BR112012000975B1

BR112012000975B1 - método de combustão em circuito químico e usos do referido método

Info

Publication number: BR112012000975B1
Application number: BR112012000975-3A
Authority: BR
Inventors: Thierry Gauthier; Ali HOTEIT; Ann Forret
Original assignee: Total S.A.; IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2020-10-13
Also published as: BR112012000975A2; CN102612625B; AU2010272467A1; CA2767073A1; RU2529300C2; ES2605231T3; WO2011007055A2; RU2012105342A; FR2948177A1; US20120148484A1; FR2948177B1; PL2454525T3; CA2767073C; EP2454525B1; KR101571203B1; AU2010272467B2; WO2011007055A3; CN102612625A; KR20120061825A; EP2454525A2

Abstract

PROCESSO E INSTALAÇÃO DE COMBUSTÃO EM CIRCUITO QUÍMICO COM CONTROLE INDEPENDENTE DA CIRCULAÇÃO DOS SÓLIDOS. A presente invenção de refere-se a uma instalação e a um processo melhorados de combustão em circuito químico de pelo menos uma carga hidrocarbonada com controle independentemente da circulação das partículas sólidas de massa ativa entre as zonas reacionais em camada fluidizada, por meio de uma ou várias válvulas não mecânicas de tipo válvulas em L.

Description

Domínio da invenção

[0001] A presente invenção se refere ao domínio da combustão em circuito químico. Na sequência do texto, entende-se por método de combustão em circuito químico CLS (Chemical Looping Combustion) um método de óxido-redução em circuito sobre massa ativa. Convém a notar que, de maneira geral, os termos oxidação e redução são utilizados em relação com o estado respectivamente oxidado ou reduzido da massa ativa. O reator de oxidação é aquele no qual a massa óxido- redutora ("massa ativa" ou "portador de oxigênio"), é oxidada e o reator de redução é o reator no qual a massa óxido-redutora é reduzida. Quando da redução da massa óxido-redutora o combustível pode ser seja totalmente oxidado, produzindo CO2 e H2O, seja parcialmente oxidado, produzindo gás de síntese CO e H2.

[0002] A oxidação das massas ativas pode ser feita ao ar, ou em presença de um gás que pode ceder oxigênio nas condições do método, tal como, por exemplo, 0 valor d'água. Nesse caso, a oxidação das massas ativas permite produzir um efluente gasoso rico em hidrogênio.

[0003] De preferência, as massas ativas são óxidos metálicos.

[0004] Mais particularmente, a invenção se refere a uma instalação e métodos melhorados de combustão em circuito químico de uma carga hidrocarbonada, por meio de uma ou várias válvulas não mecânicas de tipo válvula em L.

LISTA DAS FIGURAS

[0005] A figura 1 representa uma vista em corte de uma válvula não mecânica dita " válvula em L", conforme descrita por Knowiton, T.m>, "Standpipes and Nnmmechanical VBalves", Handbook of Fluidi-zation anda Fluid-Particle Systems, Wen-Ching Yang, editor,pp. 571- 597.Marcel Dekker, Inc. New York, 2003.

[0006] As figuras 2 e 3 representam também vistas em corte da mesma válvula em L, incluindo uma representação esquemática dos fluxos de sólidos e de gás, com fluxo de gás para baixo (A) e o fluxo de gás para cima (B).

[0007] A figura 4 representa uma vista esquemática de um método em camada que circula utilizando as válvulas em L (Técnica anterior).

[0008] A figura 5 representa uma vista esquemática de um método de combustão em caldeira em camada circulante (técnica anterior).

[0009] A figura 6 representa uma vista esquemática de um método de craqueamento catalítico de tipo FCC (Fluid Catalytic Cracking), no qual válvula com pá (SLIDE valve) ou com bujão ("plug valve") é utilizada para controlar a circulação entre os diferentes compartimentos (técnica anterior).

[0010] A figura 6 representa uma vista esquemática de um método de combustão em circuito químico de tipo Chemical Looping (CLC) (técnica anterior).

