BRPI0614027B1 - bio-coque e método de produzir bio-coque - Google Patents

Abstract

biomassa solidificada e método para a sua produçao[problemas] prover uma biomassa sólida que possa ser utilizada como um combustível alternativo para o coque de carvão e também como um material para um produto. [meios para solucionar problemas] uma biomassa que é um sólido em um estado semi-carbonizado que é formada pelo aquecimento, pressurização e moldagem de um material de biomassa bruta derivado de fotossíntese, tem uma resistência máxima de compressão de 60 a 200 mpa e um valor calorífico de 18 a 23 mj/kg; e um método para a produção da biomassa sólida mencionada acima, que compreende uma etapa de pulverizar um material de biomassa bruta derivado a partir de fotossíntese, uma etapa de compactar um tubo com o material bruto, uma etapa de equipar o tubo resultante contendo o material bruto com um pistão, uma etapa de aquecer o material bruto e simultaneamente pressurizar e moldar o material por meio do pistão, uma etapa de manter o aquecimento e a pressurização durante um tempo, para preparar um sólido num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado, uma etapa de resfriamento do sólido resultante num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado enquanto mantendo a pressurização, e uma etapa de remoção do sólido resfriado num estado semi-carbonizado ou num estado antes do estado semi-carbonizado e secagem do sólido, onde o diâmetro interno do tubo e o diâmetro externo do pistão são quase iguais.

Description

"BIO-COQUE E MÉTODO DE PRODUZIR BIO-COQUE" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo da Invenção A presente invenção está relacionada à biomassa solidificada e método para a sua produção, mais especificamente está relacionada à biomassa solidificada utilizável como um combustível alternativo ao coque de carvão e também como material utilizável para uma variedade de propósitos e métodos para a sua produção.

Nessa especificação, a resistência compressiva máxima (MPa) é indicativo da dureza com base em JISZ2111 'Compression Test Method of Wood'.

Descrição da Arte Relacionada Os problemas ambientais globais têm se tornado mais e mais sérios nos anos recentes, e a redução da emissão de gases de efeito estufa com base no Protocolo de Kyoto na 3a conferência das reuniões da Convenção das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (COP3), de seguridade das fontes primárias de energia e desenvolvimento de fontes de energia limpas e renováveis têm sido de necessidade urgente levando em conta o esvaziamento previsto do combustível fóssil no futuro. A biomassa tem granjeado atenção como um marco para superar a situação dos dias atuais.

Todavia, o material grosseiro da biomassa é altamente provido de vazios, volumoso, e de eficiência de transporte muito baixa. Além disso, ele é relativamente baixo em relativamente baixo em poder calorífico; o desenvolvimento de tecnologia de transformação para convertê-lo em produtos de alto valor agregado é necessário.

Por outro lado, pela rápida demanda de ferro e aço na China nos anos recentes, o custo do coque de carvão subiu repentinaraente, e o gerenciamento da indústria de fundição e de fabricantes de ferro e aço em geral está notadamente oprimida. Isso é atribuível ao fato de que a produção doméstica de coque de carvão é deficiente e os fabricantes em geral dependem do coque de carvão produzido na China.

Em face de tais circunstâncias, é desejado seriamente no campo da fundição e de siderurgia o desenvolvimento de combustível sólido de alta dureza produzido de biomassa que possa ser utilizada como substituto para diversas porcentagens até dezenas de porcentagens de coque de carvão, reduzindo desse modo os custos de combustível e também reduzindo a emissão de gases de efeito estufa em virtude da natureza neutra do carbono da biomassa.

Além disso, é importante que a qualidade dos lingotes não seja degradada em qualidade por utilizar combustível coque alternativo.

Como tecnologia para utilização do calor da biomassa, são reveladas tecnologia de processamento de pelotas (ver literatura de patente 1 mencionada adiante, por exemplo) e tecnologia de processamento ogalite (ver literatura de patente 2 mencionada adiante, por exemplo) bem como carbonização de biomassa amplamente conhecido.

Pelotas e ogalite são combustíveis adensados por pressão produzidas por desidratação mediante deixar a água livre contida na madeira evaporar a 100 °C, melhorando desse modo a transportabilidade e a capacidade combustível.

Além disso, existem revelados um método de processamento no qual o material biomassa é cortado em aparas estreitas e carbonizadas a fim de obter carbureto de modo eficiente (ver literatura de patente 3, mencionada adiante, por exemplo), um método de processamento para produzir combustível sólido com alto rendimento de energia possuindo alta densidade de energia por volume e peso (ver literatura de patente 4 mencionada adiante, por exemplo,), e um método de processamento para produzir combustível semi-carbonizado e adensado por pressão (combustível bio-carbonizado e adensado, daqui em diante referido como BCDF) de alta transportabilidade para adicionalmente melhorar a transportabilidade (ver literatura de patente 5 mencionada adiante, por exemplo). O BCDF é um combustível sólido a partir do qual uma parte da água quimicamente ligada contida na celulose, etc., bem como a água livre contida na madeira são desidratadas, aprimorando desse modo adicionalmente a transportabilidade e a capacidade combustível.

As literaturas de patente 1 a 5 têm por objetivo produzir combustível sólido com aumentada energia térmica produzida a fim de utilizar de modo eficiente a biomassa derivada da madeira como uma fonte de calor.

Todavia, o combustível sólido do grupo de biomassa derivada de madeira produzido através dos métodos mencionados acima não tem valor calorífico suficiente como comparado com o coque de carvão e também não é suficientemente duro. Portanto, o combustível sólido não pode aguentar as severas condições quando queimado no alto-forno juntamente com o coque de carvão; ele é destruído e queimado no alto-forno, resultando em ser difícil para o combustível sólido ser trabalhado como um combustível alternativo ao coque de carvão.

Além disso, existem diversos tipos de biomassa tais como biomassa de grupos ervais(gramíneas, girassol, etc. ) e biomassa do grupo de restos de alimentos (rejeitos de coalho de feijão, casca de arroz, etc.) os quais são maiores no teor de água e maiores na fração de vazios como comparado com a biomassa derivada da madeira, de modo menos adequadas para utilizar como combustível sólido, e têm sido descartadas por inutilidade. Meios para eficazmente utilizar esses tipos de biomassa têm sido procurados.

Literatura de patente 1: Pedido de patente Japonesa Laíd-Open No. S52-101202 Literatura de patente 2: Modelo de Utilidade Japonesa Gazette No. H08-8085 Literatura de patente 3: Pedido de patente Japonesa Laid-Open No. 2004-43517 Literatura de patente 4: Pedido de patente Japonesa Laid-Open No. 2003-213273 Literatura de patente 5: Pedido de patente Japonesa Laid-Open No. 2003-206490 Revelação da Invenção Problemas a serem solucionados pela Invenção A presente invenção foi produzida à luz dos problemas mencionados acima, e o objetivo da invenção é o de prover biomassa solidificada utilizável como combustível alternativo ao coque de carvão e também como material utilizável para uma variedade de propósitos e métodos para a sua produção.

Meios para solucionar os Problemas Uma modalidade da presente invenção fornece uma biomassa solidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada que resulta através do processamento no qual material de biomassa em bruto que é um produto de fotossíntese é prensado enquanto está sendo aquecido sob uma condição substancialmente lacrada. O sólido semi-carbonizado é produzido por carbonização do material biomassa em bruto liberando gás ou líquido combustível, e a pré-semi-carbonizada tem o estado antes de se tornar o estado da semi-carbozinada sólida. O sólido pré-semi-carbonizado ou semi-carbonizado tem uma resistência compressiva máxima de 60-200 MPa e um valor calorífico de 18-23 MJ/kg.

Em outra modalidade da presente invenção, a matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada tem uma densidade aparente de 1,2-1,38.

Em outra modalidade da presente invenção, a biomassa solidificada consiste de carbureto o qual é formado pela promoção da prensagem da matéria sólida semi-carbonizada ou pré-semi-carbonizada enquanto aquecendo ao mesmo tempo.

