BRPI0710578A2 - sistema e processo para conversão de biomassa em etanol por gás de sìntese - Google Patents

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Karen Venita Kelly
Robert S Davis
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Abstract

<B>SISTEMA E PROCESSO PARA CONVERSãO DE BIOMASSA EM ETANOL POR GáS DE SìNTESE.<D> A presente invenção refere-se a um processo e um aparelho para sintetizar etanol, usando rotas sintéticas por meio de gás de síntese, são descritos. Um processo e um aparelho para gaseificar biomassa, tal como biomassa, em um gaseificador de vapor que emprega um leito fluidizado e aquecimento, usando gases de combustão quentes da combustão de gás de síntese, são descritos. Os processos e o aparelho para converter gás de síntese em etanol são também descritos, usando reações catalíticas escalonadas para converter o monóxido de carbono e hidrogênio em etanol, usando catalisadores incluindo acetato de irídio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA EPROCESSO PARA CONVERSÃO DE BIOMASSA EM ETANOL POR GÁSDE SÍNTESE".
Referência Cruzada a Pedidos de Patentes Relacionados
Este pedido de patente reivindica prioridade do pedido de paten-te provisório 60/789.067, depositado em 5 de abril de 2006, e do pedido depatente provisório 60/881.189, depositado em 19 de janeiro de 2007.
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a processos para gás de síntesee, em particular, a um processo de produção de etanol a partir de biomassa.Este processo de refere à produção de etanol (álcool etílico) a partir de ma-teriais de biomassa. O rendimento de etanol é maximizado pela seleção deetapas cataiíticas eficientes.
Antecedentes
O gás de síntese ou "syngas" é o nome dado a uma mistura ga-sosa que contém proporções variáveis de óxidos de carbono (tal como mo-nóxido de carbono) e hidrogênio. O nome se origina do uso deles como in-termediários na criação de gás natural sintético, amônia, álcool metílico (me-tanol), ou combustíveis.
O gás de síntese pode ser gerado de muitos modos, por exem-plo, por gaseificação de um combustível contendo carbono a um produtogasoso com um valor de aquecimento, por exemplo, gaseificação de com-bustível, biomassa ou materiais de resíduos municipais. Outros exemplosincluem a reforma por vapor de gás natural, metano de várias fontes, ou hi-drocarbonetos líquidos. O gás de síntese é combustível e, freqüentemente,usado como uma fonte de combustível ou como um intermediário para aprodução de outros produtos químicos. O gás de síntese é também usadocomo um intermediário na produção de petróleo sintético, para uso como umcombustível ou lubrificante, por meio de catálise usando um catalisador Fi-sher-Tropsch. O gás de síntese para uso como um combustível é produzido,mais freqüentemente, por gaseificação de carvão ou resíduos municipais.
Quando usado como um intermediário na síntese industrial emgrande escala de hidrogênio e amônia, é também produzido de gás natural(por meio de reação de reforma com vapor). O gás de síntese, produzido emgrandes instalações de gaseificação de aproveitamento de energia de resí-duos, é usado como combustível para geração de eletricidade. Os processosde gaseificação de carvão são razoavelmente eficientes e foram usados pormuitos anos para manufaturar o que era conhecido por gás "de iluminação",ou gás de carvão, para iluminação de ruas e lares, antes da eletricidade es-tar amplamente disponível.
O gás de síntese é amplamente usado para a produção de me-tanol. O gás de síntese de carvão é também usado para produzir um grupode produtos químicos. Pode ser catalisado para produzir uma classe decombustível diesel chamada de "combustíveis Fisher-Tropsch".
Recentemente, bactérias especiais foram desenvolvidas para aconversão de gás de síntese em uma mistura de etanol e ácido acético. Arota química para etanol não é eficiente nesses processos de etapa única.
Foram descritos também vários processos para a síntese de e-tanol diretamente de biomassa, usando processos de fermentação ou outrosbiológicos. Ainda que esses processos tenham sido usados para a produçãode etanol a partir de celulose contida em biomassa, esses processos sãobastante limitados por, entre outras coisas, as suas incapacidades de con-verter as ligninas, contidas em biomassa lignocelulósica, em produtos úteis.
Descreve-se um processo por meio do qual o gás de síntese éconvertido eficientemente em etanol, requerendo pouca purificação e remo-ção de água. Esse etanol é adequado como um combustível alternativo, pa-ra uso industrial, como um precursor químico, ou como um aditivo em produ-tos farmacêuticos ou bebidas.
O álcool etílico (etanol) é um produto global, que é usado embebidas, processos industriais e, mais recentemente, como um combustívelpara motores de combustão, que é de queima mais limpa do que a gasolina.
Em virtude da demanda mundial para etanol ser tão grande eque está crescendo incrivelmente com o esforço de usá-lo como um aditivode combustível em grande escala aqui na América do Norte, um processoque utilize biomassa integral aumentaria a capacidade global de etanol.
A presente invenção descreve um processo por meio do qual ogás de síntese, que é produzido de material de biomassa, pode ser converti-do eficientemente em etanol.
Sumário da Invenção
A presente invenção é um processo de produção de etanol apartir de gás de síntese, compreendendo as etapas de:proporcionar gás de síntese;
converter o gás de síntese em metanol para produzir metanol e monóxido decarbono e hidrogênio;
reagir um catalisador e um promotor com metanol, monóxido decarbono e hidrogênio, para produzir uma mistura compreendendo acetato demetila, hidrogênio, metanol, ácido acético e água;
separar a mistura para isolar o promotor, uma mistura de acetatode metila e metanol, e uma mistura de ácido acético e água; e
adicionar hidrogênio à mistura de acetato de metila e metanol, ereagir a mistura com um catalisador de hidrogenação, para produzir etanol.
Outro processo é descrito, que converte gás de síntese em eta-nol. O gás de síntese é convertido em uma mistura de metanol, monóxido decarbono e hidrogênio; a mistura de metanol e monóxido de carbono é reagi-da por uso de um catalisador, para produzir ácido acético e monóxido decarbono, ácido acético é reagido com etanol, na presença de um catalisador,para produzir um mistura compreendendo acetato de metila e água; e o ace-tato de metila é reagido com hidrogênio, usando um catalisador de hidroge-nação, para produzir etanol.
Um processo é descrito que converte gás de síntese ("syngas"),produzido de material de biomassa, em álcool etílico. A biomassa é gaseifi-cada em um gaseificador a vapor, o gás de síntese é comprimido e reagidocom um ou mais catalisadores, para produzir etanol. O gaseificador de bio-massa nesta invenção é um recipiente em forma de caixa, tendo um fundoque é uma chapa de distribuição, e tubos, em que os tubos conduzem gasesquentes, de modo a aquecer o leito fluidizado. Cada etapa catalítica vai serconduzida por uso do melhor processo disponível, e é uma etapa catalíticarequerendo um catalisador, um recipiente, e calor e pressão adequados.
Um processo para a produção de gás de síntese a partir de bio-massa seca, usando gaseificação com vapor, é descrito. O leito é um recipi-ente em forma de caixa com uma chapa distribuidora para a base, os gasesquentes sendo transmitidos pelos tubos, e a biomassa é injetada para gasei-ficar em gás de síntese. Em uma outra concretização desta invenção, o pro-cesso de gaseificação é de aquecimento por queima de gás de síntese debaixa capacidade térmica, produzido em um segundo gaseificador a soprode ar.
Um aparelho para a produção de etanol a partir de gás de sínte-se é também descrito, em que esse aparelho inclui um reator de metanol,um reator de acetato de metila com um catalisador metálico, um aparelho dedestilação para separar acetato de metila, hidrogênio e iodeto de metila, eum reator de etanol que produz metanol. Em uma outra concretização destainvenção, o aparelho para produção de etanol recebe o gás de síntese deum gaseificador de vapor com um leito fluidizado tendo biomassa seca comoum combustível.
Um processo para a produção de etanol a partir de biomassa étambém descrito, esse processo incluindo proporcionar gás de síntese, con-verter o gás de síntese em uma mistura contendo metanol, reagir a misturacompreendendo metanol para obter uma mistura contendo acetato de metilae metanol com hidrogênio, para a produção de etanol.
Breve Descrição dos Desenhos
Os aspectos apresentados abaixo da invenção vão ser entendi-dos mais facilmente por referência à descrição detalhada apresentada a se-guir, considerada com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
a Figura 1A é uma vista esquemática de uma concretização pre-ferida do processo para a produção de gás de síntese a partir de biomassa,um processo da presente invenção;
a Figura 1B é uma vista esquemática de uma concretização pre-ferida do processo para compressão e reforma de gás de síntese, um pro-cesso da presente invenção;
a Figura 1C é uma vista esquemática de uma concretização pre-ferida do processo para a produção de etanol a partir de gás de síntesecomprimido e reformado, um processo da presente invenção;
a Figura 2 é um desenho mostrando uma vista pela extremidadedo gaseificador a vapor, um aparelho da presente invenção;
a Figura 2A é um desenho mostrando uma vista lateral do gasei-ficador a vapor, um aparelho da presente invenção;
a Figura 3 é um desenho mostrando uma vista do gaseificador asopro de ar, um aparelho da presente invenção;
a Figura 4 é um desenho de uma chapa distribuidora usada nosgaseificadores a sopro de ar e a vapor, usados em um processo da inven-ção;
a Figura 5 é um desenho de um cilindro tampado na chapa dis-tribuidora, usada nos gaseificadores a sopro de ar e a vapor desta invenção;
a Figura 6 é uma vista esquemática de uma concretização prefe-rida para a produção de etanol a partir de gás de síntese, um processo dapresente invenção; e
a Figura 7 é uma vista em corte de um tubo de aquecimento deum gaseificador a vapor.
A Figura 8 é uma vista esquemática mostrando o uso de meio detransferência térmica para distribuir fluxos de calor durante o processo.
Descrição Detalhada das Concretizações EspecíficasDefinições
Como usados nesta descrição e nas reivindicações em anexo,os termos mostrados abaixo apresentam os significados indicados, a menosque o contexto indique de forma diferente.
Como usado no presente relatório descritivo, os termos "com-preende" e "compreendendo" devem ser considerados como inclusivos eabertos em vez de exclusivos. Especificamente, quando usados neste relató-rio descritivo incluindo as reivindicações, os termos "compreende" e "com-preendendo" e suas variações significam que os aspectos, as etapas ou oscomponentes específicos são incluídos. Os termos não devem ser interpre-tados como excluindo a presença de outros aspectos, etapas ou componen-tes.
Como uma primeira concretização preferida, a biomassa é con-vertida em etanol. Com referência à Figura 1A, o equipamento de manuseiode biomassa 101 e os secadores 102 são as primeiras etapas no processo.O equipamento de manuseio de biomassa 101, por exemplo, um moinho,pega a biomassa bruta e a processa em um tamanho adequado para gasei-ficação. Na maior parte dos casos, a biomassa deve ser cortada, moída, cor-tada profundamente ou quebrada em cubos medindo 5,1 centímetros (2 po-legadas) ou menos.
Essa biomassa pode ser seca a uma umidade de 30 a 1 % (depreferência, igual ou inferior a 20%), usando um secador a vapor pressuriza-do 102, por exemplo, um secador a vapor fornecido pela BMA (Niro). O se-cador 102 proporciona vapor a uma pressão de aproximadamente 275 kPa(com uma faixa entre 225 e 325 kPa). A biomassa seca, com umidade abai-xo de 30%, é então descarregada por um transportador no silo de carga dealimentação seca (não mostrado).
O vapor de água 104, da biomassa úmida, é recuperado do se-cador a vapor 102 a 275 kPa, e esse é superaquecido para fornecer vaporde fluidização 105 ao gaseificador a vapor 106. Isso pode ser feito por pas-sagem dele por um gaseificador a vapor de recuperação térmica 103, noqual é aquecido pelos gases de combustão quentes 110, que saem do ga-seificador a vapor 106.
Uma parte da biomassa é alimentada ao gaseificador a sopro dear 107 e um gás de síntese de baixa capacidade térmica 107a é produzido.Esse gás de síntese de baixa capacidade térmica 107a pode ser limpo emdois ciclones 108a e 108b, para remover qualquer matéria particulada. O gásde síntese de baixa capacidade térmica limpo 107b é então queimado emum queimador a gás de baixa capacidade térmica 109, para produzir gás decombustão de alta temperatura 110. Esse gás de combustão, que sai doqueimador a cerca de 1.090°C (em uma faixa de 1.000 a 1.200°C), propor-ciona aquecimento para o gaseificador a vapor 106 por um trocador de calorinterno 202. Como uma concretização alternativa, o queimador 109 podequeimar outros tipos de combustíveis para produzir gás de combustão, inclu-indo metano, gás de aterro, gás natural, ou metano e outros hidrocarbonetosleves produzidos por digestão anaeróbica de estrume ou biossólidos.
Uma concretização de um gaseificador a sopro de ar utilizado napresente invenção, como ilustrado na Figura 3, provou ser um sucesso co-mercial em uma planta de gaseificação de 1.000 toneladas por dia emQuincy, Flórida. O gaseificador a sopro de ar pode ser um recipiente 301,construído com uma parte externa de um metal, tal como aço-carbono, comuma parte interna de revestimento refratário suficiente para suportar as tem-peraturas no seu interior. Em uma concretização, o recipiente 301 é de for-ma cilíndrica com paredes verticais 310 e uma cobertura em forma de cúpu-la. Um recipiente típico é uma cobertura em forma de cúpula. Um recipientetípico vai ter aproximadamente 2,44 m (8 pés) de diâmetro e 12,19 m (40pés) de altura, apesar do projeto seja capaz de ser escalonado para acimaou baixo.