[0011] A figura 8 representa uma vista esquemática de um método de combustão em circuito químico com controle da circulação dos sólidos, de acordo com a invenção, no qual o dispositivo compreende um conduto ascendente de transporte das partículas entre as zonas reaci- onais "lift"de transporte, variante, 1).

[0012] A figura 9 representa uma vista esquemática de um método de combustão em circuito químico com controle da circulação dos sólidos, decodificação, sem conduto ascendente de transporte das partículas entre as zonas reacionais (variante 2).

[0013] A figura 10 representa uma vista esquemática de um método de combustão em circuito químico, de acordo com a invenção utilizando uma regulagem do gás injetado nas válvulas em L (variante 3).

[0014] A figura 11 representa uma vista esquemática da maquete descrita no exemplo.

[0015] A figura 12 é um gráfico que representa a perda de carga em uma canalização ascendente de transporte de tipo "lift"em função da vazão de sólido circulante.

[0016] A figura 13 representa um gráfico que simboliza a relação entre a vazão de aeração em cada válvula em L e a vazão de sólido que circula na instalação.

EXAME DA TÉCNICA ANTERIOR

[0017] As válvulas não mecânicas permitem, graças à injeção de gás, a montante de uma curva, fazer circular as partículas em uma canalização. Esse tipo de equipamento é bem conhecido e descrito na literatura (Knowiton, T.M., "Standpipes and Nonmechanical Valves", Handbook of Fluidization and Fluid-particle Systems, Wen-Ching Yang, editor, pp.571-597, Marcel Dekker, Inc. New York, 2003).

[0018] Assim, na figura 1, uma válvula em L é descrita. A válvula em L é constituída de uma canalização vertical equipada em sua base com uma curva a 90°. Se a canalização vertical for cheia de partículas, a injeção de um gás, posicionada a montante dessa curva nas proximidades da mudança de direção permite fazer a circulação de partícula na canalização. Em função das condições de pressão impostas aos bornes do sistema, uma parte do gás injetado desce no conduto, passa a curva e favorece o transporte das partículas (figuras 2 e 3, configurações A e B). Uma parte do gás injetado pode também subir à contra-corrente do escoamento das partículas (figura 3, configuração B). A proporção de gás injetado que sobe se ajusta em função das condições de pressão nos bornes da válvula.

[0019] As válvulas em L permitem controlar a circulação de sólido, quando o escoamento na canalização vertical a montante do ponto de injeção de gás é não fluidizado (isto é, a diferença de velocidade entre o escoamento do gás e o escoamento das partículas permanece inferior à velocidade mínima de fluidização das partículas às condições). Essas válvulas são particularmente apropriadas à utilização de partículas do grupo B da classificação de Geldart, que possuem uma veloci-dade mínima de fluidização suficientemente elevada para permitir um escoamento de partículas elevado.

[0020] Knowiton (Knowiton, T.M., "Standpipes and Nonmechanical Valves", Handbook of Fluidization and Fluid-particle Systems, Wen- Ching Yang, editor, pp.571-597, Marcel Dekker, Inc. New York, 2003) descreve um sistema de camada circulante que utilize as válvulas em L (figura 4). Uma camada fluidizada circulante (CFB), no qual o gás injetado por baixo ("Gás In") permite transportar as partículas, aciona o gás e as partículas até um ciclone C. Os gases isentos de partículas saem do ciclone por um conduto ("Gás Out") e as partículas separadas são reintroduzidas na camada que circula por uma válvula em L("L- Valve). Esse sistema permite desacoplar a circulação interna de sólido no interior do circuito do escoamento do gás na camada que circula, a pressão disponível para o transporte das partículas na camada que circula variando em função da quantidade de gás de aeração injetado (aeração) na válvula em L (que permite fazer variar a recuperação de pressão na parte vertical da válvula em L).