Em outra modalidade da presente invenção fornece uma biomassa solidifiçada, em que a matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada é formada pela mistura de material de biomassa em bruto, que é produto de fotossintese com partículas metálicas, e a mistura resultante é prensada enquanto está sendo aquecida.

Em outra modalidade da presente invenção fornece uma biomassa solidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada formada pela mistura do material biomassa em bruto, que é um produto de fotossintese, e um carbureto que possui biomassa e tal é prensado enquanto está sendo aquecido.

Outra modalidade da presente invenção fornece uma biomassa solidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada formada pela mistura de material biomassa em bruto, que é um produto de fotossintese com carbureto particulado que possui biomassa como componente principal, e então prensando a mistura resultante enquanto aquecendo a mesma.

Outra modalidade da presente invenção fornece uma biomassa solidificada que consiste de matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada formada pela mistura de material de biomassa em bruto, que é um produto de fotossintese com resíduos do material possuindo biomassa como componente principal e sendo reduzido ao resíduo, e então prensando a mistura resultante enquanto aquecendo a mesma.

Outra modalidade da presente invenção fornece um método de produzir biomassa solidificada que compreende: triturar o material de biomassa em bruto que é produto de fotossintese; carregar um tambor com o referido material de biomassa em bruto triturado; inserir uma pressão aplicando um pistão movediço num espaço oco do referido tambor carregado com o referido material biomassa em bruto triturado para que a pressão possa ser aplicada no dito material de biomassa em bruto triturado pela dita ferramenta de aplicação de pressão; prensar os referidos materiais biomassa em bruto pela aplicação de pressão ao material com a referida ferramenta aplicação de pressão inserida por deslizamento dentro do barril, enquanto o material está sendo aquecido; permitir hemicelulose entre o componente principal material de biomassa em bruto, isto é, lignina, celulose e hemicelulose, para serem termicamente decompostos e permitir baixa temperatura de reação para ocorrer entre a celulose e lignina enquanto mantém suas estruturas, assim obtendo material sólido semi-carbonizado e pré-semi-carbonizado; resfriar a referida matéria sólida semi- carbonizada ou matéria sólida pré-semi-carbonizada enquanto mantendo pressão da referida prensagem para obter um sólido resfriado; e retirar e secar o referido sólido resfriado.

Em outra modalidade da presente invenção, os componentes vaporizador e gaseificados gerados a partir do referido material de biomassa em bruto quando aquecido e prensado, ficam presos dentro do referido barril por meio da dita ferramenta de aplicação de pressão dentro do barril.

Em outra modalidade da presente invenção, o barril é um recipiente cilíndrico, e o referido pistão de aplicação de pressão é um corpo cilíndrico ajustado por deslizamento dentro da cavidade do recipiente cilíndrico.

Outra modalidade da presente invenção fornece um método de produção de biomassa solidificada compreendendo: triturar o material de biomassa em bruto o qual é um produto fotossintético; carregar o barril com o referido material de biomassa em bruto triturado; inserir o pistão de aplicação de pressão dentro da cavidade do referido barril carregado com material de biomassa em bruto triturado; prensar o referido material de biomassa em bruto triturado aplicando pressão ao referido material com o pistão de aplicação de pressão enquanto o material está sendo aquecido em uma condição substancialmente lacrada no barril; manter o aquecimento e a prensagem por tempo pré-determinado de modo a obter sólido semi-carbonizado e sólido pré-semi-carbonizado, onde o sólido semi-carbonizado é produzido pela carbonização do material de biomassa em bruto sem liberar gás ou liquido combustível; resfriar o material sólido semi-carbonizado ou pré-semi-carbonizado enquanto mantém a pressão de prensagem para obter um sólido resfriado; e retirar e secar o referido sólido resfriado, onde o pistão de aplicação de pressão e a cavidade do barril são formados de tal forma que o pistão pode ser encaixado por deslizamento dentro da cavidade com folga muito pequena entre suas periferias interna e externa.

Em outra modalidade da presente invenção, o material de biomassa em bruto triturado tem um tamanho de partícula de 3 mm ou menos.

Em outra modalidade da presente invenção, a temperatura de aquecimento é de 115-230 °C, e pressão da prensagem é de 8-25 MPa.

Em outra modalidade da presente invenção, as partículas metálicas são acrescentadas quando do carregamento do referido tambor com o referido material de biomassa em bruto triturado.

Em outra modalidade da presente invenção, carbureto particulado que possui biomassa como um componente principal é acrescentado ao referido tambor quando do carregamento do referido tambor com o referido material de biomassa em bruto triturado.

Em outra modalidade da presente invenção, os resíduos do material que possui biomassa como componente principal e que é reduzido a cinzas é acrescentada quando do carregamento do referido tambor com o referido material de biomassa em bruto triturado.

Outra modalidade da presente invenção fornece um método de produzir biomassa solidificada carbonizada a partir de biomassa solidificada da invenção de acordo com a invenção 7, que compreende: aquecer a biomassa solidificada resfriada e solidificada em uma atmosfera aberta, permitir a carbonização da referida biomassa solidificada mediante manter a temperatura de aquecimento e a pressão de ar durante tempo predeterminado para obter biomassa solidificada carbonizada, resfriar a biomassa solidificada carbonizada enquanto é mentida a pressão para obter um sólido de carbureto resfriado, e retirar e secar o sólido de carbureto resfriado.

Em outra modalidade da presente invenção, a temperatura de aquecimento é de 250-350 °C, e a pressão de ar sob a qual a biomassa solidificada é aquecida é de 8-15 MPa.

Efeito da Invenção A biomassa solidificada da invenção possuindo resistência compressiva máxima de 60-200 MPa e valor calorífico de 18-23 MJ/kg, pode ser usada em fundição de ferro ou siderurgia como coque alternativo a ser misturada com coque de carvão. Além disso, como ela tem uma resistência compressiva máxima de 60-200 MPa, ela pode ser utilizada como material para uma variedade de propósitos de aplicação. A biomassa solidificada possuindo densidade aparente de 1,2-1,38 que não é amplamente diferente de sua real densidade de 1,4, tem poucos vazios internos e sua relação de carbono por volume é quase maximizada, tal que ela é maximamente aumentada em transportabilidade. A biomassa solidificada carbonizada da invenção pode ser obtida pelo aquecimento da biomassa solidificada da invenção em ar pressurizado durante um curto período de tempo. O carbureto resultante, a biomassa solidificada carbonizada, possui quase as mesmas características de sólido-combustão como bincho-tan, o melhor carvão vegetal do Japão. A biomassa solidificada produzida pela utilização como material uma mistura de material de biomassa em bruto que é produto de fotossintese e partículas metálicas, pode absorver calor de modo eficiente devido à presença de partículas metálicas no aquecimento e processo de prensagem, resultando na formação homogênea de matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada. Além do mais, as partículas metálicas acrescentadas ao material em bruto e consequentemente contida no bio-coque se torna metal derretido no processo de fundição ou de siderurgia quando do seu derretimento. Portanto, pela adição de partículas de metais ajustados de antemão na relação de mistura dos metais ao material da biomassa, o ajuste dos ingredientes na fundição de ferro ou de siderurgia pode ser conseguido. A biomassa solidificada produzida pela utilização como material uma mistura de material de biomassa em bruto que é produto de fotossintese e um carbureto que possui biomassa como um componente principal, é aumentada na relação de carbono por peso unitário e volume unitário, portanto aumentada em valor calorífico e duração da combustão. A biomassa solidificada produzida pelo uso como material de uma mistura de material de biomassa bruta que é produto de fotossintese e resíduos do material que possui biomassa como componente principal e que é reduzida a resíduos, pode ser utilizada para ajustar o teor de silício no metal derretido em fundição de ferro ou siderurgia sem influenciar a performance de aquecimento do alto-forno.