Na concretização preferida, o recipiente 301 tem uma chapa dis-tribuidora 305 como a sua base e uma saída 304, colocada na cobertura ouem uma parte superior da parede vertical 310. O reator tem um leito 303 deareia de sílica ou mineral similar no fundo, a areia de sílica tendo, tipicamen-te, um tamanho de partícula de 300 a 400 mícrons. A câmara do gaseifica-dor é carregada com material de leito deixando um espaço livre a bordo 307entre a parte de topo da pilha de combustível e a cobertura.
A chapa distribuidora 305 tem uma série de furos feitos nela,todos tendo presos (por enroscamento, soldagem ou alguma outra técnicade montagem secura) cilindros metálicos tampados 309. Cada um dessescilindros é vazado no fundo, de modo a arrastar ar pressurizado 308a de umduto cheio 308 abaixo da chapa 305.
O duto cheio 308 é uma câmara na qual o ar pressurizado é ali-mentado sob a chapa distribuidora 305. Em uma concretização típica, essavai ser uma câmara em uma forma de cúpula invertida, que abrange toda achapa distribuidora e tem uma entrada para ar.
O ar pressurizado 308a é dirigido para o duto cheio abaixo dachapa distribuidora e é forçado pelos cilindros tampados 309 no leito, provo-cando fluidização dele. A disposição dos cilindros na chapa distribuidora 305é projetada de modo a fluidizar uniformemente o material pelo leito. Há vá-rias configurações que podem ser usadas para alcançar isso. Um modo éinstalar cilindros 309 em um modelo em forma de grade, que pode ser retilí-neo, triangular ou outro modelo da chapa 305.
O gaseificador a sopro de ar pode também apresentar queima-dores de partida 302a, 302b e 302c, que aquecem o recipiente a aproxima-damente 750 a 900°C, a faixa operacional do ar do gaseificador a sopro dear. Os queimadores de partida 302a e 302b podem ser orientados para foradas paredes do gaseificador, enquanto o queimador 302c pode ser localiza-do diretamente no leito. Esses queimadores de partida são desligados,quando o leito atinge a sua temperatura operacional, e a temperatura do leitoé mantida por adição de biomassa seca e ar ao recipiente. O gaseificador asopro de ar é operado preferivelmente na ou em torno da pressão atmosféri-ca, na faixa de 100 a 175 kPa.
A biomassa pode ser alimentada ao recipiente de gaseificaçãode ar 301 por um alimentador de rosca cuneiforme 303, que alimenta bio-massa seca na parte intermediária do leito 302, quando o leito é fluidizado, ena parte de topo do leito, quando o leito não está fluidizado. O alimentadorde rosca cuneiforme 311 é projetado de modo que a biomassa é compacta-da na medida em que progride pela rosca, resultando em um tampão demadeira 311a próximo à sua abertura para o recipiente, que impede contra-pressão para o recipiente.
O leito 303, quando fluidizado, é mantido a um nível abaixo dacobertura 306, para manter espaço livre a bordo suficiente 307, de modo quenenhum material do leito, como areia de sílica, escape com o gás de síntesede baixa capacidade térmica pela saída 304. Idealmente, as condições dorecipiente são mantidas de modo que os gases efluentes produzidos tenhamum tempo de residência de dois segundos no espaço livre a bordo, antesque saiam pela saída, com uma faixa entre 1 e 5 segundos. Em uma concre-tização típica, quando o diâmetro é de 2,44 m (8 pés) e a altura é de 12,19 m(40 pés), o leito vai ter uma altura inferior a 4,57 m (15 pés), quando fluidiza-do, e inferior a 1,83 m (6 pés), quando estático.
Retornando para a concretização do sistema preferida, mostradana Figura 1A, o gás de combustão 110, produzido pelo queimador 109, étransferido para o trocador de calor interno 202 do gaseificador a vapor 106.
Uma concretização preferida de um gaseificador a vapor de bi-omassa 106 é um sistema de leito fluidizado patenteado, como ilustrado naFigura 2. O projeto do reator é um recipiente em forma de caixa 201, tendoparedes 210 e uma cobertura 206, uma concretização típica tendo um com-primento de 6,10 m (20 pés), uma largura de 3,05 m (10 pés) e uma alturaentre 9,14 m e 12,19 m (30 e 40 pés), embora muitas outras configurações eescalas sejam possíveis. Uma chapa distribuidora 205 é a base. Em umaconcretização típica, a cobertura 206 é na forma de uma cúpula ou um semi-cilindro. Na chapa distribuidora 205 ficam furos feitos, nos quais são instala-dos cilindros tampados 209, capazes de arrastar vapor de um duto cheio208, abaixo da chapa distribuidora 205, para o leito 203, em uma direçãoparalela ao plano da chapa distribuidora. Como os gaseificadores a sopro dear, esses cilindros tampados têm uma entrada vazada comunicando-se como espaço abaixo da chapa distribuidora, e tem um ou mais furos de saídatransversais ao eixo longitudinal do cilindro. Nessa concretização, vapor su-peraquecido em uma faixa de 500 a 600°C é forçado no duto cheio 208, a-baixo da chapa distribuidora e é forçado para fora dos cilindros tampados209 no leito 203, de uma maneira que fluidiza uniformemente o leito. Em ou-tras concretizações, vapor não-superaquecido pode ser usado para fluidizarum leito e promover gaseificação. Os cilindros tampados podem ser apara-fusados, soldados ou montados de outro modo firmemente nas aberturas dachapa distribuidora.
O duto cheio 308 é uma câmara na qual vapor superaquecido éalimentado sob a chapa distribuidora 305. Em uma concretização típica, es-sa vai ser uma câmara em uma forma de cúpula invertida, que abrange todaa chapa distribuidora e tem uma entrada para vapor.
Um exemplo desse cilindro, que pode ser usado em um gaseifi-cador a sopro de ar ou a vapor, pode ser visto na Figura 5, uma seção trans-versal de uma chapa distribuidora e de um duto cheio. A chapa 503 tem umvão que é enchido por um cilindro 501 montado na chapa. Tipicamente, ocilindro 501 tem um comprimento de cerca de 15,2 cm (6 polegadas), doqual 2,5 e 10,2 cm (1 a 4 polegadas) são montadas acima da chapa distribu-idora. A chapa distribuidora é geralmente construída de aço-carbono, comuma espessura de aproximadamente 1,3 centímetro (meia polegada). O ci-lindro é, nessa concretização, montado por uso de enroscamento 502, aindaque outras montagens, tal como soldagem, possam ser usadas. O cilindrotem uma tampa 506 que é rosqueada no cilindro. Abaixo da chapa 503 ficaum duto cheio 508, pelo qual vapor superaquecido ou ar é distribuídos aoscilindros. O vapor ou ar entra na área vazada 505 pelo cilindro. Essa áreavazada tem um diâmetro interno na faixa de 0,63 a 2,54 cm (1/4 a 1 polega-da), de preferência, 1,3 cm (meia polegada). Essa abertura é dirigida a umou mais furos de saída 506, feitos transversais ao eixo do cilindro, de modoa permitir a passagem de vapor ou ar para o leito 507, em uma direção para-lela ao plano da chapa distribuidora 505. Nessa concretização, a tampa 509do cilindro, e desse modo os furos de saída 506, se estende a qualquer lugarde 2,5 e 12,7 cm (1 a 5 polegadas) acima da combustível 503. Os furos desaída têm, em uma concretização preferida, um diâmetro interno entre 0,16e 0,63 cm (1/16 e 1/4 de polegada). Por estreitamento do fluxo de saída degás, o cilindro proporciona força suficiente para fluidizar o material do leito.
Retornando à Figura 2, o leito 203 consiste em um mineral, porexemplo, areia de sílica granular e/ou dolomita (que inibe a formação de al-catrão) ou olivina, ou uma combinação delas, que pode ter também bolascerâmicas na parte de topo do leito para reter a sílica no lugar nos recipien-tes. A carga de alimentação de biomassa é injetada na leito do gaseificadora vapor 203, usando um alimentador de rosca cuneiforme 211. Esse alimen-tador de rosca cuneiforme, por sua ação de compressão da biomassa, pro-duz um tampão de biomassa 211a na sua saída, o que impede a contra-pressão dos gases dentro do recipiente. E importante que a biomassa sejasubstancialmente isenta de ar, para impedir reações químicas indesejáveisenvolvendo nitrogênio ao longo do processo. Esse alimentador de rosca éorientado de modo que a biomassa seja injetada na parte intermediária doleito, quando o leito está fluidizado, e na parte de topo do leito 203, quando oleito não está fluidizado.
O leito e a carga de alimentação de madeira são adicionados demodo que o recipiente do gaseificador seja mantido a um nível ótimo. Aquantidade de espaço livre a bordo 207, entre o leito 203 e a cobertura 206,é mantida a um nível, de modo que, quando fluidizado, nenhum dos mineraisdo leito é ejetado para fora do recipiente. Idealmente, o tempo de residênciados gases no espaço livre a bordo é na faixa de um a cinco segundos, depreferência, dois segundos. O longo tempo de residência propicia que rea-ções, tais como deslocamento de gás de água (que converte CO em H2 eCO2) e reforma com vapor, ocorram, minimizando, desse modo, a saída dehidrogênio. É importante que a biomassa seja substancialmente livre de ar,para impedir reações químicas indesejáveis envolvendo nitrogênio ao longodo processo.
Vapor superaquecido 105, aquecido a uma temperatura entre500 e 600°C (de preferência, 550°C), que pode se originar do gerador devapor de recuperação térmica 103, é injetado no leito do gaseificador a va-por pelo duto cheio 208, sob a chapa distribuidora 250 e pelos cilindros tam-pados 209. O vapor é injetado a uma pressão suficiente para fluidizar uni-formemente o leito. Vapor não-superaquecido pode ser também usado parafluidizar o leito e promover gaseificação.
Um exemplo da orientação dos cilindros tampados 209 na chapadistribuidora 205 pode ser observado na Figura 4, que é uma vista descen-dente de topo de uma chapa distribuidora 205. Os parafusos 209 são dispos-tos uniformemente em torno da chapa, em um modelo em forma de gradeque pode ser retilíneo, como mostrado, ou triangular, ou alguma outra dispo-sição regular. Tipicamente, os cilindros tampados ficam a uma distância en-tre 2,5 e 15,2 cm (1 e 6 polegadas) entre si, de preferência 5,1 cm (2 pole-gadas). Dessa maneira, toda a área do leito fica fluidizada uniformemente.Um modelo similar pode ser usado para a chapa distribuidora 305 do gasei-ficador a sopro de ar.
Retornando à Figura 2, o leito 203 é aquecido por um trocadorde calor interno 202, que consiste em uma pluralidade de tubos de aço ino-xidável estendendo-se pelo eito do leito fluidizado, para transferir calor dogás de combustão quente 110, que sai do queimador a uma temperatura decerca de 1.090°C (em uma faixa de 1.000 a 1.200°C), para o leito fluido 203do gaseificador a vapor. Dessa maneira, o leito é mantido a uma temperatu-ra de aproximadamente 815°C, com uma faixa de 750 a 900°C. Na Figura 2(vista lateral), pode-se notar que os tubos do trocador de calor 202 se esten-dem pelo comprimento do gaseificador e conduzem os gases de combustãoquentes do queimador 109.
A Figura 2A, uma vista pela extremidade do gaseificador a va-por, mostra como os tubos são dispostos no leito. Os tubos 202 são dispos-tos em atados 202a, que se estendem pela largura do recipiente 201. Essesatados são mantidos unidos pelos suportes 202b, que são ancorados nasparedes ou na cobertura e que mantêm os tubos em posição. Os tubos sãomantidos unidos com os suportes de uma maneira tal que podem ser facil-mente removidos do gaseificador como um grupo, para limpeza e manuten-ção. Os tubos são tipicamente compostos de aço inoxidável ou materiaissimilares. Os tubos têm um diâmetro interno entre 1,3 e 10,2 cm (meia e 4polegadas), de preferência, 3,8 a 7,6 cm (1,5 a 3 polegadas).
Na concretização preferida, os atados 202a dos tubos são com-postos de fileiras de tubos, em que as fileiras são alternadas entre si, demodo que, olhando para baixo das extremidades dos tubos, os tubos for-mam disposições triangulares entre si. Nessa configuração, os tubos auxili-am não apenas no aquecimento do leito fluidizado, mas no escoamento dosgases pelo leito. Isso é feito pelo fato de que os gases ascendentes devemcolidir constantemente nas superfícies dos tubos na medida que se deslo-cam ascendentemente, desse modo, quebrando grandes bolhas de gás eformando outras menores, o que aperfeiçoa a mistura dos gases com os ma-teriais do leito ao longo do leito.
