxidação 8.

Oxidação Parcial CO + 1/2 02 -> CO ΔΗ298κ = -298,0 kJ/g mol CO + 1/2 02 C02 ΔΗ298κ = -285,0 kJ/g mol H2 + 1/2 02 H20 ΔΗ298Κ = -241,8 kJ/g mol Uma vantagem de operar a zona de oxidação 8 a uma temperatura de pelo menos 1000° C é que qualquer quantidade de alcatrão nos gases de pirolise produzidos na zona de pirólise 7 pode ser craqueada até determinado ponto para produzir hidrocarbonetos com menor comprimento de cadeia.

Na zona de redução 5 (muitas vezes também chamada de zona de gaseificação), o carvão de biomassa é convertido em gás de produto pela reação com gases quentes a partir das zonas acima 6, 7 e 8.

As seguintes reações são características daquelas que ocorrem na zona de redução 5: Formação de Metano C + 2H2 -> CH4 ΔΗ298κ = -74,9 kj/mol Reação de Boudouard C + C03 2CO ΔΗ298κ = -172,5 kJ/mol Reação de Gás em Água C02 + H2 CO + H20 ΔΗ296Κ = -41,2 kj/mol C + H20 CO +H2 ΔΗ298κ = -131,3 kJ/mol Os gases de produto dessas zonas são, então, aspirados através da camisa de perfuração 3, que pode ser cheia com catalisador microporoso altamente ativo na parede envolvendo a zona de redução 5, e abandonam o gaseificador através do tubo de descarga 18. O uso da parte perfurada 3 na parede envolvendo a zona de redução 5 permite que os gases de produto craqueiem os alcatrões residuais. Ele também reduz a quantidade de cinzas e partículas coletadas pelos gases de produto, particularmente na segunda zona de oxidação 14, e conduzidas para fora do gaseificador 1.

As partículas restantes de carvão vegetal, que não forem inteiramente gaseificadas na zona de redução 5, caem dentro da segunda zona de oxidação 14 para combustão secundária e gaseificação de qualquer porção de carvão vegetal restante nas cinzas (por reações similares que ocorrem na primeira zona de oxidação 8) . 0 gás de produto formado na câmara de combustão secundária 14 é conduzido para cima até a descarga 18, devido à pressão negativa aplicada na descarga 18. A quantidade de oxidação secundária demandada irá depender da concentração de carvão vegetal restante das cinzas dos combustíveis. Combustíveis com alto teor de cinzas, tais como lodo de esgoto, refugos de couro, . borra residual de petróleo, refugos domésticos (RDF), farinha óssea, excrementos de aves e gado, normalmente resultam na conversão com baixo teor de carbono em gaseificadores convencionais, devido ao isolamento de uma certa quantidade de carbono pelas cinzas na zona de oxidação principal. No gaseificador da presente invenção, a quantidade de oxidação secundária na segunda zona de oxidação 14 é controlada pela quantidade de ar admitida pela válvula secundÁria de entrada de ar 15.

As zonas de oxidação secundárias operam tipicamente entre 650 e 850° C. Misturas de gases combustíveis quentes (a cerca de 450° C) abandonam o gaseificador 1 a partir dos tubos de descarga 18 após passarem pela zona catalítica perfurada 3. Na fig. 2, o gás de produto, que pode conter uma pequena quantidade de alcatrão (inferior a 20-50 mg/ m3) e matérias particuladas, é descarregado em um ciclone para remoção de cinzas articuladas e voláteis e, a seguir, para dentro de um ou mais trocadores de calor e purificadores de gás/ água com filtros de gás final para posterior processamento, tal como precipitação de quaisquer alcatrões ou umidade no gás de produto.

Durante a operação normal do gaseifícador 1, o trado de cinzas 19 e a válvula rotativa 20 são operados continuamente, numa taxa de rotação para extrair a escória do reator, de modo que o processo de gaseificação não seja perturbado. G modo de operação do trado de cinzas 19 depende do teor de cinzas da biomassa e/ou do refugo gaseificado.

Prefere-se que o gaseifícador seja operado, de modo que o teor de carbono das cinzas e da escória removido do gaseifícador seja inferior a 3%. A fig. 2 ilustra um sistema de gaseificação, compreendendo em série: o gaseifícador da invenção, um purificador de água, uma unidade de filtro polimérico duplo operando lado a lado, uma ventoinha, uma outra unidade de filtro polimérico duplo e meios para descarregar gás de produto para geração de energia. O gãs do purificador de água pode também contornar a primeira unidade de filtro polimérico duplo, que é de preferência na forma de duas unidades filtrantes poliméricas, se necessário (isto pode ocorrer durante a partida, quando o teor de alcatrão for alto). Durante a operação normal, enquanto o gãs estiver passando através de um elemento filtrante, o polímero é regenerado no segundo elemento filtrante, através do sopramento do gás quente de descarga proveniente do motor de combustão interna. A regeneração pode ser conduzida a 80° C, enquanto que a limpeza do gás é conduzida em temperatura abaixo de 40° C.