De acordo com os métodos da presente invenção para produzir biomassa solidificada, o aquecimento e a prensagem é realizada mediante o carregamento de um tambor de moldagem com material de biomassa em bruto triturado e aplicando pressão sobre o material por meio de um pistão de aplicação de pressão inserido de modo movediço no interior do espaço oco do tambor com pequena folga entre a periferia interna e externa do tambor e do pistão, tal que os componentes vaporizados e gaseificados gerados a partir do material de biomassa é capturado no interior do tambor durante o processo de aquecimento/prensagem. Além disso, a biomassa pode ser reformada com vapor superaquecido. Portanto, matéria sólida pré-semi-carbonizada ou matéria sólida semi-carbonizada com alta dureza e um alto valor calorífico é obtida. A bioraassa solidificada pode ser utilizada como material para diversos propósitos de aplicação, por exemplo, para um empilhamento ou placa inclinada.

Pela utilização de material de biomassa em bruto triturado na forma de partículas de 3 mm ou menor em tamanho como material para produzir a biomassa solidificada, o material pode ser carregado no tambor equilibradamente.

Mediante o ajustamento da temperatura de aquecimento para 115-230°C e pressão da prensagem para 8-25 MPa, a matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada possuindo alta dureza e valor calorífico pode ser formada sem requerer excessiva energia de processo.

Pela adição de partículas metálicas ao material de biomassa em bruto quando do carregamento do tambor com o material, a mistura do material de biomassa em bruto e das partículas metálicas podem absorver o calor de modo eficiente, e uma matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada formada de modo homogêneo pode ser obtida. Além disso, as partículas metálicas acrescentadas ao material em bruto e adequadamente contidas no bio-coque se tornam metal derretido no processo de fundição ou de siderurgia quando do derretimento. Portanto, pela adição de partículas de metais previamente ajustadas na relação de mistura de metais em relação ao material de biomassa, o ajuste dos ingredientes na fundição de ferro ou na siderurgia pode ser conseguido.

Pela adição de um carbureto que possui biomassa como um componente principal ao material de biomassa em bruto quando do carregamento do tambor como o material, matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada aumentada em valor calorífico e duração de combustão pode ser formada.

Pela adição de resíduos do material que possui biomassa como componente principal e que é reduzida a residuos ao material de biomassa em bruto quando do carregamento do tambor com o material, matéria sólida pré-semi-carbonizada ou semi-carbonizada pode ser formada com a qual o teor de silício no metal derretido na fundição de ferro ou na siderurgia podem ser ajustados sem influenciar a performance de aquecimento do alto-forno.

Pelo aquecimento da biomassa solidificada em atmosfera aberta por tempo predeterminado e em seguida resfriando sob o ar pressurizado, a biomassa solidificada carbonizada pode ser obtida numa curta quantidade de tempo.

Nesse caso, é preferível aquecer a biomassa solidificada a uma temperatura de 250-350 °C sob ar pressurizado de pressão de 8-16 MPa. Através disso, a biomassa solidificada é carbonizada de modo bem uniforme e carbureto com alto grau de adesão pode ser obtido numa curta quantidade de tempo.

Melhor modo de realizar a invenção A biomassa solidificada da invenção (daqui em diante referida como bio-coque) e métodos de seu processamento serão agora detalhados com referência aos desenhos que acompanham. A Figura 1 é uma vista em perspectiva externa de um exemplo do bio-coque (1) de acordo com a presente invenção. O bio-coque (1) da invenção pode ser produzido utilizando todos os tipos de material de biomassa que sejam produtos de fotossíntese. Como biomassa de fotossintese pode ser citado, por exemplo, o grupo de madeiras, grupo erval, produtos provenientes de instalações agrárias, rejeitos alimentícios, etc.

Como biomassa de grupo de madeiras podem ser citadas, por exemplo, madeira, folhas mortas, agregados ou podas de galhos e de folhas, madeiras flutuantes, rejeitos de papel, etc.

Como biomassa de grupo erval podem ser citados, por exemplo, caules de cana da índia, girassol, etc.

Como biomassa de produtos provenientes de instalações agrárias podem ser mencionados por exemplo, caules de plantas, caules de gergelim, vinhas de batata doce, palha de arroz, etc.

Como biomassa proveniente de rejeitos culinários podem ser mencionados, por exemplo, borras de café, borras de chá, rejeitos de coalho de arroz, etc.

Tal biomassa é composta de celulose, hemicelulose, e lignina como seus componentes principais.

De modo a melhorar as propriedades de resistência térmica desses componentes principais da biomassa sob pressão atmosférica, uma grande parte da água livre é desidratada por evaporação a cerca de 100 °C. Descoloração, decomposição ou amolecimento, gaseificação, e geração adicional de calor e progressão da carbonização ocorre acima das temperaturas apresentadas a seguir para cada um dos componentes; lignina (280-550 °C) , celulose (240-400 °C}, e hemicelulose (180-300 °C) . A lignina é a maior nas propriedades de resistência térmica seguido por celulose e hemicelulose nessa ordem.

Celulose é uma cadeia polimérica altamente cristalizada possuindo estrutura de ligação de ordenamento distinto e grau de polimerização de 2000-15000, tal que ela assume um papel importante na propriedade de dureza da biomassa como um todo.

Lignina tem uma estrutura de ligação tridimensional extremamente complexa, tal que sua contribuição quanto a propriedade de dureza da biomassa como um todo é também alta.

Em comparação, a hemicelulose tem estrutura ramificada e grau de polimerização de 50-200 que é mais baixo como comparado com aquele da celulose, tal que sua contribuição para a propriedade de dureza da biomassa como um todo é baixa.

Foi descoberto que a matéria sólida, isto é, bio-coque de dureza muito alta e superior nas características de queima pode ser produzido mediante deixar a hemicelulose que é estruturalmente quebradiça e baixa nas propriedades de resistência térmica ser termicamente decomposta permitindo desse modo o desenvolvimento do efeito de adesão, comprimir o material de biomassa para permitir que ocorra a reação de termocura entre a celulose e a lignina enquanto elas estiverem mantendo suas cadeias estruturais, e melhorar as características de queima de superfície do sólido. A reação de termocura evolui devido ao surgimento da reação de sitio ativo entre as macromoléculas fenólicas contidas na lignina, etc.

Isso é verificado pelo fato de que a presença de cresol nas moléculas de lignina do produto de reação lignina-cresol foi confirmada pela análise 1H-RMN. Isso significa que a reação ocorreu entre lignina e cresol e o cresol foi infundido dentro das moléculas de lignina. Isso assegura que a reação de termocura irá ocorrer entre as moléculas de fenol e uma rede entrelaçamento intermolecular relativamente homogênea e forte será formada.

Além disso, é possível ativar a reação de termocura mediante a confecção de material e rebaixar a temperatura de prensagem de formação em 10-60 °C ou mais.

Portanto, se torna possível induzir a ocorrência da reação de termocura em baixa temperatura sem carbonizar a biomassa e alcançar características de queima da biomassa solidificada substituta para o coque de carvão. A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processo de produção do bio-coque de acordo com a presente invenção. O método de produção do bio-coque da invenção será detalhado mais adiante com referência à Figura 2.

Como mostrado na Figura 2, o processo de produzir o bio-coque está dividido principalmente em três etapas.

Na primeira etapa, o material de biomassa é quebrado na forma de fraturas de 3 mm ou menores em tamanho.

Na segunda etapa, o material biomassa quebrado na forma de fraturas na primeira etapa é aquecido a uma faixa de temperatura de 115-230 °C e moldado aplicando pressão controlada numa faixa de pressão na faixa de 8--25 MPa- Na terceira etapa, o estado de aquecimento e aplicação de pressão na segunda etapa são mantidos por 10~20 minutos.