Em uma concretização preferida, o primeiro atado de tubos écolocada aproximadamente de 0,61 a 1,22 m (dois a quatro pés) do fundo doleito, como marcado pela lona ascendente. Um segundo atado, se necessá-rio, é colocado de 0,61 a 1,22 m (dois a quatro pés) acima do primeiro atado,e um terceiro (se necessário) de 0,61 a 1,22 m (dois a quatro pés) acima dosegundo atado. O número de atados necessários depende de muitos fato-res, incluindo o tamanho do recipiente, o coeficiente de transferência térmicae a temperatura do gás de combustão. Em uma disposição típica, as fileirassão espaçadas de modo que os centros dos tubos estão aproximadamente a15,2 cm (seis polegadas) entre si, de modo que um gaseificador de largurade 3,05 m (10 pés) vai ter fileiras de 20 tubos. Os atados de tubos podem terem qualquer lugar de 2 a 6 dessas fileiras, alternadas entre si, como descritoacima, para maximizar o contato superficial dos gases ascendentes.
O número de tubos necessários é altamente dependente datemperatura de entrada do gás de combustão, bem como a natureza da bi-omassa, os coeficientes de transferência térmica dos tubos e o material doleito, e a temperatura do leito desejada. O número de tubos necessários po-de ser diminuído por inserção de tiras nos tubos, como ilustrado na Figura 7.Nessa figura, pode-se notar que o tubo 701 em corte contém uma tira 702,que é girada em um modelo similar a hélice pelo comprimento do tubo. Essatira inserida pode ser feita de qualquer material termicamente condutor, epode aumentar o número de tubos necessários para uma transferência tér-mica adequada.
O recipiente é mantido a uma pressão aproximadamente atmos-férica, com uma faixa entre 100 e 175 kPa. Muitas caldeiras de vapor porqueima de carvão fluidizado, tais como aquelas produzidas pela Babcock &Wilcox e a ABB/Combustion Engineering usam tubos de transferência térmi-ca no leito para a produção de vapor. Quaisquer substâncias orgânicas volá-teis são convertidas em componentes ambientalmente seguros no gaseifica-dor a vapor. Retornando para a Figura 2, o gás de síntese 114 produzidopelo gaseificador a vapor sai por uma saída 206 na cobertura 206, a 815°C(faixa de 750 a 900°C).
Retornando à Figura 1, o gás de combustão 110 que deixa otrocador de calor interno 202 do gaseificador a vapor 106, então a aproxima-damente 815°C (em uma faixa de 750 a 900°C), é alimentado ao gerador avapor de recuperação térmica 103, como mostrado na Figura 1A. Esse ge-rador 103 produz e aquece vapor usando o calor proporcionado pelos gasesde combustão. Esse vapor pode ser usado para produzir vapor superaqueci-do 105 para o gaseificador a vapor, usando o vapor 104 oriundo do secador,ou pode produzir vapor de média pressão 113, para uso no secador 102.Alternativa ou adicionalmente, o vapor formado pode ser usado para usoexterno, ou para etapas de síntese posteriores, tal como no reformador devapor 117 do reator de metanol 120.
O gás de síntese 114 sai do gaseificador a vapor pela saída 206e passa por dois separadores ciclônicos 111a e 111b, para remover toda amatéria particulada. O gás de síntese purificado de particulado é resfriadoem um segundo gerador de vapor de recuperação térmica 112, para produzirvapor de processo adicional. Esse vapor de processo pode ser usado comovapor para o secador 113, para o gaseificador a vapor 106, como vapor dereforma para o reformador de vapor 117, ou como corrente de deslocamentode gás d'água para o reator de metanol 120, ou pode ser usado para pro-cessos externos à planta. Em uma concretização preferida, o vapor 112a,produzido pelo segundo gerador 112, é enviado para o primeiro gerador 103,para ser aquecido adicionalmente a vapor superaquecido para o gaseificadora vapor 106.
O gás de síntese quente é depois adicionalmente limpo por umaparelho de lavagem 113. Isso pode ser feito usando um depurador a úmidodo tipo Venturi ou um leito protetor, ou alguma combinação deles. A depura-ção é feita de uma maneira que deixa o gás de síntese purificado de matériaparticulada e de compostos potencialmente venenosos para os catalisadoresque são utilizados nas seqüências de síntese. Em particular, o gás de sínte-se deve ser livre de enxofre, metais e compostos de nitrogênio. Também édesejável que a composição de gás de síntese contenha uma alta proporçãode monóxido de carbono e hidrogênio, e a menor proporção possível de dió-xido de carbono, metano e outros hidrocarbonetos. Se necessário, o gás desíntese pode também ser seco para a remoção do teor de água. Por fim, ogás de síntese pode ser tratado em um depurador cáustico 113a, para re-mover mais contaminantes.
Quando limpo, o gás de síntese, sendo composto basicamentede monóxido de carbono e hidrogênio, com menores proporções de dióxidode carbono e pequenos hidrocarbonetos, tal como metano, é adequado parauso como um combustível, ou como material de partida para várias rotas desíntese.
O gás de síntese assim produzido pode ser usado para sintetizaretanol usando várias rotas de síntese conhecidas. Em uma concretização, ogás de síntese produzido por esse processo de gaseificação de biomassa éposto em contato com um catalisador do tipo Fisher-Tropsch, para produçãode misturas de etanol e produtos de hidrocarbonetos, dos quais o etanol éseparado por uso de técnicas conhecidas. Os catalisadores, que podem serusados nessa concretização, incluem catalisadores de cobalto e ferro, mastambém incluem outros compostos, tais como sulfeto de molibdênio, sulfetode tungstênio, sulfeto de rênio e carboneto de molibdênio.
Em outra concretização, o gás de síntese produzido por esseprocesso de gaseificação de biomassa é posto em contato com um catalisa-dor, para produzir uma mistura de metanol, monóxido de carbono e hidrogê-nio. Essa mistura de metanol, monóxido de carbono e hidrogênio é entãoreagida na presença de um catalisador de homologação de metanol, tal co-mo acetato de rutênio, para produzir uma mistura contendo etanol. As paten-tes U.S. 4.954.665, 4.133.966, 4.111.837, 4.233.466 e 4.239.924 são incor-poradas por referência no presente relatório descritivo.
Alguns exemplos de catalisadores, que podem ser usados nesseprocesso, são Ir4(CO)-I2, IrCl3, dicarbonildiiodeto de ródio, RhCI3, Rhl3 eRhI2(CO)2.
Como uma alternativa para essa concretização adicional, a mis-tura de metanol, monóxido de carbono e hidrogênio é reagida na presençade um catalisador de carbonilação, para produzir uma mistura compreen-dendo, em parte, ácido acético e hidrogênio. O catalisador de carbonilaçãopode ser um catalisador heterogêneo ou homogêneo à base de metais dogrupo VIII. A patente U.S. 5.488.143 é incorporada por referência no presen-te relatório descritivo. A mistura de ácido acético e hidrogênio é então reagi-da na presença de um catalisador de hidrogenação, tal como um catalisadorDegussa, para produzir etanol.
Em outra alternativa, a mistura de gás de síntese pode ser rea-gida com um catalisador de halogeneto de ródio, a uma temperatura entre150 e 300°C e a uma pressão de 6.900 a 17.000 kPa, para produzir acetal-deído, que pode ser depois contatado cataliticamente com um catalisador dehidrogenação para produzir etanol. A patente U.S. 4.482.647 é incorporadapor referência no presente relatório descritivo.
Em uma concretização preferida, como ilustrado nas Figuras 1Be 1C, o gás de síntese, produzido pela gaseificação de biomassa, é refor-mado usando vapor, convertido em metanol, depois convertido por carboni-lação em acetato de metila (com uma menor proporção de ácido acético).Esses acetato de metila é reagido com hidrogênio, na presença de um cata-lisador de hidrogenação, para produzir metanol e etanol.
A corrente de gás de síntese purificada 115 (predominantemen-te, CO e H2, com menores proporções de CO2 e metano) é processada pos-teriormente para maximizar o rendimento de etanol no processo. O gás desíntese é comprimido usando a unidade de compressor 116, a uma pressãoentre 2.400 - 3.500 kPa, de preferência, 3.200 kPa, e aquecido a uma tem-peratura entre 220 e 450°C (de preferência, 225°C), usando o trocador decalor 116b. Esse compressor é um compressor alternativo de quatro está-gios com resfriamento entre os estágios em todos os estágios. Cada estágioé equipado com um separador de água, para remover a água condensadaem cada estágio. Dois motores elétricos com potência nominal de 2.240 kWfornecem a energia motriz para os compressores. Esse processo produzlíquidos condensados 116a, que são removidos da corrente para reciclagem,processamento posterior, ou descarga.O gás de síntese entra depois em um reformador a vapor 117,que converte metano e outros hidrocarbonetos leves, presentes no gás desíntese, em uma mistura adicional de monóxido de carbono e hidrogênio,com a adição de vapor. A reforma com vapor ocorre na presença de um ca- talisador de metal de base e opera a uma pressão de 3.200 kPa (faixa de2.900 a 3.500 kPa) e 225°C (faixa de 220 - 450°C). A reforma com vapor éuma tecnologia conhecida, pode ser selecionada de vários projetos comerci-ais conhecidos e pode ser comprada de um construtor conhecido dessasunidades, tal como Haldor Topsoe A/S, Lurgi AG ou ICI. Os catalisadores adequados para esse fim compreendem os catalisadores de reforma bemconhecidos do Grupo VIII da Tabela Periódica, incluindo níquel e/ou cobalto,óxidos de manganês - zircônio. As patentes U.S. 7.090.789 e 7.074.347 sãoincorporadas no presente relatório descritivo por referência. Em outras con-cretizações, o reformador a vapor não precisa ser usado, dependendo da composição do gás de síntese produzido por uma carga de alimentação debiomassa particular.
Nesse estágio, dependendo da composição do gás de síntese, ogás de síntese pode ser submetido à remoção de dióxido de carbono, usan-do um sistema de remoção de dióxido de carbono 119, tal como o sistema de remoção de etanolamina. Nesse estágio, o máximo possível de dióxidode carbono 119a pode ser removido, por equipamento do estado da técnica,do gás de síntese, e enviado para armazenamento, utilizado em qualquerponto no processo, ou ventilado para a atmosfera, dependendo das circuns-tâncias. Em outra concretização, essa etapa de remoção de dióxido de car- bono ocorre após a segunda etapa de compressão 118.
Ao sair do reformador a vapor 117, o gás de síntese é entãocomprimido a uma pressão entre 4.700 e 5.500 kPa (de preferência, 4.900kPa) e aquecido a uma temperatura entre 220 e 300°C (de preferência,225°C), e quaisquer líquidos condensados 118a são removidos para recicla- gem, processamento posterior, ou descarga. Como o compressor 116, essecompressor 118 é um compressor alternativo de quatro estágios, com resfri-amento entre os estágios em todos os estágios. Cada estágio é equipadocom um separador de água, para remover a água condensada em cada es-tágio. Dois motores elétricos com potência nominal de 2.240 kW fornecem aenergia motriz para os compressores. Um trocador de calor 118a é usadopara aquecer o gás à temperatura operacional.
Nesse ponto, o gás de síntese comprimido 116a, que sai docompressor 116, está a uma pressão de 4.900 kPa (faixa de 4.700 a 5.500kPa) e 225°C (faixa de 220 - 300°C), o gás de síntese ficando então a umatemperatura e a uma pressão ótimas para a primeira etapa catalítica. O gásde síntese é então alimentado à primeira etapa na seqüência de reaçãoquímica, que é a conversão do gás de síntese em metanol 120. A conversãode gás de síntese em metanol é um processo bem-estabelecido, e pode seratingida por reações em fase gasosa ou fase líquida. O metanol é comumen-te produzido de gás de síntese, produzido pela reforma com vapor de gás desíntese, e muitas instalações comerciais estão em operação atualmente.
Nessa concretização de um reator de metanol, monóxido decarbono e hidrogênio são combinados para formar metanol, a uma razão de1:2, respectivamente. Na concretização preferida, um reator para lama é u-sado. Na concretização de lama, o reator de metanol 120 é um reator demetanol comercialmente disponível da Air Products, que pode proporcionarum benefício incorporado de ter um engenheiro de produção comercial egarantir o seu desempenho. O processo do reator da Air Products é extre-mamente eficiente e é utilizado na maior instalação de produção de metanola partir de carvão do mundo em Kingsport, Tenn. Na concretização preferi-da, o reator 120 é um reator vertical com tubos verticais internos. O catalisa-dor no reator de metanol é composto de metais de base, e opera a umapressão de 4.900 kPa (faixa de 4.700 a 5.500 kPa) e 225°C (faixa de 220 -300°C). Uma concretização compreende óxidos de cobre e zinco sobre alu-mina, suspensa em um óleo mineral inerte. O gás de síntese pressurizado éborbulhado pelo recipiente contendo o catalisador de óleo mineral e escapapela parte de topo do recipiente vertical. Na concretização preferida, o gásde síntese entrando no recipiente vai conter algum metanol. Esse metanoladicional é proporcionado por reciclagem do metanol recuperado do reatorde etanol. As patentes U.S. 3.888.896, 4.031.123, 4.639.470, 4.910.227,4.628.066, 4.567.204 e 4.628.066 são incorporadas por referência no pre-sente relatório descritivo. Em virtude da reação ser exotérmica, água de res-friamento é proporcionada para geração de vapor nos tubos.