Durante a regeneração usando polímero no segundo elemento filtrante, os gases de descarga são também purificados através da absorção pelo polímero, e matéria particulada é também retida.

Esta filtração lado a lado é repetida na saída da ventoinha, onde a pressão é alta, o que provoca uma maior condensação de alcatrão e umidade na segunda unidade de filtro polimérico duplo que realiza a absorção de alcatrão/ água. Existem restrições acerca da temperatura do gás, antes dele poder ser conduzido para dentro do motor de combustão interna. A temperatura preferida é de cerca de 40° C. Assim, o gãs da saída da ventoinha pode ter que ser refrigerado. Isto ajuda na remoção do alcatrão e umidade pelo polímero microporoso no elemento filtrante, na saída da ventoinha. A invenção é agora ilustrada, de uma maneira não limitativa, com relação aos seguintes exemplos.

Exemplo 1 - processo para operar o gaseificador, de acordo com a invenção 1. Partida 0 estágio de partida inclui todas as operações necessárias, até que um estado constante seja alcançado, quando a qualidade do gás para o motor for estável e ininterrupta. Lotes pré-dosados de combustível de biomassa são carregados dentro da tremonha a um nível predeterminado. A seguir, a ventoinha de ar e a bomba de circulação do purificador de água são ligadas. O combustível é inflamado na grelha, usando queimadores de combustível sólido. 2. Operação do gaseificador Os dados medidos são a vazão de combustível, vazão de gás, composição de gás, temperatura e pressão.

Temperaturas foram registradas com um conversor de analógico em digital a cada 15 s para o ar de entrada, zona de secagem, zona de pirólise, garganta e saída do purificador. As quedas de pressão foram também medidas no gaseificador e na saída do purificador de água. A vazão do gás de produto foi medida por um medidor de fluxo de gás localizado após a ventoinha de sucção. As quantidades de alcatrão e condensado no gás de produto foram determinadas a partir das amostras de gás coletadas no gaseificador e nas saídas do purificador de água.

Cavacos limpos e secos de madeira e carvão vegetal para uso como filtros são colocados nas respectivas bandejas do elemento filtrante. 0 medidor do fluxo de gás é regulado na vazão demandada. A ventoinha de ar é ligada, seguido também pela ligação da bomba de circulação (bomba do purificador de água) no lado do tanque de água. A seguir, a chama piloto para inflamar o gás de produto foi acesa. A vazão do gás de produto foi medida pelo medidor do fluxo de gás localizado após a ventoinha de sucção. Uma ventoinha de circulação (ventoinha aceleradora de gás) é usada para propiciar o efeito de sucção, que é exercido por um motor acoplado ao gaseificador, a fim de aspirar o gás de produto para fora do gaseificador, através do purificador e da chaminé, onde ele é queimado após a inflamação por um queimador piloto. A temperatura foi medida continuamente em seis locais distintos por termopares e os dados foram registrados em um computador. 3. Limpeza do gás Um aparelho de tubo U foi usado para coletar alcatrão e condensado, e para limpar as amostras de gás para análise do gás. 0 aparelho de tubo U consiste basicamente de uma sonda de amostragem de ácido inoxidável, com 5 mm de diâmetro, conectada ao tubo de plástico. Ela contém dois tubos em U de Pyrex em série para retenção de alcatrão e umidade. 0 primeiro sifão contém os leitos de vidro esférico com um menor diâmetro para propiciar uma grande área superficial ao gás produtor úmido, enquanto que o segundo sifão contém silica gel entre duas peças de lã de vidro. Uma bomba de vácuo (tipo AEI BS 2406, 0,25 HP) foi usada para aspirar o gás através do tubo de amostragem. Um rotâmetro (MFG Fischer, 10 1/min) foi instalado entre os . tubos U e a bomba de vácuo. O tempo para o fluxo de gás através do tubo foi anotado com vazão constante de gás, para verificar o teor de alcatrão do gás de produto. 4. Parada 0 procedimento de parada inclui todas as ações para vedar o gaseificador com segurança. O computador, purificador de água, bicos de ar do gaseificador, ventoinha de circulação e ventoinha de descarga da caldeira são desligados em uma seqüência ordeira, com o queimador dos gases de saída permanecendo ligado, usando-se um queimador de gás natural secundário, até que nenhum gás combustível seja produzido. 5. Processamento de dados Para um equilíbrio integral de massa, o procedimento de limpeza inclui todos os procedimentos necessários para coletar alcatrão, carvão vegetal, cinzas e condensados. Após o reator ser resfriado, as quantidades de cinzas e de carvão vegetal foram determinadas, através de sua coleta na câmara de cinzas, Finalmente, a placa superior do gaseificador foi aberta, a fim de que todo o bagaço da cana de açúcar não utilizado fosse cuidadosamente removido e monitorado. A taxa de alimentação média de combustível foi calculada, pela divisão da quantidade total do bagaço da cana de açúcar consumida pelo tempo total de operação do gaseificador. 6. Preparação do combustível A consistência do combustível de biomassa é importante na gaseificação, a fim de alcançar um fluxo contínuo através do reator e para propiciar uma composição confiável do gás de produto e um valor calorífico para os processos de conversão de energia a jusante. Além disto, o espessamento do combustível de biomassa reduz o tamanho do reator, enquanto que o formato e tamanho do combustível espessado reduzem as flutuações nas vazões de gãs e combustível, bem como a qualidade do produto subseqüente.