Em seguinte a biomassa é resfriada enquanto mantendo a aplicação da pressão na terceira etapa, em seguida a biomassa moldada é retomada e secada para completar a produção do bio-coque da invenção. O método de produção mencionado acima será explicado num modo conhecido. O material de biomassa para a produção do bio-coque é alto na fração de vazios e sua área de superfície é menor no estado como ele está, tal que ele é inadequado para aquecimento e prensagem. Portanto, a fim de realizar a moldagem homogênea, primeiramente o material de biomassa é fraturado em peças de tamanho granular menor que 3 mm ou menor, preferivelmente a 0,01 mm ou menor através de meios de trituração tal como um misturador.

Por meio disso, o material de biomassa pode ser preenchido num tambor de moldagem (mencionado mais adiante) num estado homogêneo com densidade aumentada. Conseqüentemente, a área de contato das peças de biomassa no aquecimento e prensagem, e dureza da biomassa moldada aumenta.

Em seguida, o material biomassa triturado é preenchido num tambor de moldagem tal como um cilindro, e em seguida a isso um pistão de pressão para aplicar pressão é inserido dentro do tambor de moldagem.

Nesse ponto, a forma do tambor de moldagem e o pistão de pressão não é particularmente especificada, a forma da seção transversal deles é preferivelmente circular. Pela adoção da seção circular, o processamento de moldagem pode ser realizado de modo mais estável mesmo quando o tambor de moldagem ou o pistão de pressão é girado ligeiramente no processo de prensagem. O diâmetro interno do tambor de moldagem e o diâmetro externo do pistão de pressão são determinados para serem quase iguais, e o vapor e os componentes gaseificados que são gerados a partir do material de biomassa quando do aquecimento e prensagem do material de biomassa podem ser mantidos dentro do tambor de moldagem, a reforma da biomassa pelo vapor superaquecido é possível, e bio-coque possuindo alto valor calorífico e alta dureza pode ser obtido.

Após o material de biomassa fraturado ser preenchido no tambor de moldagem, o aquecimento e aplicação de pressão é realizado sob uma condição de temperatura de 115~230 °C e pressão de 8~25 MPa como mencionado acima. Esse processo de aquecimento e pressurização é mantido por 10~20 minutos. Quanto ao método de aquecimento, é adequado, por exemplo, que um dispositivo de aquecimento tal como dispositivos elétricos de aquecimento, seja provido para envolver a circunferência externa do tambor de moldagem e o material de biomassa é aquecido através do tambor de moldagem. A prensagem é realizada por meio do pistão de pressão. Quanto ao método de aplicar pressão, é adequado pressionar o pistão de pressão por meio de uma jaqueta hidráulica a óleo, etc. Todavia, deve ser dada atenção, para o fato de poder ocorrer o caso em que a pressão do vapor gerada no tambor de moldagem exceder a pressão aplicada pelo pistão de pressão.

Mediante a realização do aquecimento e pressurização sob uma condição mencionada acima, o bio-coque pode ser obtido o qual é alto em dureza e alto em valor calorífico sem requerer um excesso na energia de processamento.

Isso é devido ao fato de que, pela realização do aquecimento sob uma condição de temperatura de 115-230 °C, a hemicelulose é termicamente decomposta, celulose e lignina reagem entre si em baixa temperatura em presença de vapor superaquecido gerado no tambor de moldagem enquanto da manutenção de suas cadeias estruturais, o que atua sinergicamente junto com o efeito de prensagem, aumentando desse modo a dureza da biomassa solidificada. É mais preferível que o aquecimento e a prensagem sejam realizados sob uma faixa de temperatura de 185-230 °C e faixa de pressão de 12-19 MPa. O bio-coque é resfriado a 40-50 °C ou mais baixo por cerca de 30-60 minutos com o estado pressurizado mantido, em seguida o bio-coque é retirado do tambor de moldagem. Se o bio-coque é retirado quando sua temperatura é mais alta que a referida faixa de temperatura ou quando o estado pressurizado não está mantido durante o resfriamento. o efeito de adesão da hemicelulose se reduz. Quanto ao método de resfriamento, o resfriamento natural por ar . atmosférico é preferível. Se o tempo de resfriamento é muito curto, a ocorrência de rachaduras na superfície e a redução da dureza pode ser induzida.

Além disso, 5-10% de vapor é condensado novamente no bio-coque logo após ele ser retirado do tambor de moldagem em decorrência dele ter sido moldado nas proximidades do estado hermético, isto é, sob condições próximas ao vácuo. A dureza pode ser aumentada mediante sua desidratação através de sua secagem. 0 método de secagem não está particularmente limitado, e a secagem natural mediante deixar na atmosfera ou a secagem numa sala com temperatura controlada de 80-100 °C pode ser mencionado, por exemplo. 0 bio-coque produzido através do processo mencionado acima é excelente nas suas propriedades físicas possuindo dendidade de 1,2-1,38, resistência compressiva máxima de 60-200 MPa, valor calorífico de 18-23 MJ/kg, que significa superior tanto em propriedades de dureza e propriedades de combustão como comparado, por exemplo, com biomassa de madeira não tratada com densidade de cerca de 0,4-0,6, valor calorífico de cerca de 17 mJ/kg e resistência compressiva máxima de cerca de 30 MPa. O bio-coque da invenção é superior em propriedades de dureza e compressão também como comparado com coque de carvão que possui uma densidade de cerca de 1,85, resistência máxima compressiva de 15 MPa e valor calorífico de 29 MJ/kg. A densidade aparente de 1,2-1,38 do bio-coque da invenção é tanto igual àquele da densidade real da biomassa. Desse modo, o bio-coque da invenção tem menos vazios internos, tal que é quase possível maximizar a relação de carvão por volume e obter uma geração de energia térmica quase máxima de cerca de 30 GJ/m3. Além disso, sua transportabilidade é maximaraente aumentada.

Em seguida, variantes do método de produção do bio-coque de acordo com a invenção serão descritas adiante. Nas variantes apresentadas a seguir do método de produção, o processamento de produção propriamente não é alterado, apenas os materiais para produzir o bio-coque são mudados.

Numa primeira variante, partículas metálicas são acrescentadas ao material de biomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Como partículas metálicas a serem acrescentadas podem ser mencionadas, por exemplo, Fe (ferro), Ni (niquel), Cu (cobre), Mn (manganês), etc.

Quanto ao tamanho de grão das partículas metálicas, quanto menor, melhor. É preferível misturar partículas metálicas de tamanho de grão de cerca de 3 mm ou menor (mais preferivelmente de 0,1 mm ou menor). Isso é para permitir às partículas metálicas serem misturadas de modo homogêneo e serem colocadas em contato uniforme com o material da biomassa no tambor de moldagem. 0 bio-coque produzido desse modo irá ter resistência compressiva máxima de 60-200 MPa, valor calorífico de 1-23 MJ/kg, e densidade aparente de 1,3-6,0. O bio-coque efetivamente absorve o calor aplicado proveniente do exterior e a reação de contato entre as peças dos materiais de biomassa é promovida em presença das partículas metálicas, o que leva ao aumento da resistência compressiva da biomassa trabalhada.

As partículas metálicas acrescentadas à matéria em bruto e conseqüentemente contidas no bio-coque se tornam metal derretido no processo de fundição ou de siderurgia quando do derretimento.

No geral, em processos de fundição ou de siderurgia, o ajuste dos ingredientes é requerido no estágio final do processamento de acordo com as propriedades requeridas para o ferro ou aço fundidos (por ex., conversor de aço, etc.). Pela adição de partículas de metais ajustadas previamente na relação de mistura de metais para o material da biomassa, o ajuste dos ingredientes no estágio final pode ser omitido, resultando em redução de custos.

Numa segunda variante, carburetos consistindo de biomassa carbonizada, etc., são acrescentados ao material da biomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Como o bio-coque contém cerca de 40-50% de carvão sob o ponto de vista bioquímico, ele é inferior em características de queima da combustão efetuada pela reação de superfície de sólido como comparado com o coque de carvão em cerca de 50-60%. Isso não influencia o valor calorífico e temperatura de liberação térmica, todavia, se relaciona à duração da liberação de calor.