As informações publicadas a Air Products descrevem que umarazão de hidrogênio para monóxido de carbono de 0,6 a 4,0 pode ser usadapara produzir metanol. O reator de metanol é capaz de converter monóxidode carbono em metanol com rendimentos de 20 a 90% em peso no reator,ainda que fiquem tipicamente em uma faixa de 40 a 70%.
Nessa concretização do reator de metanol, durante o tempo noqual o gás de síntese está residente no reator de metanol, a concentraçãode hidrogênio necessária pode ser ajustada por adição de vapor aos gasesque entram no reator de metanol e também por remoção de dióxido de car-bono. Essa etapa pode ser desejável, porque a razão de hidrogênio paradióxido de carbono no gás de síntese pode não ser otimizada para a produ-ção com alto rendimento de etanol. Nessa concretização, o catalisador demetanol vai, na presença de vapor, converter monóxido de carbono em hi-drogênio e dióxido de carbono, aumentando, desse modo, a razão de hidro-gênio para monóxido de carbono. Essa reação ocorre sob condições simila-res de pressão e temperatura como a conversão de metanol, e é conhecidocomo sendo capaz de ser completada em um modo de etapa única. A paten-te U.S. 4.946.477 descreve esse tipo de reação combinada de metanol /deslocamento e é incorporada por referência. A patente U.S. 4.980.145 étambém incorporada por referência.
Nessa concretização de combinação das reações de formaçãode metanol e de deslocamento, uma unidade de remoção de dióxido de car-bono 121 é interposta na saída do reator de monóxido de carbono 120, paraa remoção do dióxido de carbono formado no deslocamento de gás d'água.A concentração de hidrogênio na saída do reator de metanol pode ser con-trolada por remoção do monóxido de carbono e controle da quantidade devapor fornecida, bem como por controle da quantidade de metanol e hidro-gênio reciclada para a entrada do reator de metanol 127.Existem outras concretizações para o reator de metanol. Por e-xemplo, um leito sólido compacto de catalisador em um material inerte podeser usado, e o gás de síntese passado por esse leito compacto. Os catalisa-dores de metanol usuais podem ser usados nesse processo.
Catalisadores alternativos podem ser usados em outras concre-tizações. O catalisador de síntese de metanol, usado no processo desta in-venção, pode incluir um óxido de pelo menos um elemento selecionado dogrupo consistindo em cobre, prata, zinco, boro, magnésio, alumínio, vanádio,cromo, manganês, gálio, paládio, ósmio e zircônio. O catalisador pode serum catalisador à base de cobre, tal como óxido de cobre. O processo podeusar um catalisador à base de cobre, que também inclui um óxido de pelomenos um elemento selecionado do grupo consistindo em prata, zinco, boro,magnésio, alumínio, vanádio, cromo, manganês, gálio, paládio, ósmio e zir-cônio.
A mistura de metanol, CO e hidrogênio nessa concretização, quepode conter também vapor d'água da reação de deslocamento de gás d'á-gua, passa do reator de metanol para o reator de acetato de metila 122. Oreator de acetato de metila nessa concretização é um reator de leito com-pacto, compreendido de um ou mais tubos verticais de largura de aproxima-damente 2,5 cm (1 polegada) (faixa de 1,3 a 5,0 cm - meia a 2 polegadas) ecomprimento de 6,10 m (20 pés) (faixa de 4,57 a 9,14 m (15 a 30 pés)). Ocatalisador usado na concretização preferida do reator 122 é composto deacetato de irídio, adsorvido em carvão ativado, e é compactado nos tubosverticais. O reator opera a uma temperatura entre 200 e 300°C (otimamente,220°C) e a uma pressão entre 1.000 e 1.200 kPa (otimamente, 1.034 kPa).Iodeto de metila gasoso é adicionado como um promotor para os gases an-tes que entrem na entrada do reator, e a reação prossegue nos tubos para aprodução de uma mistura de, predominantemente, acetato de metila, junta-mente com hidrogênio e pequenas quantidade de ácido acético e água nasaída. A reação é exotérmica, e o recipiente do reator é resfriado indireta-mente por uso de um meio de troca térmica, tal como Dowtherm, que se es-tende, pelos tubos ou pelo recipiente, ou como uma camisa em torno dostubos compactados.
Em outras concretizações, uma ampla gama de catalisadoresheterogêneos pode ser usada. Esses catalisadores são úteis na carbonila-ção de metanol: RhX3, RhX3SH2O, Rh2(CO)4X2, [Rh(CO)X4 ]Y, Rh2(CO)8,Rh(N03, [Rh(CO)2X2JY, Rh2O3, Rh(CH3COO)3, [Rh(C.sub.2 H4) 2 X].sub.2,Rh[(C6 H5) 3 Ρ] 2 (CO)X, Rh metálico, RhX[(C6H5)3P]2 (CH3 X)2, Rh(SnX3)[(C6H5)P] 3, RhX(CO)[(C6 H5) 3 O] 2, (R4 Z)[Rh (CO) 2 X] 2, (R4 Ζ) 2 Rh(CO)X4 ],RhX[(C6 H5) 3 P.g] 3, RhX[(C6 H5).3 P]H2, [(C6H5)3P] 3 Rh(CO)H e Y.sub.4Rh.sub.2 X.sub.2 (SnX.sub.3).sub.4, em que: X é C1, Br ou I; Y é Na, Li ouΚ; Z é N, As ou P; Q é As, P ou Sb; e R é um grupo C.sub.1 a C.sub.12 al-quila ou arila.
Em outras concretizações, um segundo co-catalisador pode sertambém usado. Esses catalisadores secundários podem ser selecionados deCoCl.sub.2, RuCl.sub.3, PdCl.sub.2, PtCl.sub.2, CuCl.sub.2, AgNO.sub.3,AuCl.sub.3, CdCl.sub.2, ZnCl.sub.2, OsCl.sub.3, lrCl.sub.3, NiCl.sub.2, Mn-Cl.sub.2, ReCl.sub.5, CrCl.sub.3, MoCl.sub.3, WCI.sub.6, VCI.sub.3, Nb-Cl.sub.5, TaCl.sub.5, TiCl.sub.4, ZrCl.sub.4, HfCl.sub.4, Lil, Nal, Kl, RbCI,BeCl.sub.2, MgCl.sub.2, CaCl.sub.2, SrCl.sub.2 e BaCl.sub.2. A patenteU.S. 5.414.161 é incorporada por referência.
Uma ampla gama de promotores, além de iodeto de metila, podeser usada em outras concretizações. Esses promotores incluem, mas nãosão limitados a, CH.sub.3 Br, CH.sub.3 Cl, l.sub.2, Br.sub.2, Cl.sub.2, Hl1HBre HCI.
Em outras concretizações alternativas, o reator pode ser um rea-tor para fase líquida. Em uma concretização, um catalisador sólido, tais co-mo aqueles listados acima, pode ser suspenso em um líquido inerte, tal co-mo um óleo mineral. Nessa concretização, os reagentes gasosos podem serborbulhados pelo líquido inerte.
Em outra concretização de uma reação de carbonilação, o cata-lisador é um catalisador homogêneo, composto de um complexo de um oumais metais do Grupo VIII, dissolvido em uma solução. Nessa concretização,os reagentes gasosos são dissolvidos na solução contendo o catalisador ereagidos sob condições adequadas. Nessa concretização, a solução reacio-nal é destilada uma ou mais vezes para separar a solução contendo o catali-sador dos produtos da carbonilação.
Vários complexos do Grupo VIII são adequados para catálisehomogênea de carbonilação nessa concretização. Esses catalisadores in-cluem IrCI3, IrI3, IrBr3, [Ir(CO)2IJ2, [Ir(CO)2CI]2, [Ir(CO)2BrJ2, [Ir(C0).sub.2I.sub.2J.sup.-, [Ir(C0).sub.2 Br.sub.2J.sup.-, [Ir(C0).sub.2 I.sub.2J.sup.-,[Ir(CH.sub.3)I.sub.3(CO).sub.2J--, Ir.sub.4(CO).sub.12, IrCI.sub.3.4H.sub.20,IrBr.sub.3.4H.sub.20, Ir.sub.3 (C0).sub.12, irídio metálico, Ir.sub.20.sub.3,IrO.sub.2, Ir(acac)(C0).sub.2, Ir(acac).sub.3, [Ir.sub.3 0(0Ac).sub.6 (H.sub.20).sub.3 J[OAc], e ácido [H.sub.2 IrCI.sub.6J, [Rh(C0).sub.2 CIJ.sub.2,[Rh(C0).sub.2 IJ.sub.2, [Rh(Cod)CIJ.sub.2, cloreto de ródio (III), cloreto deródio (III) triidratado, brometo de ródio (III), iodeto de ródio (III), acetato deródio (III), dicarbonilacetilacetonato de ródio (III, Rh-15 Cl.sub.3(PPh.sub.3).sub.3 e RhCI(CO)(PPh.sub.3).sub.2. As patentes U.S.5.773.642. 5.883.289. 5.877.348. 5.917.089. 5.750.007. 5.874.610.5.883.295. 5.663.430. 5.625.094. e 7.115.774 são incorporadas por referên-cia no presente relatório descritivo, e descrevem processos para a carboni-lação homogênea de álcoois, tal como metanol, em ésteres.
Em mais uma outra concretização, a reação de carbonilação po-de ser conduzida em recipiente de destilação reativo. Os reagentes são,nesse caso, resfriados e alimentados nesse recipiente de reação contendoum catalisador. O reator aquece o recipiente, extraindo produtos mais levesde menores pontos de ebulição, tal como acetato de metila, para deslocar areação no sentido dos produtos.
Em outras concretizações, promotores de catalisador alternati-vos são usados, tais como alcanos halogenados diferentes de iodeto de me-tila, tal como brometo de etila ou iodeto de etila.
Retornando à Figura 1C, a mistura oriunda do reator de acetatode metila 120a deve ser separada do promotor. A mistura oriunda do reatorde acetato de metila, primeiramente submetida à destilação de vaporizaçãorápida em uma unidade de destilador de vaporização rápida 123, ou outroseparador adequado, no qual o hidrogênio é removido do restante da mistu-ra. O hidrogênio 123b, compreendendo acetato de metila, metanol, água eácido acético, é alimentado a uma coluna de destilação 124, na qual umamistura 124a de iodeto de metila, acetato de metila, hidrogênio e metanol éseparada de uma mistura 124b de ácido acético e água. A mistura de iodetode metila, acetato de metila e metanol 124a é enviada para uma coluna dedestilação 125, na qual iodeto de metila 125a é recuperada e separada co-mo uma mistura azeotrópica na fase vapor. O promotor de iodeto de metila125a é depois reciclado para unir os gases entrando no reator de acetato demetila 122. A mistura de acetato de metila e metanol 125b é enviada para oreator de etanol 127.
Em outra concretização, a mistura oriunda do reator de acetatode metila é alimentada a uma coluna de separação, separando uma partelíquida de água e ácido acético, e uma parte vapor de acetato de metila, io-deto de metila, hidrogênio e metanol. A mistura de acetato de metila, iodetode metila e metanol é enviada para um segundo aparelho de destilação, se-parando iodeto de metila na fase vapor e reciclando de volta para o reator deacetato de metila. A mistura de acetato de metila, metanol e hidrogênio re-manescente é enviada para o reator de etanol 127.
Na concretização preferida, o ácido acético e a água são envia-dos para outra coluna de destilação 126, que remove a maior parte da águado ácido acético 126b. O ácido acético 126b é depois alimentado vaporizadoao reator de etanol 127. A água 126a é removida para uso no processo noprocesso ou descarregado.
O reator de etanol 127 é um reator de leito compacto, que operaa uma faixa de temperaturas de 160 a 300°C (otimamente, em torno de260°C), e em uma faixa de pressões de 3.500 a 4.500 kPa (otimamente,4.000 kPa). O catalisador é um catalisador de hidrogenação comercialmenteconhecido, composto de cromo, níquel e cobre, disponível da Degussa. Ocatalisador é carregado em um leito compacto com um material inerte. Orecipiente é, nessa concretização, um ou mais tubos verticais, aproximada-mente 2,5 a 5,0 cm (meia polegada a duas polegadas) em diâmetro interno ecom um comprimento de (óxido metálico pés) 4,57 a 9,14 m (faixa de 15 a30 pés). Excesso de hidrogênio é usado na reação, na concretização prefe-rida um excesso de 10:1 de hidrogênio para acetato de metila (esse podevariar de nenhum excesso a um excesso de 15:1). O hidrogênio já está pre-sente na mistura de reagentes. Se houver hidrogênio insuficiente, uma fonteexterna pode ser usada. A reação no reator de etanol é exotérmica e o reci-piente do reator é resfriado indiretamente por uso de um meio de troca tér-mica, tal como Dowtherm, que escoa nos tubos pelo recipiente, ou comouma camisa circundando os tubos do recipiente.