Para combustíveis de biomassa já espessados, tais como cavacos de madeira, um espessamento adicional não é crucial, mas desejável. Porém, para combustíveis com grandes variações no seu teor e baixa densidade volumétrica, tais como esgoto sólido municipal, isto é absolutamente inevitável. Assim, o esgoto sólido municipal, após a remoção dos metais e vidro, é termicamente tratado para se obter um pó rico em celulose, ou ele é picotado e, em seguida, briquetado para espessar o combustível.

Quando o material a ser gaseificado é líquido, tal como borra de óleo de refinaria, ele pode ser seco para se obter material sólido, ou ele pode ser misturado com um carregador sólido, de preferência biomassa. Uma biomassa dessas usada foi farinha óssea, que contém grandes quantidades de cálcio. Assim, é útil remover enxofre do óleo, pela formação de sulfato de cálcio. 7. Análise do gás Um cromatógrafo de gás (Shimadzu GC-8A) foi usado para analisar as amostras de gás usando hélio como um gás condutor. A Cromatografia de Gás (GC) possui duas colunas (chromosorp 101 e peneira molecular) e um detector de condutividade térmica. Os parâmetros, influenciando o tempo de retenção e a quantidade dos gases para cada coluna, são apresentados na Tabela 4.1. Ao mesmo tempo, o gás foi conduzido através do aparelho de tubo U, para detectar as quantidades de alcatrão e condensado no gás úmido produzido. A umidade de ar nas proximidades do aparelho de teste foi medida de tempos em tempos durante o experimento, a fim de se fazer cálculos precisos para o balanço de massa e de energia.

Exemplo 2 - RESULTADOS DA GASEIFICAÇÃO COM VÁRIAS

MATÉRIAS PRIMAS SÓLIDAS * RDP / MSW; Esgoto Sólido Municipal Conclusão Conforme mostrado nas Tabelas 2A e 2B, as operações forneceram um bom controle de temperaturas, com todos os combustíveis fornecendo uma temperatura de garganta na primeira zona de oxidação de cerca de 1000° C.

As propriedades do gás de produto foram excelentes, fornecendo, em todos os casos, uma boa composição de combustível para combustão subseqüente. Particularmente todos os combustíveis foram caracterizados por 6 megaJoules / m3, superior ao mínimo de 4 megaJoules / m3 necessários para combustão em um motor de combustão.

Como mostrado nas Tabelas 3A e 3B, isto é adequado para que a ignição limpa forneça baixas emissões, por exemplo: 5 mg / m3 de NOx e 7 mg / m3 de S02 e níveis residuais de N02 e NO.