Para lidar com isso, nessa modalidade, o bio-coque é formado mediante compor carbureto (valor calorífico de 33-42 MJ/kg) consistindo de biomassa carbonizada, etc·, com material de biomassa (composto tal que o carbureto é envolvido pelo material da biomassa).

Desse modo, a relação de bio-coque aumentado em carvão por volume e por peso e melhorado na duração da combustão e valor calorífico pode ser obtido. Isso significa, que as características de combustão de superfície do sólido podem ser aumentadas desse modo. O carbureto consistindo de biomassa carbonizada, etc., preferivelmente é triturado em peças de 3 mm ou menores em tamanho, mais preferivelmente é triturado a pó de 0,1 mm ou menor em tamanho de grão. Não apenas carbureto produzido a partir de material de biomassa, mas também carbureto em pó produzido a partir de material de rejeitos derivado a partir de recursos fósseis podem ser adequadamente utilizados como o carbureto mencionado acima. O bio-coque do tipo composto por carbureto produzido como mencionado acima irá ter resistência compressiva máxima de 60-200 MPa, valor calorífico de 18-27 MJ/kg, densidade aparente de 1,3-1,4.

Portanto, quando pó de carbureto é misturado a 50% em peso do material total, por exemplo, o bio-coque produzido desse modo irá ter aumentada a relação de carvão em cerca de 75%, em valor calorífico em cerca de 15% a 24,5 mL/kg, e também será aumentado na duração da combustão.

Numa terceira variante, resíduos da biomassa, etc., são acrescentadas ao material de biomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Quanto ao material para obter resíduos podem ser mencionados rejeitos de alimentos vegetais, sucata de construção não revestidas com tinta contendo CCA (cromo, cobre, arsênico), materiais isolantes térmicos, etc.

No geral, na fundição e siderurgia, Fe-Si é fundido no alto-forno juntamente com o coque de carvão para acrescentar Si quanto ao ajuste do componente. Embora o material de biomassa contenha silício, pela adição de resíduos da biomassa, etc., ao material de biomassa e moldagem por aquecimento e prensagem, o teor de silício no bio-coque produzido no modo pode ser ajustado sem reduzir o seu valor calorífico e sua dureza.

Numa quarta variante, biomassa contendo enxofre natural em grande quantidade é acrescentada ao material de biomassa e a mistura é aquecida e prensada.

Alguns tipos de biomassa contêm enxofre, fósforo, e semelhantes num estado de ácido sulfônico de lignina ou semelhante em 10% ou mais por volume produzido no processo de fotossíntese. Isso é provocado pelo fato de que uma grande quantidade de enxofre e de fósforo, e semelhantes estão contidos no solo no qual tal biomassa se desenvolve.

Como já mencionado, as propriedades requeridas para fundir ferro e aço diferem de acordo com os seus propósitos pretendidos, e assim é necessário realizar o ajuste de componentes na etapa final de processamento. Enxofre, fósforo, e semelhantes também precisam ser ajustados.

Portanto, pela adição de biomassa contendo enxofre natural e semelhante em 10% ou mais em volume em relação ao material de biomassa num estado similar em tamanho de partícula como aquele do material de biomassa e a moldagem por aquecimento e prensagem, o teor de enxofre e semelhantes no bio-coque pode ser ajustado sem reduzir o valor calorífico e a dureza, e o teor de enxofre e semelhante no ferro fundido e lingote de ferro pode ser ajustado no processo de fundição ou de siderurgia. Como o enxofre, o fósforo, e semelhantes naturais são compostos como aditivos em lugar da utilização daqueles contidos originalmente no combustível fóssil, a carga ambiental pode ser reduzida.

Quando ferro fundido ou lingote de ferro contendo uma grande quantidade de enxofre ou semelhante é requerido, é adequado produzir bio-coque utilizando apenas material de biomassa contendo uma grande quantidade de enxofre e semelhantes.

Como descrito acima, o bio-coque de acordo com a presente invenção é capacitado para ser usado como uma fonte de calor, agente redutor, etc., numa cúpula ou alto forno na de fundição ou fabricação de aço. A alta resistência compressiva do bio-coque permite que ele seja usado como material para diversos propósitos de aplicação. O bio-coque da presente invenção pode ser transformado num sólido de diâmetro de 0,1-250 mm e altura de 1-100 mm.

Aqui, como um exemplo de uso, um caso utilizado numa cúpula como coque alternativo será ilustrado.

Uma vista esquemática em seção de um alto forno de fusão do tipo cúpula(2) é mostrada na Figura 3, sua temperatura característica na Figura 4, e uma vista em perspectiva em corte parcial do alto forno na Figura 5. O alto-forno de fusão do tipo cúpula(2) mostrado nas Figuras 3 e 5 é um alto forno cilíndrico alongado de fundo fechado possuindo uma superfície externa coberta com uma placa de aço (3) e possuindo uma superfície interna formada com uma parede de tijolos refratários (4) . O alto-forno tubular (2) tem um furo para carregamento (5) em sua parte superior, um furo de corrida (6) e um furo de inércia (7) próximo ao seu fundo. Abaixo do furo de carregamento (5) está disposta uma plataforma de carregamento (8). Ligeiramente acima do furo de corrida (6) está disposta uma ventaneira (11) conectada continuamente a um tubo de vento (9) e caixa de vento (10). No fundo do alto forno (12) está disposta uma porta (13) .

Quando o alto forno de fundição do tipo cúpula (2) é usado para a fundição de ferro ou na fabricação de aço, primeiramente, o leito de coque (14) é disposto sobre o fundo (14) do alto forno, e o metal nu (15) e carga de coque (16) são dispostos tal que o metal nu (15) e a carga de coque (16) formem camadas alternadas de metal nu (15) e carga de coque (16) e espaço vazio é formado entre cada camada.

Aqui, ambos o leito de coque (14) e a carga de coque (16) são misturas de coque de carvão e bio-coque (1) da invenção com proporção do bio-coque (1) de vários % a 50% . A Figura 4a mostra uma distribuição da temperatura dentro do alto forno. A distribuição da temperatura dentro do alto forno é como a seguir.

Na região superior (A) onde o metal nu (15) e a carga de coque (16) estão empilhados, a temperatura aumenta gradualmente para baixo desde cerca de 500 °C até cerca de 1000 °C. Na região inferior (B) onde o leito de coque (14) está disposto, a temperatura aumenta rapidamente até cerca de 1800 °C, em seguida se reduz para 1600 °C. A Figura 4b mostra a classificação das condições no alto forno. Na parte esquerda da Figura 4b é mostrada a classificação de acordo com a condição do metal nu (15).

Uma zona de pré-aquecimento é formada na parte superior onde o metal nu (15) e a carga de coque (16) estão empilhados de modo alternado. O metal nu (15) é pré-aquecido nessa região. Uma zona de fusão é formada na zona fronteiriça entre a região superior (A) e a região inferior (B). O metal nu (15) é derretido na zona de fusão. Uma zona de superaquecimento é formada na parte inferior do alto forno onde o leito de coque (14) está disposto e a temperatura atinge um pico. 0 metal nu (15) derretido na zona de fusão é superaquecido na zona de superaquecimento. Uma zona de reservatório liquido onde o metal fundido (18) se acumula é formada na parte de fundo abaixo da ventaneira (11). Na região de bacia, um metal fundido (18) é coletado.

Na zona de pré-aquecimento, um espaço vazio é formado através do qual ar ou o gás de combustão do coque flui. Como o bio-coque (1) da invenção possui resistência compressiva de cerca de 10 vezes mais forte que aquela do coque de carvão (17), o bio-coque (1) não é destruído pela carga que se aplica desde cima e o espaço vazio pode ser mantido.