Em outras concretizações, podem ser usados vários catalisado-res de hidrogenação. O catalisador de hidrogenação, que pode ser empre-gado na reação de hidrogenação, inclui aqueles compostos contendo cobre,por exemplo, Cu--Co--Zn, Cu--Zn--Fe1 Cu--Co-Zn--Fe, Cu--Co--Zn--Fe--Ca,Cu-Co--Zn--Mo--Na e Cu--Co-Zn--Fe. O catalisador pode ser preparado poradição de uma solução de (NH.sub.4).sub.2 CO.sub.3 dissolvido em águadestilada a uma solução de pelo menos um composto metálico, selecionadodo grupo consistindo em Zn'(OAc).sub.2.2H.sub.2 O, Co(OAc).sub.3.H.sub.2O, Cu(OAc).sub.2.H.sub.2 O1 Fe(NO.sub.3).sub.3.9H.sub.2 O,(NH.sub.4).sub.6 Mo.sub.7 0.sub.24.4H.sub.2 O,Ca(NO.sub.3).sub.2.4H.sub.2 O, NaOH, K.sub.2 PtCl.sub.4, PdCl.sub.2,RhCl.sub.3, RuCl.sub.3, NiCl.sub.2, CrCl.sub.3, WCI.sub.3, OsCl.sub.3 eAICI.sub.3, secagem da mistura resultante a uma temperatura de cerca de120°C de um dia para o outro e calcinação do material seco a uma tempera-tura de cerca de 450°C e por um período de cerca de 16 horas. O compostometálico pode ser empregado em uma proporção variando de 0,01 a 95%em peso, particularmente, de 0,1 a 80% em peso, e, especialmente, de 1 a50% em peso. Muitos outros catalisadores para esse tipo de reação de ésterem ácido são disponíveis e caracterizados. As patentes U.S. 5.414.161,5.233.099, 5.233.100 e 6.002.054 são incorporadas por referência.
Retornando à Figura 1C, a corrente efluente 127a do reator dehidrogenação consiste em metanol, etanol, hidrogênio e água. O hidrogena-ção 128a é separado dessa mistura em uma coluna de destilação 128 pordestilação de vaporização rápida ou outro tipo de destilação, e o hidrogênio128a é reciclado de volta para a entrada do reator de metanol 120. A misturaremanescente 128 de etanol, metanol e água é destilada em um aparelho dedestilação 129, e o metanol 129a na fração de vapor é reciclado para a en-trada do reator de metanol.
A fração de etanol 129b remanescente, com menos de 20% empeso de água, é então enviada para uma unidade de pervaporação 130, talcomo aquela projetada pela Sulzer, para separar a água 130b e produziretanol de grau de especificação. O álcool anidro 130a da unidade de perva-poração de etanol é então dirigido para os tanques de armazenamento. Doistanques de armazenamento são proporcionados para armazenamento deetanol, com uma capacidade total de 4.700.000 litros (1,2 milhão de galõesnorte-americanos) (aproximadamente 21 dias de operação). A gasolina paradesnaturação é injetada antes do armazenamento. O tanque de armazena-mento de gasolina tem uma capacidade de 235.000 litros (62.500 galõesnorte-americanos), que é suficiente para aproximadamente 16 dias de ope-ração.
Em outra concretização da invenção, uma rota para etanol poruma carbonilação em quatro reatores pode ser usada, como ilustrado naFigura 6. Nessa concretização, a corrente de gás de síntese 115 é converti-da no reator de metanol 120, como descrito previamente. Esses gases sãotransferidos para um reator para fase líquida 601, no qual são postos emcontato com um catalisador, por exemplo, irídio sobre carbono. Ródio tam-bém pode ser efetivo para essa reação, bem como outros metais do GrupoVIII sobre suportes sólidos. Alguns catalisadores efetivos conhecidos, quepodem ser usados nessa carbonilação, são lr4(CO)12, dicarbonildiodeto deródio, RhCl3, RhI3, RhI2(CO)2. Nessa concretização, os reagentes são reagi-dos sob pressão entre (965,3 e 1.103,2 kPa - 140 e 160 psi), a uma tempe-ratura entre 215 e 250°C, em uma solução de um promotor, tal como halo-geneto de alquila. O iodeto de metila pode ser esse promotor, entre outros,tais como CH.sub.3 Br, CH.sub.3 Cl, l.sub.2, Br.sub.2, Cl.sub.2, Hl, HBr eHCl.Os produtos dessa reação são ácido acético, hidrogênio e água.O hidrogênio deve ser removido da solução por destilação em um destilador602. O hidrogênio 602a é enviado para o reator de etanol 127. Na etapa se-guinte, a mistura de ácido acético e água é enviada para um reator 603, no qual etanol é adicionado na presença de um catalisador oxidante, tal comooxido de enxofre. Essa reação ocorre em fase líquida, aproximadamente napressão atmosférica (103,4 a 172,4 kPa - 15 a 25 psi) e uma temperaturaentre 90 e 110°C (de preferência, 100°C). A última etapa pode ocorre apósos produtos, acetato de etila e água, terem as suas temperaturas aumenta- das no aquecedor 604 entre 250 e 270°C, e comprimidos em um compressor605 a uma pressão entre (4,0 e 4,2 MPa - 580 e 610 psi), que são as condi-ções do reator de etanol 606. O hidrogênio 602a é adicionado aos reagen-tes, acetato de etila e água, para produzir etanol e água. Os catalisadores dehidrogenação similares àqueles usados para o processo de acetato de meti-la podem ser usados nesse caso, tal como Cu-Cr- Ni em um catalisador deleito compacto.
A corrente resultante de etanol e água é dividida em duas cor-rentes, em que 606a é transferida para o reator de acetato de etila 603, e oresto 606b é pervaporado em uma unidade de pervaporação Sulzer 130, para separar a água remanescente do etanol. Dessa maneira, o etanol éformado a partir de gás de síntese.
Notou-se previamente que o reator de etanol 127, o reator deacetato de metila 122 e o reator de metanol 120 da Figura 1C são exotérmi-cos, e que os reatores de acetato de metila e etanol empregam um meio de transferência líquido, tal como Dowtherm, para resfriar as misturas reacio-nais. Um meio de troca térmica líquido pode ser assim usado para transferiresse calor para outros processos que requerem calor. Desse modo, é possí-vel elaborar um circuito fechado de meio de troca térmica, que pode transfe-rir calor pela planta. Esse esquema é ilustrado na Figura 8. Essa ilustração mostra um fluxo de meio de troca térmica líquido 801 pela planta. Os váriosequipamentos de processo ao longo desse circuito fechado, tais como desti-ladores ou reatores, são engenheirados de modo a ter superfícies de trocatérmica capazes de contatar o meio reacional líquido e transferir calor para oou do meio. Em uma etapa, o meio líquido aplica calor ao secador 102 daFigura 1A. O secador, por resfriamento da sua corrente de descarga, podeproporcionar calor ao meio líquido por contato dos gases de descarga com omeio líquido. O secador requer, ao mesmo tempo, calor para produzir a cor-rente usada para secar biomassa, e pode usar meio líquido para esse fim.
Nessa concretização, o circuito fechado, que pode ser criadopelas linhas conduzindo o meio líquido entre os componentes da planta, po-de ser dirigido para as unidades de compressão entre os estágios 116 e 118da Figura 1B, que geram calor, que pode ser transferido para o meio. Aolongo da mesma rota, o meio 801 transfere calor por contato dos trocadoresde calor 116a e 118a da Figura 1 Β. O meio pode ainda transferir calor para osistema de remoção de CO2 119.
Em uma outra elaboração, o meio de transferência líquido podereceber calor por entrada em contato com os gases de combustão do gasei-ficador a vapor 106, reator de metanol 120, reator de acetato de metila 122 ereator de etanol 127 da Figura 1C. De maneira similar, o meio pode transferircalor para os aparelhos de destilação 124, 125, 126, 129 e 130 da Figura1C.
Em outras concretizações, o meio líquido pode ser usado paraaquecer vapor em um trocador 802, para uso em processos externos. Esseexemplo é meramente ilustrativo, e não esgota a possibilidade para uso domeio de transferência térmica líquido. O processo de destilação empregauma etapa de resfriamento para tornar a composição de reação líquida, eessa etapa de resfriamento pode ser usada para transferir calor para o meio.O uso desse meio vai ser, naturalmente altamente dependente da plantaespecífica, e deve ser ajustado para melhor equilibrar os fluxos de calor pelosistema.
Dessa maneira, juntamente com a recuperação térmica dos ga-ses de combustão e do gás de síntese, pode-se notar que o processo debiomassa em etanol continua, usando mais o calor disponível e, desse mo-do, minimizando a quantidade de combustíveis externos para operação noprocesso.
Vários sistemas de utilidades são necessários ao longo da plan-ta. Esses incluem vapor de alta pressão, vapor de média pressão, vapor debaixa pressão, água de resfriamento, ar instrumental, sistema de controle,eletricidade, gás combustível e chama auxiliar, condicionamento de água deproduto e condicionamento de água de alimentação de caldeira. A água deresfriamento é necessária no sistema de destilação de etanol. "Dowtherm"(marca de fluido térmico) é usado para fornecer calor para as colunas dedestilação, bem como remoção de calor dos reatores de metanol, acetato demetila e etanol. Dois compressores a ar de rosca a 100%, operando a umapressão manométrica de 760 kPag proporcionam ar de instrumentação. Ossecadores de ar de instrumentação, baseados em tecnologia de desidrata-ção de sílica-gel, vão fornecer ar de instrumentação a um ponto de orvalhomínimo de 50°C (@ 700 kPag). Uma fonte de ar de instrumentação de 60minutos vai ser acumulada no receptor de ar seco entre as pressões normale mínima. O controle de processo vai ser feito pelo sistema de controle dis-tribuído (DCS), com base em instrumentos (transmissores / transdutores)localizados ao longo da instalação industrial, montado em equipamento deprocessamento. O controle de alarme e parada vai ser feito por sinais decampo enviados para e de um DCS na sala de controle e vai ser rastreadopor um registrador de dados de eventos em seqüência, para análise subse-qüente. Os dispositivos de dosagem de fluxo vão enviar informações ao PLCpara exibição local de fluxo atuais e fluxos totalizados. As entradas e saídasda instrumentação e do equipamento de processo, mostradas nos P&IDs,são monitoradas e controladas pelo PLC localizado na sala de controle dainstalação. Todos os pontos de processo das cabines de controle no campotêm l/O (entradas / saídas) adequadas para a área. Todas as ligações nocampo vão ser intrinsecamente seguras por uso de dispositivos limitadoresde corrente na cabine de controle local. Os sinais digitais e analógicos parae dos dispositivos em campo vão ser l/O intrinsecamente seguras. O sistemade controle vai usar um circuito fechado de controle de 24 V de corrente con-tínua para os instrumentos no campo. A reserva de bateria vai ser propor-cionada em um sistema de energia interruptível (a carga está sempre conec-tada ao inversor) em linha real, capaz de manter a operação do sistema poruma hora. A qualidade do processo vai ser por meio de analisadores instala-dos, que vão proporcionar informações em linha dos dados de processo ne-cessários. Os dados vão ser arquivados para análise em uma data posterior.Todo o sistema de controle e todas as variáveis de processo vão ser tam-bém capazes de monitoramento remoto pelo operador, para garantir quesejam mantidas as eficiências mecânica e de processo.
Vai-se considerar a descrição acima relacionada com a invençãopor meio apenas de exemplo. Muitas variações da invenção vão ser óbviaspara aqueles versados na técnica, essas variações óbvias estão dentro doâmbito da invenção, como indicado no presente relatório descritivo, se ounão descrito expressamente.

Claims (140)

REIVINDICAÇÕES
1. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntese,compreendendo:proporcionar gás de síntese;converter o gás de síntese, na presença de um catalisador, paraproduzir uma mistura compreendendo metanol e monóxido de carbono ehidrogênio;produzir uma mistura compreendendo acetato de metila, hidro-gênio, metanol, ácido acético e água, por reação de metanol, monóxido decarbono e hidrogênio, na presença de um promotor e um catalisador metáli-co compreendendo um metal selecionado do grupo consistindo em irídio,ferro, cobalto, níquel, rutênio, paládio, ósmio e platina, e o promotor;separar a mistura compreendendo acetato de metila, hidrogênio,metanol, ácido acético e água, para produzir uma mistura de acetato de me-tila e metanol e uma fração selecionado do grupo consistindo em uma fraçãode hidrogênio, uma fração de promotor, uma fração de ácido acético e umafração de água; eproduzir uma mistura compreendendo etanol por reação do ace-tato de metila e da mistura de metanol com hidrogênio, na presença de umcatalisador de hidrogenação.
2. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 1, no qual o catalisador compreendendo um metal é um catalisador deirídio.
3. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 1 ou 2, no qual o catalisador compreendendo um metal é acetato de irí-dio.
4. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 3, no qual o promotor é um halogeneto de alquila.
5. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 4, no qual o promotor é iodeto de metila.
6. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 5, no qual a conversão do gás de síntese compre-ende ainda:comprimir o gás de síntese para produzir gás de síntese com-primido;aquecer o gás de síntese comprimido para produzir gás de sín-tese comprimido aquecido;reformar por vapor o gás de síntese comprimido aquecido paraproduzir gás de síntese reformado;recomprimir o gás de síntese reformado para produzir gás desíntese reformado comprimido; econverter o gás de síntese reformado comprimido em uma mis-tura compreendendo metanol, monóxido de carbono, dióxido de carbono ehidrogênio.
7. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 6, no qual a conversão do gás de síntese compre-ende ainda a remoção do dióxido de carbono da mistura.
8. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 7, no qual na remoção do dióxido de carbono damistura, esta é pelo menos parcialmente aquecida usando calor de um meiode troca térmica, em que o dito meio recebe calor gerado da produção deuma mistura compreendendo acetato de metila, hidrogênio, metanol, ácidoacético e água, ou da produção de uma mistura compreendendo etanol.
9. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer umadas reivindicações de 6 a 8, no qual a pressão do gás de síntese comprimidoaquecido é de 2.400 a 3.500 kPa, e em que a temperatura do gás de síntesecomprimido aquecido é de 220 a 450°C.
10. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 6 a 9, no qual a reforma com vapor do gás desíntese comprimido é conduzida a uma pressão de 2.400 - 3.500 kPa, e auma temperatura de 220 a 300°C.
11. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 6 a 10, no qual a pressão do gás de síntese re-formado comprimido é entre 4.700 e 5.500 kPa, e a temperatura do gás desíntese reformado comprimido é entre 220 e 300°C.
12. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 6 a 11, no qual a conversão do gás de síntesereformado comprimido na mistura compreendendo metanol compreende a-inda borbulhar o gás de síntese reformado comprimido por uma polpa paraproduzir metanol, em que a dita polpa contém um catalisador metálico sus-penso em um líquido inerte.
13. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 12, no qual a conversão do gás de síntese reformado comprimido namistura compreendendo metanol compreende ainda adicionar vapor ao gásde síntese reformado comprimido, para produzir hidrogênio, que é adiciona-do ao gás de síntese reformado comprimido.
14. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 13, no qual a conversão do gás de síntese reformado comprimido namistura compreendendo metanol compreende ainda remover dióxido de car-bono.
15. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 6 a 14, no qual a conversão do gás de síntesereformado comprimido em metanol é conduzida a uma pressão de 4.700 a-5.500 kPa e a uma temperatura de 220 a 300°C.
16. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 15, compreendendo ainda uma fração depromotor, que é reciclada para a mistura compreendendo acetato de metila,hidrogênio, metanol, ácido acético e água.
17. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 16, compreendendo ainda uma fração de áci-do acético, que é reciclada para a mistura compreendendo etanol.
18. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 17, no qual um reator de leito adensado éusado para a produção da mistura compreendendo etanol.
19. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 18, no qual o dito reator de leito adensado contém um catalisador, com-preendido de cobre, níquel, cromo ou uma combinação deles, adsorvido emum material inerte.
20. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 19, no qual a produção da mistura compreen-dendo etanol é conduzida em fase gasosa, a uma temperatura de 160 a-300°C e a uma pressão de 3.500 a 4.500 kPa.
21. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 19, no qual a produção da mistura compreen-dendo etanol é conduzida com uma razão de hidrogênio para acetato de me-tila de 0:1 a 15:1.
22. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 20, no qual a produção da mistura compreen-dendo etanol é conduzida com uma razão de hidrogênio para acetato de me-tila de aproximadamente 10:1.
23. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 22, no qual a produção da mistura, compre-endendo acetato de metila, hidrogênio, metanol, ácido acético e água, éconduzida em um reator de carbonilação de leito adensado.
24. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 23, no qual o dito reator de carbonilação de leito adensado é adensadocom um material de carvão ativado, no qual é adsorvido o catalisador metáli-co.
25. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 24, no qual a produção da mistura compreen-dendo acetato de metila, hidrogênio, metanol, ácido acético e água é condu-zida em fase gasosa, a uma pressão de 1.000 a 1.500 kPa e a uma tempe-ratura de 200 a 300°C.
26. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 25, no qual a dita separação compreendedestilar a mistura compreendendo acetato de metila, hidrogênio, metanol,ácido acético e água, para separar e reciclar os componentes e o promotornão reagidos.
27. Processo de acordo com a reivindicação 26, no qual a desti-lação compreende ainda destilar a mistura compreendendo acetato de meti-la, hidrogênio, metanol, ácido acético e água, para produzir uma fração dehidrogênio e uma mistura compreendendo ácido acético, acetato de metila,iodeto de metila, metanol e água.
28. Processo de acordo com a reivindicação 27, compreendendoainda destilar a mistura compreendendo ácido acético, acetato de metila,iodeto de metila, metanol e água, para produzir uma mistura compreendendoacetato de metila e iodeto de metila, e uma mistura compreendendo ácidoacético e água.
29. Processo de acordo com a reivindicação 28, compreendendoainda:destilar a mistura compreendendo acetato de metila e iodeto demetila, para produzir uma fração de acetato de metila e uma fração de iodetode metila; eremover água da mistura compreendendo ácido acético e água,para produzir uma fração de ácido acético.
30. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 29, no qual a separação da mistura compreendendo acetato de meti-la, hidrogênio, metanol, ácido acético e água é pelo menos parcialmente a-quecida usando calor de um meio de troca térmica, em que o dito meio re-cebe calor gerado da produção de uma mistura compreendendo acetato demetila, hidrogênio, metanol, ácido acético e água, ou da produção de umamistura compreendendo etanol.
31. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 30, compreendendo ainda:separar a mistura compreendendo etanol, para produzir umafração de etanol, uma fração de metanol e uma segunda fração de hidrogê-nio; ereciclar a corrente de metanol e a segunda fração de hidrogênio,para converter o gás de síntese na mistura compreendendo metanol.
32. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 31, no qual a separação da mistura compreendendo é pelo menos par-cialmente aquecida usando calor de um meio de troca térmica, em que o ditomeio recebe o calor gerado da produção de uma mistura compreendendoacetato de metila, hidrogênio, metanol, ácido acético e água, ou da produção de uma mistura compreendendo etanol.
33. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 32, no qual a provisão de gás de síntesecompreende ainda gasificar a biomassa em um gaseificador de vapor tendoum leito fluidizado, para produzir uma corrente de gás de síntese.
34. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 33, no qual a provisão de gás de síntese compreende ainda secar a bi-omassa em um secador de vapor, a um teor de umidade de 1 a 30%, antesda gaseificação da biomassa.
35. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica- ção 34, no qual a secagem da biomassa é conduzida em um secador a va-por pelo menos parcialmente aquecido usando calor de um meio de trocatérmica, em que o dito meio recebe calor gerado da produção de uma mistu-ra compreendendo acetato de metila, hidrogênio, metanol, ácido acético eágua, ou da produção de uma mistura compreendendo etanol.
36. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 33 a 35, no qual a gaseificação de biomassa emum gaseificador de vapor é conduzida a uma temperatura de 750 a 900°C ea uma pressão de 100 a 175 kPa.
37. Processo de produção de etanol de acordo com qualquer uma das reivindicações de 33 a 36, no qual a provisão do gás de síntesecompreende ainda remover matéria particulada da corrente de gás de sínte-se.
38. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 37, no qual a provisão do gás de síntese compreende resfriar o gás de síntese em um gerador de vapor de recuperação de calor de gás de síntese,para gerar vapor.
39. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 33 a 38, no qual a provisão do gás de síntesecompreende ainda purificar a corrente de gás de síntese, para remover oscompostos contendo nitrogênio ou enxofre.
40. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 33 a 39, no qual a gaseificação da biomassa emum gaseificador de vapor compreende ainda:produzir gases de combustão quentes por queima de um com-bustível; etransferir os gases de combustão quentes a uma série de tubosembutida no leito fluidizado do gaseificador de vapor, para aquecer o leitofluidizado.
41. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 40, no qual o dito combustível é gás de síntese de baixa capacidadetérmica, produzido por gaseificação de biomassa em um gaseificador de so-prodear.
42. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 33 ou 41, no qual os ditos tubos têm um ou mais insertos metálicos den-tro de cada tubo e estendendo-se pelo comprimento dele.
43. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 33 a 42, no qual a gaseificação da biomassa emum gaseificador de vapor compreende ainda:soprar os gases de combustão quentes para um gerador de va-por de recuperação de calor de gases de combustão;converter o vapor do gerador de vapor de recuperação de calorde gás de síntese em vapor no gerador de vapor de recuperação de calor degases de combustão; etransferir o dito vapor para gaseificar a biomassa em um gaseifi-cador de vapor.
44. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 43, no qual a provisão do gás de síntese compreende ainda:secar a biomassa em um secador de vapor a um teor de umida-de de 1 a 30% ou menos, antes de gaseificar a dita biomassa em um gasei-ficador de vapor;transferir o condensado do secador de vapor para o gerador devapor de recuperação de calor de gases de combustão, para gerar vapor; etransferir o vapor gerado pelo gerador de vapor de recuperaçãode calor de gases de combustão para secar a biomassa em um secador devapor.
45. Processo de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 33 a 44, no qual o dito combustível é selecionadodo grupo consistindo em metanol, gás de síntese, gás de aterro ou gás obti-do por digestão anaeróbica de estrume ou biossólidos.
46. Processo de produção de etanol de acordo com a reivindica-ção 1, compreendendo ainda:converter o gás de síntese em metanol por borbulhamento degás de síntese por um líquido inerte, a uma pressão de 4.700 a 5.500 kPa ea uma temperatura de 220 a 300°C;produzir a mistura de acetato de etila, hidrogênio, metanol, ácidoacético e água em um reator de leito adensado, na presença de um promo-tor, em que o catalisador metálico é acetato de irídio adsorvido em carvãoativado, e em que essas reação é conduzida a uma pressão de 900 a 1.500kPa e a uma temperatura de 220 a 300°C;produzir a mistura compreendendo etanol em um reator de leitoadensado, em que o catalisador de hidrogenação é compreendido de cobre,níquel e cromo adsorvido em um material inerte, em que a produção da mis-tura compreendendo etanol é conduzida a uma temperatura de 160 a 300°Ce a uma pressão de 3.500 a 4.500 kPa;separar a mistura compreendendo acetato de metila, hidrogênio,metanol, ácido acético e água, para produzir uma fração de ácido acético; eadicionar a fração de ácido acético ao reator para produzir eta-nol,em que a provisão de gás de síntese compreende ainda:secar a biomassa em um secador de vapor a um teor de umida-de de 1 a 30%;gaseificar a biomassa em um gaseificador de vapor para produ-zir gás de síntese, em que o dito gaseificador é um recipiente em forma decaixa tendo paredes verticais e uma cobertura; um leito fluidizado compre-ende areia de sílica, dolomita ou olivina, ou uma combinação delas; um fun-do composto de uma chapa distribuidora tendo uma superfície interna e umapluralidade de furos atravessantes, nos quais são montados cilindros tendotampas, em que os ditos cilindros tampados são vazados, de modo a teremum canal estendendo-se de uma câmara de pressão abaixo da chapa distri-buidora, que transporta vapor e no qual o dito canal se estende e se estreitaa um ou mais furos de saída feitos nas ditas tampas, os furos de saída sen-do transversais a um eixo longitudinal dos ditos cilindros, em que o vapor éinjetado da câmara de pressão pelos tubos atravessantes no leito, de modoa fluidizar uniformemente o leito pelos furos de saída, em uma direção para-lela a um plano definido pela superfície interna da chapa distribuidora; e emque o dito recipiente tem uma pluralidade de tubos embutida no leito, quetransmite os gases de combustão quentes, de modo a aquecer o leito, e emque os ditos tubos são paralelos ao plano da chapa distribuidora e são dis-postos em conjuntos, em que os tubos nos ditos conjuntos são paralelos en-tre si e têm uma orientação triangular entre si, e em que a dita gaseificação éconduzida a uma temperatura de 750 a 900°C e a uma pressão de 100 a-175 kPa; e em que os ditos gases de combustão quentes são produzidos porgaseificação de biomassa em um gaseificador por sopro de ar, para produzirgás de síntese de baixa capacidade térmica, e combustão do dito gás desíntese de baixa capacidade térmica.
47. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntese, odito processo compreendendo:proporcionar gás de síntese;converter o gás de síntese, na presença de um catalisador, paraproduzir uma mistura compreendendo metanol, monóxido de carbono e hi-drogênio;produzir uma mistura compreendendo ácido acético, monóxidode carbono e hidrogênio por reação de metanol, monóxido de carbono e hi-drogênio na presença de um ou mais catalisadores;produzir uma mistura compreendendo acetato de etila por rea-ção de ácido acético, etanol e monóxido de carbono, na presença de um oumais catalisadores; eproduzir uma mistura compreendendo etanol por reação de ace-tato de etila com hidrogênio, na presença de um catalisador de hidrogena-ção.
48. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com a reivindicação 47, no qual a produção de uma mistura com-preendendo ácido acético, monóxido de carbono e hidrogênio é conduzidaem fase gasosa, a uma temperatura de 215 a 250°C e a uma pressão de965,3 e 1.103,2 kPa(140e 160 psi).
49. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com a reivindicação 47 ou 48, no qual a produção de uma misturacompreendendo ácido acético, monóxido de carbono e hidrogênio é condu-zida usando catalisador compreendendo um metal do Grupo VIII.
50. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com a reivindicação 49, no qual o dito catalisador é irídio, e emque o dito catalisador é adsorvido em um substrato de carbono sólido.
51. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 50, no qual a pro-dução de uma mistura compreendendo acetato de etila é conduzida em faselíquida, a uma temperatura de 90 a 110°C e de 103,4 a 172,4 kPa (15 a 25psi).
52. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 51, no qual a pro-dução de uma mistura compreendendo acetato de etila é conduzida usandoum catalisador compreendendo óxido de enxofre.
53. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 52, no qual a pro-dução de uma mistura compreendendo etanol, por reação de acetato de etilacom hidrogênio, é conduzida em fase gasosa, a uma temperatura de 250 a-270°C e a uma pressão de 4,0 a 4,2 MPa (580 a 610 psi).
54. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 53, no qual a pro-dução de etanol, por reação de acetato de etila com hidrogênio, é conduzidana presença de catalisador compreendendo cobre, níquel, cromo ou qual-quer combinação deles.
55. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 54, no qual a pro-dução de etanol, por reação de acetato de etila com hidrogênio, para produ-ção de uma mistura compreendendo acetato de etila.
56. Processo de produção de etanol a partir de gás de síntesede acordo com qualquer uma das reivindicações de 47 a 55, incluindo aindaa separação de hidrogênio, após a produção de uma mistura compreenden-do ácido acético, monóxido de carbono e hidrogênio, e a adição do dito hi-drogênio, para a produção de etanol por reação de acetato de etila com hi-drogênio.
57. Processo de produção de etanol a partir de biomassa, o ditoprocesso compreendendo:gaseificar biomassa, na presença de vapor e na ausência de ar,em um gaseificador de vapor, para produzir gás de síntese, em que o ditogaseificador de vapor é um recipiente em forma de caixa, incluindo uma plu-ralidade de tubos e um fundo que é uma chapa distribuidora; ereagir o gás de síntese na presença de um ou mais catalisado-res, para produzir etanol, em que a gaseificação da biomassa inclui:transmitir os gases quentes pelos tubos;colocar a biomassa eno gaseificador de vapor; efluidizar o leito por injeção de vapor pela chapa distribuidora noleito.
58. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 57, no qual a reação do gás de síntese compre-ende:produzir uma mistura de metanol, monóxido de carbono e hidro-gênio por reação do gás de síntese, na presença de um ou mais catalisado-res;produzir uma mistura compreendendo ácido acético, hidrogênioe monóxido de carbono por reação de metanol, monóxido de carbono e hi-drogênio na presença de um ou mais catalisadores;separar hidrogênio da mistura compreendendo ácido acético,hidrogênio e água;produzir uma mistura compreendendo acetato de etila e águapor reação de ácido acético com etanol, na presença de um ou mais catali-sadores; eproduzir uma mistura compreendendo etanol por reação de ace-tato de etila e hidrogênio na presença de um ou mais catalisadores.
59. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 57, no qual a reação do gás de síntese compre-ende:produzir uma mistura compreendendo metanol, monóxido decarbono e hidrogênio por reação do gás de síntese na presença de um oumais catalisadores;produzir uma mistura compreendendo ácido acético, hidrogênioe monóxido de carbono por reação de metanol, monóxido de carbono e hi-drogênio na presença de um ou mais catalisadores; eproduzir uma mistura compreendendo etanol por reação de áci-do acético e hidrogênio na presença de um ou mais catalisadores.
60. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 57, no qual a reação do gás de síntese compre-ende:produzir uma mistura compreendendo metanol, monóxido decarbono e hidrogênio por reação do gás de síntese em metanol, na presençade um catalisador;produzir uma mistura compreendendo acetato de metila e hidro-gênio por reação de metanol e monóxido de carbono na presença de umcatalisador; eproduzir uma mistura compreendendo etanol e metanol por rea-ção de acetato de metila e hidrogênio na presença de um ou mais catalisa-dores.
61. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a- cordo com a reivindicação 57, no qual a reação do gás de síntese compre-ende:produzir uma mistura compreendendo metanol, monóxido decarbono e hidrogênio por reação do gás de síntese em metanol, na presençade um catalisador; e produzir uma mistura compreendendo etanol por reação de me-tanol, monóxido de carbono e hidrogênio na presença de um ou mais catali-sadores.
62. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 57, no qual a dita reação do gás de síntese com- preende produzir uma mistura compreendendo etanol por reação do gás desíntese na presença de um ou mais catalisadores de Fischer - Tropsch.
63. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 57, no qual a dita reação do gás de síntese com-preende: produzir uma mistura compreendendo acetaldeído por reação dogás de síntese na presença de um catalisador; eproduzir uma mistura compreendendo etanol por reação de ace-taldeído com hidrogênio, na presença de um catalisador de hidrogenação.
64. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a- cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 63, no qual a gaseifica-ção da biomassa é conduzida a uma pressão de 100 a 175 kPa e a umatemperatura de 750 a 900°C.
65. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 64, no qual os ditos ga- ses de combustão quentes são proporcionados por gaseificação da biomas-sa em um gaseificador de sopro de ar, para produzir um gás de síntese debaixa capacidade térmica, e queima do dito gás de síntese de baixa capaci-dade térmica para produzir gases de combustão quentes.
66. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 66, no qual a gaseifica-ção de uma biomassa em um gaseificador de sopro de ar é conduzida a umapressão de 100 a 175 kPa e a uma temperatura de 750 a 900°C.
67. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 66, no qual o dito gasei-ficador de vapor compreende paredes e uma cobertura curva, com uma saí-da na cobertura ou em uma parte superior de uma parede para a dita corren-te de gás efluente, e o dito leito fluidizado é mantido a uma altura suficiente-mente abaixo da cobertura, de modo que nenhuma parte do leito fluidizadopode escapar pela saída, e de modo que o gás de síntese resida no espaçoabaixo da cobertura por um período de um a cinco segundos.
68. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 67, no qual os ditos tu-bos são dispostos em atados de tubos, estendendo-se paralelos ao plano dachapa.
69. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com a reivindicação 68, no qual os tubos nos ditos atados, quandovistos de uma extremidade, formam um modelo triangular entre si.
70. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 69, no qual a dita chapadistribuidora tem uma pluralidade de cilindros tampados montados em furosna dita chapa distribuidora, e cada cilindro tampado é vazado para formarum canal levando de uma câmara de pressão abaixo da chapa distribuidoraque conduz vapor, e para fora do leito por um ou mais furos de saída dirigi-dos paralelos ao plano da chapa distribuidora.
71. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 70, no qual as partesvazadas dos cilindros tampados têm um diâmetro interno de 0,63 a 2,5 cen-tímetros (1/4 a uma polegada) e os ditos cilindros tampados se estendempara cima da chapa distribuidora, a uma distância de 2,5 a 10,2 centímetros(uma a quatro polegadas).
72. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 71, no qual os furos desaída dos cilindros tampados têm um diâmetro de 0,16 a 0,63 centímetro(1/16 a 1/4 de polegada).
73. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 72, no qual os ditos tu-bos têm um diâmetro interno de 1,3 a 10,2 centímetros (meia a quatro pole-gadas).
74. Processo de produção de etanol a partir de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 57 a 73, no qual os gases decombustão quentes entram nos tubos no gaseificador de vapor, a uma tem-peratura de 1.000 a 1.200°C, e deixam o gaseificador de vapor, a uma tem-peratura de 750 a 900°C.
75. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa, compreendendo as etapas de:proporcionar um leito tendo uma pluralidade de tubos e compre-endendo um material mineral, em que o dito leito fica contido em um recipi-ente em forma de caixa, tendo um fundo que é uma chapa distribuidora;fluidizar o leito por injeção de vapor no leito pela chapa distribui-dora, de uma maneira tal a fluidizar uniformemente o leito;aquecer o leito por transmissão de gases quentes pelos tubos,em que os ditos gases de combustão quentes são produzidos por combus-tão de um combustível; einjetar biomassa no leito, de modo a gaseificar a biomassa paraproduzir gás de síntese.
76. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 75, no qual o dito recipiente tem paredesverticais, uma cobertura e uma saída posta na cobertura ou em uma partesuperior da parede.
77. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 75, ou 76, no qual a injeção de biomassa éconduzida de tal maneira que o leito fluido com a biomassa é mantido a umaaltura na qual nada do material do leito pode escapar pela saída, e em queos ditos gases residem no espaço entre o leito e a cobertura, por um períodode 1 a 5 segundos.
78. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 77, no qual odito aquecimento do leito, por transmissão dos gases quentes pelo conjuntode tubos, é conduzido de modo que os gases quentes entram nos tubos auma temperatura de 900 a 1.200°C, e os ditos gases quentes saem dos tu-bos a uma temperatura de 750 a 900°C.
79. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 78, no qual osditos tubos têm um ou mais insertos metálicos dentro de cada tubo, e emque os ditos insertos se estendem pelo comprimento dos tubos.
80. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 79 no qual osditos tubos são dispostos em atados de tubos, estendendo-se paralelos aoplano da chapa.
81. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 80, no qual os tubos nos ditos atados,quando vistos de uma extremidade, formam um modelo triangular entre si.
82. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 80 ou 81, no qual o leito contém um a qua-tro atados de tubos, com um espaçamento entre os ditos tubos de 60,7 a-121,9 centímetros (dois a quatro pés), e em que o atado de tubos mais baixoé de 60,7 a 121,9 centímetros (dois a quatro pés) acima da chapa distribui-dora.
83. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 82, no qual agaseificação da biomassa é conduzida a uma pressão de 100 a 175 kPa e auma temperatura de 750 a 900°C.
84. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 83, no qual adita chapa distribuidora tem uma pluralidade de furos e uma pluralidade decilindros tampados montados nos ditos furos, e em que os ditos cilindrostampados são vazados de modo a terem um canal estendendo-se de uma câmara de pressão abaixo da chapa distribuidora, que conduz vapor, e emque o dito canal se estende para um ou mais furos de saída feitos nas ditastampas transversais ao eixo longitudinal dos ditos cilindros, de modo quevapor é injetado da câmara de pressão para o leito, de modo a fluidizar oleito pelos furos de saída em uma direção paralela ao plano da chapa distri- buidora.
85. Aparelho para produzir gás de síntese a partir de biomassade acordo com a reivindicação 84, no qual os ditos cilindros tampados sãodispostos na chapa distribuidora, de modo a fluidizar uniformemente o leito.
86. Aparelho para produzir gás de síntese a partir de biomassa de acordo com a reivindicação 84 ou 85, no qual os ditos cilindros tampadossão dispostos na chapa distribuidora, de modo a formar um modelo retilíneoou triangular repetitivo.
87. Aparelho para produzir gás de síntese a partir de biomassade acordo com qualquer uma das reivindicações de 84 a 86, no qual os ditos cilindros tampados se estendem da chapa distribuidora a uma distância en-tre (uma e quatro polegadas), e em que os ditos furos de saída têm um diâ-metro de 0,16 a 0,63 centímetro (1/16 a 1/4 de polegada), e em que o canaldos ditos cilindros tampados têm um diâmetro de 0,63 a 2,5 centímetros (1/4a uma polegada).
88. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 87, no qual ainjeção da biomassa no leito é conduzida usando um alimentador de roscaafilado disposto em uma parte do recipiente, de modo que a biomassa sejainjetada na parte intermediária do leito, quando o leito é fluidizado, e na parte de topo do leito, quando não fluidizado, e de modo que um tarugo de bio-massa seja formado próximo a um ponto onde a biomassa entra no recipien-te, de tal modo a evitar a entrada de ar no leito.
89. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 88, no qual osditos tubos têm um diâmetro interno de 1,3 a 10,2 centímetros (meia a 4 po-legadas).
90. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 89, no qual odito leito compreende um material mineral tendo um tamanho de partícula de-300 a 400 mícrons.
91. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 90, no qual odito leito compreende areia de sílica, dolomita ou olivina, ou uma combina-ção deles.
92. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 71 a 85, incluindoainda secar a biomassa em um secador de vapor pressurizado a um teor deumidade de 30% ou menos, antes de gaseificação da biomassa.
93. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 92, compreendendo ainda descarregar osgases de combustão quentes dos tubos a um gerador de vapor de recupera-ção de calor, descarregar o condensado e o vapor produzidos pelo secadorpara o gerador de vapor de recuperação de calor, gerar vapor no gerador devapor de recuperação de calor, e usar o vapor na secagem ou na fluidizaçãodo leito.
94. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 93, compreen-dendo ainda descarregar os gases de combustão quentes dos tubos paraum gerador de vapor de recuperação de calor, gerando vapor de uma fontede vapor, e usando o vapor gerado pelo gerador de vapor de recuperação decalor na fluidização do leito.
95. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 94, no qual a geração de vapor é conduzi-da por uso de vapor produzido por passagem do gás de síntese, produzidopor gaseificação por um gerador de vapor de recuperação de calor de gásde síntese.
96. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com qualquer uma das reivindicações de 75 a 95, no qual osditos gases são gases de combustão aquecidos, produzidos por queima deum combustível.
97. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 96, no qual o dito combustível é selecio-nado do grupo consistindo em gás de aterro, gás natural, metano, combustí-veis líquidos derivados de petróleo, óleos de aquecimento, óleos diesel,combustíveis derivados de biomassa, biodiesel, líquidos de Fischer - Trops-ch, ou gases produzidos por digestão anaeróbica de estrume ou biossólidos.
98. Processo de produção de gás de síntese a partir de biomas-sa de acordo com a reivindicação 96, no qual o combustível é um gás desíntese de baixa capacidade térmica, produzido por gaseificação de biomas-sa em um gaseificador de sopro de ar.
99. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de acor-do com a reivindicação 98, no qual a gaseificação de biomassa em um ga-seificador de sopro de ar inclui:proporcionar um recipiente contendo um leito de areia de sílica;fluidizar o dito leito por injeção de ar no leito;colocar biomassa no leito; egaseificar a biomassa para produzir gás de síntese de baixa ca-pacidade térmica.
100. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de a-cordo com a reivindicação 93, no qual a dita areia de sílica tem um tamanhode partícula de 300 a 400 mícrons.
101. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de a-cordo com a reivindicação 99 ou 100, no qual a injeção de ar no leito com-preende:proporcionar uma chapa distribuidora como um fundo do recipi-ente, tendo uma pluralidade de furos, cada furo tendo um cilindro tampadomontado nele, cada cilindro tampado sendo vazado de modo a ter um canalestendendo-se de uma câmara de pressão abaixo da chapa distribuidora,que conduz ar, estendendo-se a um ou mais furos de saída feitos nas ditastampas, transversais ao eixo longitudinal dos ditos cilindros; etransmitir ar pelos ditos cilindros e para o leito em uma direçãoparalela à chapa distribuidora, para fluidizar o leito.
102. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de a-cordo com a reivindicação 101, no qual os ditos cilindros tampados são dis-postos na chapa distribuidora, de modo a formar um modelo retilíneo ou tri-angular repetitivo.
103. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de a-cordo com a reivindicação 101 ou 102, no qual os ditos cilindros tampadosse estendem da chapa distribuidora a uma distância entre (1/4 e uma pole-gada), e em que os ditos furos de saída têm um diâmetro de 0,16 a 0,63centímetro (1/16 a 1/4 de polegada), e em que o canal dos ditos cilindrostampados têm um diâmetro de 1,3 a 2,5 centímetros (meia a uma polegada).
104. Processo para produzir gás de síntese de biomassa de a-cordo com qualquer uma das reivindicações de 99 a 103, no qual a gaseifi-cação da biomassa, para produzir um gás de síntese de baixa capacidadetérmica, compreende:aquecer o leito à temperatura operacional usando um queimadorde partida;manter a dita temperatura por injeção de ar e biomassa no leito.
105. Aparelho de produção de etanol, tal usina compreendendo:um reator de metanol tendo uma entrada de gás de síntese, etendo uma saída compreendendo metanol, monóxido de carbono e hidrogê-nio;um reator de acetato de metila tendo um catalisador compreen-dendo um metal selecionado do grupo consistindo em irídio, ferro, cobalto,níquel, rutênio, paládio, ósmio e platina, e usando um promotor, e tendo co-mo uma saída uma mistura compreendendo acetato de metila, ácido acético,hidrogênio, hidrogênio e metanol;um destiiador que separa os componentes da mistura compre-endendo acetato de metila, ácido acético, hidrogênio, hidrogênio e metanol;eum reator de etanol tendo uma entrada compreendendo hidro-gênio, acetato de metila e metanol, e tendo uma saída compreendendo eta-nol.
106. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 105, no qual o dito destiiador separa hidrogênio de uma mistura com-preendendo acetato de metila, ácido acético, hidrogênio e metanol, em que adita fração de hidrogênio é alimentada ao reator de etanol; e tendo um se-gundo destiiador separando os componentes da mistura compreendendoacetato de metila, ácido acético, água e metanol.
107. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 106, no qual o dito segundo destiiador separa uma mistura de acetatode metila e metanol de uma mistura compreendendo ácido acético e água; etendo um terceiro destiiador separando os componentes da mistura compre-endendo acetato de metila, metanol e o promotor.
108. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 107, no qual o dito terceiro destiiador separa uma fração de promotorde uma mistura compreendendo acetato de metila e metanol, e em que adita mistura de acetato de metila e metanol é alimentada ao reator de etanol,e em que a dita fração de promotor é alimentada ao reator de acetato demetila.
109. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 108, no qual o dito reator de acetato demetila tem um catalisador compreendendo irídio.
110. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 109, no qual o dito reator de acetato de metila tem um catalisadorcompreendendo acetato de irídio.
111. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 110, no qual o dito promotor é um haloge-neto de alquila.
112. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 111, no qual o dito reator de acetato demetila opera em fase gasosa, a uma temperatura de 200 a 300°C e a umapressão de 1.000 a 1.500 kPa.
113. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 112, no qual o dito o dito reator de acetatode metila é um reator de leito adensado, em que o dito leito adensado con-tém o catalisador adsorvido em carvão ativado.
114. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 113, no qual o dito reator de etanol empre-ga um catalisador compreendendo cobre, níquel e cromo, ou uma combina-ção deles em um material inerte.
115. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 114, no qual o dito reator de etanol operaem fase gasosa, a uma temperatura de 225 a 300°C e a uma pressão de-3.500 a 4.500 kPa.
116. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 115, no qual o dito reator de etanol operacom uma razão de hidrogênio para acetato de metila de 0:1 a 15:1.
117. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 116, tendo um pervaporador para separarácido acético e água, em que o dito ácido acético é adicionado ao reator deetanol para produzir etanol.
118. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 117, no qual o dito reator de etanol é umreator de etanol adensado tendo um catalisador heterogêneo.
119. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 118, no qual o dito reator de metanol incluium catalisador compreendido de compostos metálicos, suspensos em umlíquido inerte, e em que os ditos monóxido de carbono, hidrogênio e metanolestão em fase gasosa.
120. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 119, no qual o dito reator de metanol operacom reagente e produtos em fase gasosa, a uma temperatura de 200 a-300°C e a uma pressão de 4.700 a 5.500 kPa.
121. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualquer uma das reivindicações de 105 a 120, no qual o dito reator de metanol é ca-paz de receber vapor, e o dito reator de metanol é capaz de reagir monóxidode carbono com vapor para produzir dióxido de carbono e hidrogênio.
122. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 121, compreendendo ainda um compres-sor, que comprime gás de síntese a uma pressão de 2.400 a 3.500 kPa, eum aquecedor, que aquece o gás de síntese a uma temperatura de 220 a-450°C, e passa o dito gás de síntese a um reformador de vapor, que com-prime um catalisador de metal de base, e em que o dito reformador de vaporconverte os hidrocarbonetos contidos no gás de síntese a monóxido de car-bono e hidrogênio.
123. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 122, compreendendo ainda um compres-sor, que comprime gás de síntese a uma pressão de 4.700 a 5.500 kPa, eum aquecedor, que aquece o gás de síntese a uma temperatura de 200 a 300°C, e em que o dito gás de síntese passando por esse compressor épassado para o reator de metanol.
124. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 105 a 123, compreendendo ainda um destiladorde vaporização rápida recebendo a saída do reator de etanol, e separação de hidrogênio, em que o reator de metanol é capaz de receber hidrogênio dodestilador de vaporização rápida, e um destilador de metanol recebendo me-tanol e etanol do reator de etanol, e separação de metanol, em que o reatorde metanol é capaz de receber metanol do destilador de metanol.
125. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualquer uma das reivindicações de 105 a 124, compreendendo ainda:um gaseificador de vapor com um leito fluidizado, que recebebiomassa e vapor e descarrega gás de síntese;em que o dito gaseificador de vapor tem tubos embutidos no lei-to, que recebem gases quentes, e ainda em que os ditos tubos aquecem oleito.
126. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 125, no qual o gaseificador de vapor é um recipiente tendo paredesverticais, em que essas paredes formam um retângulo tendo uma chapa dis-tribuidora como um fundo, e em que a dita chapa distribuidora tem uma plu-ralidade de furos, cada furo sendo ocupado por um cilindro tampado, em queos ditos cilindros tampados são vazados de modo a terem um canal esten-dendo-se de uma câmara de pressão abaixo da chapa distribuidora, queconduz vapor, e em que o dito canal se estende para um ou mais furos feitosnas ditas tampas, transversais ao eixo longitudinal dos ditos cilindros, emque vapor é injetado da câmara de pressão no leito, em uma direção parale-la ao plano da dita chapa distribuidora.
127. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 126, no qual os ditos cilindros tampados são dispostos em um modelotriangular ou retangular repetitivo na chapa distribuidora.
128. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 125 a 127, no qual o gaseificador de vapor operaa uma temperatura de 750 a 900°C e a uma pressão de 100 a 175 kPa.
129. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 125 a 128, no qual o gaseificador de vapor temum leito compreendendo areia de sílica, dolomita ou olivina, ou uma combi-nação deles.
130. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 128 ou 129, compreendendo ainda um queimador, que queima umcombustível para produzir os gases quentes.
131. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 130, no qual o dito combustível é selecionado do grupo consistindoem metano, gás natural, gás de aterro, combustíveis líquidos derivados depetróleo, óleos de aquecimento, óleos diesel, combustíveis derivados de bi-omassa, biodiesel, líquidos de Fischer - Tropsch, ou gases produzidos pordigestão anaeróbica de estrume ou biossólidos.
132. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 130, compreendendo ainda um gaseificador de sopro de ar, que rece-be biomassa e produz um gás de síntese de baixa capacidade térmica, e emque o gás de síntese de baixa capacidade térmica é o combustível queimadono queimador.
133. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 130 a 132, compreendendo ainda um gerador devapor de recuperação de calor, que recebe gases quentes do gaseificadorde vapor e gera vapor.
134. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 133, compreendendo ainda um secador de vapor pressurizado, querecebe vapor, do gerador de vapor de recuperação de calor, e biomassa, edescarrega biomassa, vapor resfriado e condensado de água, em que a ditabiomassa seca é adicionada ao gaseificador de vapor e ao gaseificador desopro de ar, e em que o dito condensado é alimentado ao gerador de vaporde recuperação de calor.
135. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 125 a 134, no qual os ditos tubos são configura-dos em atados, em que os atados são configurados de modo que os tubosse estendem paralelos ao plano da chapa distribuidora.
136. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 125 a 135, no qual os tubos nos ditos atados,quando vistos de uma extremidade, formam um modelo triangular.
137. Aparelho de produção de etanol de acordo com qualqueruma das reivindicações de 125 a 136, no qual os ditos tubos têm um ou maisinsertos metálicos dentro do tubo, em que esses insertos se estendem pelocomprimento dos tubos.
138. Aparelho de produção de etanol de acordo com a reivindi-cação 105, no qual:o reator de metanol opera a uma pressão de 4.700 a 5.500 kPae a uma temperatura de 220 a 300°C;em que o reator de acetato de metila é um reator de leito aden-sado, tendo um catalisador composto de acetato de irídio adsorvido em car-vão ativado, e em que o dito reator opera a uma pressão de 900 a 1.500kPa, e a uma temperatura de 200 a 300°C;em que o reator de etanol é um reator de leito adensado, tendoum catalisador compreendendo cobre, níquel e cromo adsorvido em um ma-terial inerte, e em que o dito reator opera a uma temperatura de 160 a 300°Ce a uma pressão de 3.500 a 4.500 kPa, e sendo capaz de reagir o ácido acé-tico do reator de acetato de metila, para produzir etanol; e compreendendoainda:um secador de biomassa que seca biomassa a um nível de umi-dade inferior a 30%;um gaseificador de vapor que gaseifica biomassa em gás de sín-tese, em que o dito gaseificador é um recipiente em forma de caixa tendo umleito compreendendo areia de sílica, dolomita ou olivina, ou uma combinaçãodelas, o dito recipiente tendo um fundo, que é uma chapas metálicas tendouma pluralidade de furos, nos quais são montados cilindros tendo tampas,em que os ditos cilindros tampados são vazados, de modo a terem um canalestendendo-se de uma câmara de pressão abaixo da chapa distribuidora,que conduz vapor, e em que o dito canal se estende para um ou mais furosde saída feitos nas ditas tampas, transversais ao eixo longitudinal dos ditoscilindros, de modo que vapor é injetado da câmara de pressão no leito, demodo a fluidizar o leito pelos furos de saída, em uma direção paralela aoplano da chapa distribuidora; e em que o dito recipiente tem uma pluralidadede tubos embutidos no leito, que conduzem gases quentes de combustão,de modo a aquecer o leito, e em que os ditos tubos se estendem paralelosao plano da chapa distribuidora, e em que os ditos tubos são dispostos ematados nos quais os ditos tubos, quando vistos da extremidade, têm umaorientação triangular entre si, e que opera a uma temperatura de 750 a900°C e a uma pressão de 100 a 175 kPa;um gaseificador de sopro de ar que gaseifica biomassa em gásde síntese de baixa capacidade térmica; eum queimador que queima o dito gás de síntese de baixa capa-cidade térmica, para proporcionar os gases dé combustão quentes ao ditogaseificador de vapor.
139. Processo de produção de etanol, compreendendo:gaseificar biomassa para produzir gás de síntese contendo mo-nóxido de carbono e hidrogênio;reagir gás de síntese na presença de um catalisador metálicopara produzir uma mistura compreendendo metanol e monóxido de carbono;reagir metanol e monóxido de carbono na presença de um se-gundo catalisador metálico, para produzir uma mistura compreendendo ace-tato de metila; ereagir acetato de metila e hidrogênio na presença de um catali-sador de hidrogenação, para produzir uma mistura compreendendo etanol.
140. Processo de produção de etanol, compreendendo:gaseificar biomassa em uma câmara de gaseificação de leitofluidizado, com vapor adicionado e na ausência de ar, em que a dita câmaraé indiretamente aquecida usando gases quentes formados da combustão deum combustível, para produzir gás de síntese; ereagir gás de síntese em uma reação catalítica escalonada paraproduzir etanol.
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