Exemplo 4 - preparação do polímero de polyhipe para uso em um filtro, de acordo com a invenção A composição das fases oleosas e aquosa é abaixo apresentada: FASE OLEOSA: Monômero de estireno: (78-X-Y-Z) % Monômero de 2-vinilpiridina: X % Monômero de acrilato de 2 - etilhexila: Y % Iniciador solúvel na fase oleosa: Z % Divinil benzeno (agente de reticulação): 8% Monooleato de sorbitan (surfactante aniônico de Span 80}: 14% FASE AQUOSA: Água contendo Z % de persulfato de potássio. 0 volume de fase preferido da fase aquosa é de 80 - 95%, mais preferivelmente de 90 - 95%. A inclusão do monômero 2-vinil piridina em altas concentrações resulta na decomposição da emulsão. Assim, o valor preferido de X se situa entre 5 - 10%. O uso de acrilato de 2-etilhexila é tornar elástico o polímero microporoso. A elasticidade do polímero resulta em melhor absorbância a choques mecânicos e em boas características de atrito. A elasticidade é também útil para melhorar a capacidade coletora de água do polímero hidrofílico. O valor preferido da concentração de acrilato de 2-etilhexila é de até Y = 30%, mais preferivelmente de Y = 15%. O iniciador solúvel na fase aquosa e/ou na fase oleosa está presente em uma concentração de Z = 0 - 1%. O iniciador de fase oleosa se faz presente, quando o iniciador de fase aquosa contendo enxofre (persulfato de potássio) não for usado, A preparação da emulsão foi realizada em um misturador de lotes, a partir de uma fase oleosa e de uma fase aquosa, dosada a uma taxa predeterminada, enquanto que a emulsão foi agitada em velocidade rotativa constante. A taxa de dosagem, taxa de deformação, taxa de misturação foram determinadas, em função do volume das respectivas fases, diâmetro do misturador de lotes e dos impelidores, velocidade rotativa dos impelidores e tempo de homogeneização. A fim de eliminar as diferenças no desempenho das diferentes condições de misturação, caracterizamos a misturação por meio de: Taxa de dosagem RD = VA / tD

Taxa de deformação durante a dosagem Re = VA / (tDV0) Taxa de misturação RM = Di Ω / D0 Onde: VA = Volume da fase aquosa adicionada durante um período de tempo tD V0 = Volume da fase aquosa, derramada no misturador de lotes, Di = Diâmetro dos impelidores D0 = Diâmetro do misturador de lotes Ω = Velocidade rotativa Também definimos Ph como o tempo de homogeneização e tT como o tempo total de misturação. tT = tp + tn Dois impelidores de pás planas (8 cm de diâmetro e 1,4 cm de largura) foram usados em um tanque de misturação de 8,5 cm de diâmetro. A separação dos impelidores foi de 1 cm. 25 ml da fase oleosa foi derramada no fundo do tanque, e 225 ml da fase aquosa foi dosada, usando-se 4 pontos de alimentação. A temperatura da fase - aquosa foi variada de -1,0 a 80° C, Na preparação polimérica com vinil piridina, a polimerização é realizada a 40° C durante 8 horas, seguido por 50° C durante 8 horas e, finalmente, outras 8 horas a 60° C. Isto assegura que a emulsão não seja destabilizada durante a polimerização. Descobrimos que os polímeros não devem ser secos em excesso durante o "estágio de secagem".

Uma secagem em excesso resulta na redução da capacidade absorvedora de água do polímero, bem como na taxa reduzida da coleta de água. De modo característico, a capacidade absorvedora de água desses polímeros é de 10 a 12 vezes superior a seu próprio peso.

Claims (28)

1. Gaseificador (1) para a gaseificação de biomassa e dejetos para produzir efluente de combustível, compreendendo: a) válvula de combustível (22) para carregamento de combustível sólido (11) dentro de uma primeira zona de oxidação (8); b) primeira garganta (2) definindo a borda inferior da primeira zona de oxidação (8); c) segunda garganta (4) definindo a borda inferior de uma segunda zona de oxidação (14); d) zona de redução (5) ligando a primeira zona de oxidação (8) com a segunda zona de oxidação (14); e e) dois tubos de descarga de vórtice (18), opostamente situados (na zona de redução) para o efluente de combustível, onde, na primeira zona de oxidação, o fluxo de gás ocorre na mesma direção que o fluxo de combustível e, na segunda zona de oxidação, o fluxo de gás ocorre na direção oposta ao fluxo de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de uma zona de catalisador microporoso (3) , na forma de uma camisa catalítica perfurada (3), estar localizada abaixo da zona de redução (5) e ligar a primeira zona de oxidação (8) aos tubos de descarga (18).

2. Gaseificador (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda uma zona de pirólise (7) acima da primeira zona de oxidação (8), e uma zona armazenadora e de secagem de combustível (6) acima da zona de pirólise (7).

3. Gaseificador (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda bicos distribuidores de ar (12, 17) para fornecer ar para as primeira e segunda zonas de oxidação, onde ditos bicos são previstos na primeira garganta (2), na metade superior da zona de redução (5) e na segunda garganta (4).

4. Gaseificador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender ainda um conjunto central de bicos de ar (24) acima da primeira zona de oxidação (8) para alimentar ar à primeira zona de oxidação (8) .

5. Gaseificador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender ainda um mecanismo de descarga sem grelha (19) abaixo da segunda zona de oxidação (14).