Na parte direita da Figura 4b é mostrada classificação de acordo com a condição de reação entre o coque e gás no alto forno. A zona de fusão e a zona de superaquecimento são classificadas na forma de uma zona de redução e uma zona de oxidação como mostrado no desenho, uma zona superior sendo a zona de redução e a zona inferior sendo a zona de oxidação.

Na zona de redução, o CO2 gerado pela reação de combustão na zona de oxidação é reduzido. A zona de redução é formada pela redução do CO2 e também gases resultantes da gaseificação do bio-coque (1), mais especificamente, pelos gases (CO, H2, etc.) gerados pela decomposição térmica e gaseificação da celulose e lignina do bio-coque (1). Em outras palavras, significa que o bio-coque (1) opera como um agente redutor.

Quando a biomassa é aquecida sob uma atmosfera de redução, a reação exotérmica resultante provoca gaseificação, e também promove a reação de auto- gaseificação. Esse é o motivo pelo qual a zona de redução (isto é, a região na qual a gaseificação do bio-coque (1) ocorre) é formada na parte superior do leito de coque (14) dentro do alto forno. A zona de oxidação é a zona inferior da zona de superaquecimento, e a temperatura atinge 60 0 °C ou mais na zona de oxidação. Na zona de oxidação, o bio-coque (1) é completamente gaseificado ou queimado (oxidado) a resíduos e o calor para derreter o metal nu (15) é gerado. O motivo pelo qual uma tal zona de oxidação (isto é, a região na qual ocorre a completa gaseificação ou combustão do bio-coque (1)) é formada na parte inferior abaixo do leito de coque (14) é que uma reação de combustão é promovida por sopro de ar desde a parte inferior do alto forno através da ventaneira (11).

Agora as propriedades da combustão do bio-coque (1) serão apresentadas. 0 coque de carvão (17) possui um valor calorífico de cerca de 29 JMJ/kg. Por outro lado, o bio-coque (1) tem um valor calorífico na faixa de 18 a 23 MJ/kg que é ligeiramente mais baixo que o do coque de carvão (17) . 0 valor calorífico e a temperatura de liberação de calor do bio-coque mudam de acordo com a mudança no seu peso provocada pelo processo de sua gaseificação/carbonização.

Primeiramente, em temperaturas entre a temperatura ambiente e 250 °C, o bio-coque é apenas aquecido, e uma reação exotérmica não ocorre.

Em temperaturas entre 250 °C e cerca de 600 °C, o calor é liberado enquanto compostos gasosos tais como CO, H2, etc., vão sendo liberados devido à gaseificação da biomassa, todavia, a temperatura de liberação do calor tende a ser ligeiramente baixa. A 600 °C ou mais, a combustão de carfoonização do bio-coque é provocada pela reação de superfície de superfície do sólido e a temperatura de liberação de calor comparável àquela do coque de carvão (17) pode ser conseguida. A temperatura de liberação de calor do bio-coque excede momentaneamente aquela do coque de carvão (17) e o valor calorífico de cerca de 33-42 MJ/kg que é comparável àquele obtido quando o carvão é queimado.

Portanto, o valor completo para o bio-coque (1) como uma fonte de energia de fusão pode ser realizado numa atmosfera de 600 °C ou maior. O processo de fundição de ferro ou processo de fabricação de aço usando alto forno de fundição do tipo cúpula (2) construído como descrito acima será apresentado adiante.

Primeiramente, o metal nu (15) e a carga de coque (16) são introduzidos a partir do furo de carregamento (5) ao interior do alto forno de fundição do tipo cúpula (2) como mostrado na Figura 3 e 4, a carga de coque (16) sendo uma mistura de coque de carvão (17) e bio-coque (1) com o bio-coque (1) misturado numa proporção apropriada, por exemplo, de vários % a 50% da quantidade total da mistura.

Em seguida, quando o interior do alto forno é aquecido enquanto fornecendo ar a partir da ventaneira (11), o leito de coque (14) na zona de redução é gaseificado, gases voláteis são gerados para aumentar ainda mais a formação da zona de redução. O leito de coque (14) na zona de oxidação é completamente gaseificado ou queimado (oxidado). O empilhamento de metal nu (15) e a carga de coque (16) empilhados em alternância na parte superior do alto forno desmorona e se movimenta para baixo enquanto sendo pré-aquecido à medida que o leito de coque na região inferior no interior do alto-forno é gaseificado ou queimado. O metal nu arrastado é derretido pelo calor gerado pela combustão do coque disposto na zona de oxidação, reduzido pelo ar fornecido a partir da ventaneira (11), e em seguida retirado através do furo de corrida (6) como metal derretido (18) . O metal derretido (18) pode ser obtido num estado de temperatura tão quente quanto o metal derretido obtido quando o coque de carvão convencional é usado ou ainda mais quente, devido às superiores características de combustão do bio-coque (1) na região de alta temperatura como mencionado acima.

Como o bio-coque da invenção pode ser ajustado em componentes no estágio inicial de sua produção, não é necessário o ajuste em componentes usando conversor. Isso torna possível simplificar as etapas de produção como um todo e desse modo reduzir custos.

Como descrito acima, o bio-coque de acordo com a presente invenção pode ser usado como coque alternativo para mistura com o coque de carvão através de proporção de vários % a 50% na fundição de ferro ou fabricação de aço. Nesse caso, efeito similar ou mesmo superior àquele obtido quando 100% de coque de carvão é usado pode ser obtido.

Como o bio-coque da invenção pode ser produzido mediante o uso de um equipamento de construção relativamente simples, o custo de sua produção pode ser reduzido comparado com o coque de carvão.

Além disso, a redução de carga ambiental terrestre pode ser conseguida pelo uso do coque alternativo, o bio-coque da invenção.

Em seguida, um exemplo de utilização do bio-coque de acordo com a presente invenção como material para diversos propósitos de aplicação será apresentado.

Existe uma imensa quantidade de biomassa facilmente acessível e tal biomassa é continuamente produzida. A biomassa com menos potencial de utilização tal como restos de alimentos, gramíneas de leitos de rios ou semelhantes é usualmente considerado lixo, porque é considerado ter pouco valor em sua utilização em muitos casos. Tal biomassa é usualmente forçada a ser recuperada ou incinerada.

Considerando que a biomassa é fixada em carbono através da fotossíntese e tem uma estrutura com organização bem ordenada, é possível construir uma circulação contínua da estrutura em cascata, isto é, emissão zero na circulação ambiental mediante converter tal biomassa na forma de material para diversos propósitos de aplicação mediante tirar proveito de suas características. O bio-coque de acordo com a presente invenção tem resistência compressiva máxima de 60-200 MPa que é maior que aquela do ferro. Adicionalmente, o bio-coque pode ser produzido a partir de restos de alimentos, gramíneas de leitos de rios ou semelhantes, cujo valor de utilidade como material é muito grande. 0 bio-coque pode ser usado como materiais de produtos do tipo para empilhamento tais como cerca de jardins, materiais para ajardinamento; produtos do tipo placas tais como painéis para proteção de costas e encostas, divisórias; etc.

Quando da utilização do bio-coque da invenção como um empilhamento, algum grau de resistência a impacto é requerido. Para satisfazer esse requisito, é preferível que, por exemplo, partículas de metal sejam acrescentadas ao material de biomassa em bruto para melhorar a reatividade entre os componentes da biomassa, ou que o material de biomassa em bruto triturado de modo grosseiro mediante tirar proveito da sua natureza fibrosa, é acrescentado para melhorar a continuidade entre os componentes.

Como descrito acima, de acordo com a presente invenção, é tornado possível utilizar a biomassa disposta para utilização até agora, e apresentar direcionamento no qual artigos produzidos de material plástico derivado de substâncias químicas prejudiciais aos organismos humanos são substituídos por artigos derivados de recursos de biomassa continuamente recicláveis.

Além disso, o bio-coque usado como material para diversos propósitos de aplicação pode ser usado como uma fonte de calor como um material natural. Portanto, quando os artigos produzidos de bio-coque terminam suas funções e são descartados, eles podem ser novamente utilizados como material do bio-coque da invenção, por exemplo, mediante converter o material usado na forma de pó de carvão e misturar com o material de biomassa para produzir o bio-coque. Desse modo, o sistema de utilização em cascata, isto é, um sistema de uso cíclico da biomassa, é realizado. Além disso, como o bio-coque decai normalmente, ele pode ser permitido retornar para a natureza.

Em seguida, um exemplo adicional de utilização do bio-coque da invenção será apresentado.

Carbureto possuindo alta dureza pode ser fabricado num período curto de tempo mediante expandir mais o método até agora mencionado para produzir bio-coque.

Nesse caso, o bio-coque é aquecido adicionalmente em atmosfera aberta. A temperatura e pressão são ajustados para estar de 250-350 °C e 8-16 MPa, respectivamente, para obter cerca de 10 a 30% de rendimento em peso.

Por meio desse processamento, quase 100% de carbureto podem ser obtidos num curto período de tempo- Pelo ajuste da temperatura a 250-350 °C e pressão para 8-16 MPa, um carbureto homogêneo com alto grau de adesão pode ser obtido rapidamente.

Nesse processamento, ocorre uma reação exotérmica de gaseificação no bio-coque e ele se reduz em peso à medida que a carbonizaçao evolui, e quando completamente carbonizado, a matéria sólida é obtida como carvão vegetal. Quando árvores vivas são carbonizadas sob as mesmas condições como acima, elas são rapidamente gaseificadas devido aos efeitos de pressurização, e a matéria sólida obtida como carvão vegetal não pode ser obtida, em lugar disso, apenas resíduos são obtidas. O carbureto obtido pelo processamento mencionado acima tem valor calorífico de 30-35 MJ/kg e dureza maior que a do carvão vegetal. A matéria sólida carbureto tem características superiores de combustão sólida e pode ser usada como uma fonte de calor comparável com a do bincho-tan, o melhor carvão vegetal no Japão.

Exemplos Exemplos de bio-coque de acordo com a presente invenção e método para a sua produção serão detalhados a seguir.

Exemplo 1 Serragem de cedro japonês são triturados na forma de peças de tamanho de cerca de 0,1 mm usando um triturador produzido pela Matsushita Electric Works. 0 material triturado foi carregado a um tambor de moldagem (um vaso cilíndrico de diâmetro de 40 mm e altura de 250 mm) e o pistão de pressão foi inserido dentro do tambor. 0 material foi aquecido e pressurizado a uma temperatura de cerca de 210 °C e uma pressão de cerca de 16 MPa por 10 minutos.

Em seguida, o material foi deixado a esfriar por 60 minutos enquanto mantida a pressão. Em seguida o bio-coque foi retirado e secado na atmosfera. O bio-coque resultante apresentou resistência compressiva máxima de cerca de 100 MPa e valor calorífico de cerca de 21 MJ/kg.

Exemplo 2 0 bio-coque foi formado pelo mesmo processo como no Exemplo 1, exceto que a temperatura de aquecimento foi ajustada para 180 °C. O bio-coque resultante apresentou resistência compressiva máxima de cerca de 80 MPa e valor calorífico de cerca de 20 MJ/kg.

Exemplo 3 O bio-coque foi formado pelo mesmo processo como no Exemplo 1, exceto que a temperatura de aquecimento foi ajustada para 220 °C. O bio-coque resultante apresentou resistência compressiva máxima de cerca de 120 MPa e valor calorífico de cerca de 23 MJ/kg.

Exemplo 4 0 bio-coque foi formado pelo mesmo processo como no Exemplo 1, exceto que um tambor de moldagem de diâmetro de 20 mm foi usado e a temperatura de aquecimento foi ajustada para 220 °C e a pressão foi ajustada para 20 MPa. O bio-coque resultante apresentou resistência compressiva máxima de cerca de 200 MPa e valor calorífico de cerca de 23 MJ/kg.

Exemplo 5 0 bio-coque foi formado pelo mesmo processo como no Exemplo 1, exceto que casca arbórea de cipreste japonês foi usada em lugar da serragem de cedro japonês.

Cascas arbóreas de cipreste japonês foram solidificadas mais rapidamente que a serragem de cedro japonês. O bio-coque resultante apresentou valor calorífico de cerca de 21 MJ/kg e resistência compressiva máxima de cerca de 100 MPa.

Exemplo 6 O bio-coque foi formado pelo mesmo processo como no Exemplo 1, exceto que uma mistura de 10% de serragem de cedro japonês e 90% de casca arbórea de cipreste japonês foi usado como material, e que o material foi aquecido e pressurizado até uma temperatura de cerca de 115 °C e uma pressão de cerca de 21 MPa por 15 minutos. O bio-coque resultante apresentou valor calorífico de cerca de 21 MJ/kg e resistência compressiva máxima de cerca de 83 MPa. A temperatura de aquecimento foi capaz de ser reduzida para cerca de 50 °C devido à presença de macromoléculas de alto teor fenólico, polifenol ou semelhante, contidas na cascas arbóreas utilizadas.

Exemplo Comparativo 1 O mesmo processo como no Exemplo 1 foi adotado, exceto que a temperatura de aquecimento foi ajustada a 240 °C. Nesse exemplo comparativo, o material foi inteiramente carbonizado e não solidificado.

Como descrito acima, é identificado a partir dos exemplos e exemplo comparativo acima que bio-coque superior tanto em valor calorífico como resistência compressiva máxima foi obtido quando a temperatura de aquecimento foi de 115-230 °C. Ao mesmo tempo, quando a temperatura de aquecimento excedeu 230 °C, bio-coque não foi obtido devido ao rápido progresso da carbonização e gaseificação.

Portanto, como a carbonização e gaseificação evoluiram rapidamente numa pequena faixa de temperaturas entre 230 °C e 240 °C, o limite superior da temperatura de aquecimento apropriada para a produção do bio-coque da invenção foi determinado ser de 230 °C.

Além disso, um experimento para demonstrar a capacidade substitutiva do bio-coque para o coque de carvão foi realizada mediante utilizar bio-coque de máxima resistência compressiva de cerca de 100 MPa e valor calorífico de cerca de 21 MJ/kg com uma cúpula vigente de diâmetro interno de 300 mm (da Naniwa Roki Co., Ltd.).

Exemplo 7 10% de coque integral foi substituído pelo bio-coque da invenção numa operação experimental da cúpula.

Foi verificado que a drenagem do metal foi possível similarmente como no caso do uso de 100% de coque de carvão sem grande diferença. O ferro fundido resultante apresentou resistência de tração de 120-160 MPa nó teste de tração subsequente.

Exemplo 8 Além disso, 50% do coque integral foi substituído pelo bio-coque da invenção. 0 resultado foi similar àquele do Exemplo 7. A partir desses resultados, foi identificado que a operação da cúpula pode ser realizada sem diferença daquela do caso de 100% de coque de carvão ser usado mesmo se o bio-coque da invenção é usado como substituto em 50% para o coque total.

Exemplo 9 Bio-coque possuindo resistência compressiva máxima de cerca de 100 MPa e valor calorífico de cerca de 21 MJ/kg foi adicionalmente aquecido a 300 °C num alto forno de aquecimento sob pressão de 8 MPa por 20 minutos. O carbureto obtido por meio desse processamento apresentou um rendimento em peso de cerca de 20% e valor calorífico de cerca de 34 MJ/kg. O carbureto pode ser chamado de bincho-tan artificial, o melhor carvão vegetal no Japão.

Exemplo 10 Gramíneas coletadas num leito de rio foram usadas como o material a ser transformada num bio-coque de empilhamento. 0 bio-coque de empilhamento foi moldado mediante uso de um pistão de pressão do qual a face lateral final do material foi formada numa cavidade cônica. A moldagem foi realizada sob as mesmas condições do Exemplo 1. O empilhamento resultante apresentou resistência compressiva máxima de cerca de 80 MPa.