6. Gaseificador, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato do mecanismo de descarga sem grelha compreender um transportador de rosca sem-fim (19).

7. Gaseificador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERI ZADO pelo fato das primeira e/ou segunda gargantas (2, 4) serem inclinadas a um ângulo (10, 16) entre 10 e 40° com relação ao eixo horizontal.

8. Gaseificador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERI ZADO pelo fato da primeira garganta (2) e da segunda garganta (4) estarem simetricamente localizadas entre si.

9. Gaseificador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender ainda meios fixados aos tubos de descarga (18), a fim de manter a pressão no gaseificador (1) abaixo da pressão atmosférica.

10. Gaseificador (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato da área de seção transversal das primeira e sequnda zonas de oxidação (8, 14) ser menor que aquela das zonas armazenadoras (6) e de pirólise (7) de combustível.

11. Gaseificador (1), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato da área de seção transversal da zona de redução (5) ser menor que aquelas das primeiras e segundas zonas de oxidação (8, 14).

12. Processo para gaseificação de combustível sólido para produzir um efluente de combustível usando o gaseificador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender as etapas de: 1) oxidação parcial de um combustível de biomassa na primeira zona de oxidação (8) para produzir carvão; 2) redução do carvão na zona de redução (5) para formar cinzas; 3) oxidação adicional de qualquer resíduo de carvão na segunda zona de oxidação (14); 4) extração do efluente de combustível produzido nas etapas acima, pelo tubo de descarga (18), onde, na primeira zona de oxidação, o fluxo de gás ocorre na mesma direção que o fluxo de combustível e, na segunda zona de oxidação, o fluxo de gás ocorre na direção oposta ao fluxo de combustível.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato da extração ser conduzida através do catalisador microporoso (3), de preferência na forma da camisa catalítica perfurada (3).

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTER!ZADO pelo fato da primeira zona de oxidação operar a uma temperatura superior a 850 °C, de preferência de pelo menos 1000 °C.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, CARACTER! ZADO pelo fato de compreender a passagem dos gases de combustão da primeira zona de oxidação através do catalisador (3), para produzir gás sem alcatrão.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, CARACTER! ZADO pelo fato da temperatura da primeira zona de combustão ser controlada pela modulação do coletor de ar (9).

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTER!ZADO pelo fato da zona de redução operar a uma temperatura entre 600 °C e 900 °C.

18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, CARACTER!ZADO pelo fato da segunda zona de oxidação operar a uma temperatura entre 700 °C e 800 °C.

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, CARACTER! ZADO pelo fato de compreender a pirólise de combustível em uma zona de pirólise para formar carvão vegetal, que é seco e avança por gravidade para a primeira zona de oxidação, e, a seguir, para a zona de redução.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato da temperatura na zona de pirólise ser de 400-600 °C e a temperatura na zona de secagem se situar na faixa de 100 °C.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de quaisquer quantidades de alcatrão remanescentes nos gases de pirólise serem craqueadas na primeira zona de oxidação.

22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 21, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender a gaseificação de biomassa, tal como dejeto liquido, por exemplo, borra de óleo ou petróleo servido, que é absorvida pelos poros entre as partículas e no interior das partículas de um condutor de combustível adequado.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato do condutor de combustível possuir alta porosidade interna e ser, de preferência, na forma fibrosa para propiciar ampla porosidade entre as partículas.

24. Processo, de acordo com as reivindicações 22 ou 23, CARACTERIZADO pelo fato do dejeto líquido ser misturado com o condutor e compactado, a fim de adensar o combustível composto.

25. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 24, CARACTERI ZADO pelo fato de um condutor adequado ser selecionado entre pó de serra, resíduo de osso triturado do matadouro, restos de pão/ alimentos, lixo municipal, resíduos de esgoto secos, palha picotada, farinha de semente de colza, bagaço de cana de açúcar.

26. Sistema de gaseificação, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender em série: o gaseificador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, um lavador de água, uma unidade dupla de filtro polimérico operando lado a lado, uma ventoinha, uma outra unidade dupla de filtro polimérico e meios para descarregar gás de produto para geração de energia, tal como uma chaminé de efluentes conduzindo a um local para ignição limpa.

27. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato da ignição limpa ser um motor de combustão interna para geração de eletricidade.

28. Uso de um gaseificador em um sistema, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 26 e 27, em um processo de gaseificação, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 25, CARACTERI ZADO pelo fato de gerar, de preferência, gases combustíveis para uso da geração de energia, por exemplo, usando motores de combustão interna a gás, turbinas a gás, motores a diesel de duplo combustível ou células de combustível.