Aplicabilidade Industrial De acordo com o método da invenção, biomassa solidificada pode ser produzida com equipamento simples com baixo custo, e o bio-coque produzido pelo método pode ser usado como um combustível alternativo ao coque de carvão bem como material para uma variedade de propósitos de aplicação.

Breve Explanação das Figuras A Figura 1 é uma vista externa em perspectiva de um exemplo do bio-coque de acordo com a presente invenção. A Figura 2 é um fluxograma que mostra o processo de produção do bio-coque de acordo com a presente invenção. A Figura 3 é uma vista esquemática secional de um alto forno de fundição do tipo cúpula quando o bio-coque da invenção é usado como coque alternativo. A Figura 4 é um diagrama que mostra as características de temperatura num alto forno de fundição do tipo cúpula quando o bio-coque da invenção é usado como coque alternativo. A Figura 5 é uma vista externa em perspectiva e parcialmente em corte de um alto forno de fundição do tipo cúpula quando o bio-coque da invenção é usado como coque alternativo.

Explanação dos Símbolos 1 - bio-coque 14 - leito de coque 16 - carga de coque 17 - coque de carvão

Claims (16)

1 . Bio-coque CARACTERIZADO por consistir em matéria sólida resultante do processamento no qual o material de biomassa bruta, que é um produto de fotossintese, é prensado enquanto está sendo aquecido sob uma condição vedada para permitir hemicelulose entre os componentes principais do material de biomassa bruta, isto é, lignina, celulose e hemicelulose, para serem termicamente decompostas e para permitir a ocorrência de reação em baixa temperatura entre celulose e lignina mantendo ao mesmo tempo suas cadeias estruturais, por meio do qual a matéria sólida tem uma intensidade de resistência compressiva máxima de 60-200 MPa e valor calorífico de 18-23 MJ/kg e em que a temperatura de aquecimento está entre 115°C e 230°C, a pressão de prensagem é de 8 a 25 MPa e o tempo para aquecimento e prensagem é de 10 a 20 minutos.

2. Bio—coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da referida matéria sólida possuir densidade aparente de 1,2-1,38.

3. Bio-coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do bio-coque resultar do aquecimento da referida matéria sólida numa atmosfera aberta.

4. Bio-coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da referida matéria sólida resultar do processamento no qual uma mistura de material de biomassa bruta, que é produto de fotossintese, e partículas metálicas, é prensada enquanto está sendo aquecida sob uma condição vedada para permitir hemicelulose entre os componentes principais do material de biomassa bruta, isto é, lignina, celulose e hemicelulose para serem termicamente decompostas e permitir a ocorrência de reação em baixa temperatura entre celulose e lignina mantendo ao mesmo tempo suas cadeias estruturais, por meio do que a referida matéria sólida possui uma intensidade de resistência compressiva máxima de 60-200 MPa e valor calorífico de 1-23 MJ/kg.

5. Bio-coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da referida matéria sólida resultar do processamento no qual uma mistura de material de biomassa bruta, que é um produto de fotossíntese, e um carbureto possuindo biomassa como componente principal, é prensada enquanto está sendo aquecida sob uma condição vedada para permitir hemicelulose entre os componentes principais do material de biomassa bruta, isto é, lignina, celulose e hemicelulose para serem termicamente decompostas e para permitir a ocorrência de reação em baixa temperatura entre celulose e lignina mantendo ao mesmo tempo suas cadeias estruturais, por meio do que a referida matéria sólida possui uma intensidade de resistência compressiva máxima de 60—200 MPa e valor calorífico de 18—27 MJ/kg.

6. Bio-coque, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da referida matéria sólida resultar do processamento no qual uma mistura de material de biomassa bruta, que é um produto de fotossíntese, e resíduos do material que possui biomassa como o componente principal e sendo reduzido a cinzas, é prensada enquanto está sendo aquecida sob uma condição vedada para permitir hemicelulose entre os componentes principais do material de biomassa bruta, isto é, lignina, celulose e hemicelulose para serem termicamente decompostas e para permitir a ocorrência de reação em baixa temperatura entre celulose e lignina mantendo ao mesmo tempo suas cadeias estruturais, por meio do gue a referida matéria sólida possui uma intensidade de resistência compressiva máxima de 60—200 MPa e valor calorífico de 18-23 MJ/kg.

7. Método de produzir bio-coque CARACTERIZADO por compreender: triturar o material de biomassa bruta que é produto de fotossintese; carregar um tambor com o referido material de biomassa bruta triturada; inserir uma ferramenta de aplicação de pressão por deslizamento na cavidade do referido tambor carregado com o referido material de biomassa bruta triturada, de modo que a pressão possa ser aplicada ao material de biomassa bruta pela ferramenta de aplicação de pressão; prensar os referidos materiais biomassa bruta pela aplicação de pressão ao material com a referida ferramenta de aplicação de pressão inserida por deslizamento dentro do tambor enquanto o material é aquecido; permitir hemicelulose entre os componentes principais do material de biomassa bruta, isto é, lignina, celulose e hemicelulose, para serem termicamente decompostas e permitir a ocorrência de reação em baixa temperatura entre celulose e lignina mantendo ao mesmo tempo suas cadeias estruturais, assim obtendo material sólido semi-carbonizado e pré-semi-carbonizado; resfriar a referida matéria sólida semi-carbonizada ou matéria sólida pré—semi—carbonizada enquanto a pressão da referida prensagem é mantida para obter um sólido resfriado; e retirar e secar o referido sólido resfriado em que a temperatura de aquecimento está entre 115°C e 230°C, a pressão de prensagem é de 8 a 25 MPa e o tempo para aquecimento e prensagem é de 10 a 20 minutos.

8. Método de produzir bio-coque, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato dos componentes vaporizados ou gaseificados gerados a partir do material de biomassa bruta, quando este é aquecido e prensado, ficarem presos dentro do tambor por meio da ferramenta de aplicação de pressão inserida dentro do tambor.

9. Método de produzir bio-coque, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato do tambor ser um recipiente cilíndrico e da referida ferramenta de aplicação de pressão ser um corpo cilíndrico encaixado por deslizamento dentro da cavidade do recipiente cilíndrico.

10. Método de produzir bio-coque, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato da referida ferramenta de aplicação de pressão ser um pistão de aplicação de pressão e em que o pistão de aplicação de pressão e a cavidade do tambor são formados de tal forma a ter uma folga muito pequena entre suas periferias interna e externa.

11. Método de produzir bio-coque, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato do referido material de biomassa bruta triturada ter um tamanho de partícula de 3 mm ou menos.

12. Método de produzir bio-coque, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato das partículas metálicas serem acrescentadas quando o referido tambor é carregado com o referido material de biomassa bruta triturada.

13. Método de produzir bio-coque, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de um carbureto possuindo biomassa como um componente principal ser acrescentado ao referido tambor quando o referido tambor é carregado com o referido material de biomassa bruta triturada.

14. Método de produzir bio-coque, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato do resíduo do material possuindo biomassa como componente principal e que é reduzido a resíduo ser acrescentado quando o referido tambor é carregado com o referido material de biomassa bruta triturada.

15. Método de produzir bio-coque CARACTERIZADO por compreender: aquecer o referido material sólido obtido a partir do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, em uma atmosfera aberta, permitir a carbonização do referido material sólido mediante a manutenção da temperatura de aquecimento e pressão de ar durante tempo predeterminado para obter material sólido carbonizado, resfriar o material sólido carbonizado enquanto a referida pressão é mantida para obter um sólido de carbureto resfriado, e retirar e secar o sólido de carbureto resfriado.

16. Método de produzir bio-coque, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato da temperatura de aquecimento ser de 250-350°C e da pressão de ar sob o qual o material sólido é aquecido ser de 8 a 16 MPa.