[0021] Nos métodos industriais clássicos de combustão em camada fluidizada circulante, todavia, as tecnologias aplicadas não permitem controlar independentemente a circulação interna de sólido, no circuito. Na figura 5 (Nowak et al.,IFSA 2008, Industrial Fluidization South África, pp. 25-33. Edited by T. Hadley and P. Smit Johannesburg: South Africa Institute of Mining and Metallurgy, 200*), uma caldeira em camada circulante está representada. O ar de combustão é introduzido na base da camada circulante e transporta as partículas de carvão e de areia até um ciclone. As partículas são, em seguida, recicladas na camada fluidizada que circula através de uma perna de retorno. A perna de retorno é dimensionada para favorecer a reciclagem de sólido, mas não permite o controle da circulação de sólidos. Ela não é equipada com válvulas em L. Às vezes, sifões são posicio-nados sobre essa perna de retorno para evitar as subidas de gases na perna de retorno. Todavia, nesses sistemas, a circulação de sólido no interior do circuito é inteiramente sujeita à quantidade de ar de combustão introduzida na camada circulante.

[0022] Existem outros meios de controlar a circulação dos sólidos. Quando as condições o permitem, podem-se utilizar válvulas mecânicas sobre sólidos. Assim, no método de craqueamento catalítico em camada fluidizada (Fluid Catalytic CRaking: FCC), método que opera a temperaturas inferiores a 800-850 C, válvulas com pá ("slide valve) ou com bujão ("plug valve") são utilizadas para controlar a circulação entre os diferentes compartimento s (Figura 6, Gauthier, IFSA 2008, Industrial Fluidization South África, pp. 35 - 87. Edited by T.Hadley and P. Smit Johannesburg: South África Institue of Mining and Metallurgy, 2008).

[0023] Na figura 6, os elementos seguintes que permitem a aplicação do método FCC estão representados: R1 : regenerador n° 1 R2 : regenerador n° 2 PV1: válvula mecânica com bujão (plug valve n° 1) PV2: válvula mecânica com pá n 01 (slide valve n° 1) RSV1: válvula mecânica com pá n° 1 (slide valve n° 1) RSV2: válvula mecânica com pá n° 1 (slide valve n° 2) L: conduto ascendente de transporte (lift) Fl: injeção de carga (feed injection) Q = Quench RR: reator riser RS: reator stripper

[0024] Essas válvulas opera sobre escoamentos fluidizados e têm a característica de controlar o escoamento, modificando a seção de passagem, a perda de carga dessas válvulas permanecendo, em geral, constante e dependente unicamente das condições de fluidização das partículas a montante da válvula. Essas válvulas são particularmente adaptadas à operação sobre partículas do grupo A da classificação de Geldart. Infelizmente, a operação dessas válvulas sobre partículas do grupo B é mais delicada. Com efeito, é impossível manter as partículas do grupo E fluidizadas, em formar bolhas de gases de grande tamanho que perturbam os escoamentos. Além disso, as partes móveis dessas válvulas expostas ao escoamento não podem ser expostas a temperaturas muito elevadas (> 900°C).

[0025] A combustão por circuito químico é uma técnica que permite efetuar a combustão parcial ou total de cargas hidro-carbonadas gasosas, líquidas ou sólidas, por contato com uma massa ativa como, por exemplo, um óxido metálico à temperatura alta. O óxido metálico cede então uma parte do oxigênio que ele contém, que participa da combustão dos hidrocarbonetos. Portanto, não é mais necessário colocar o hidrocarboneto em contato como ar, conforme nos métodos clássicos. Dessa forma, as fumaças de combustão contêm majoritari- amente óxidos de carbono, água e eventualmente o hidrogênio, não diluídos pelo nitrogênio ao ar. Portanto, é possível assim produzir fumaças isentas majoritariamente nitrogênio e contendo teores em CO2 elevados (> 90% vol), permitindo considerar a captação, depois a es- tocagem de CO2. O óxido metálico que participou da combustão é em seguida transportado para um outro composição reacional onde é colocado em contato com 0 ar para ser oxidado. Se as partículas que vêm da zona de combustão estiverem isentas de combustível,os gases oriundos dessa zona reacional estarão majoritariamente isentos de C02 - que só está então presente no estado de traços, por exemplo, a concentrações inferiores a 1 - 2% em volume) - e consistem essencialmente em ar empobrecido em oxigênio, em consequência da oxidação das partículas metálicas.

[0026] A aplicação de um método de combustão por circuito químico requer quantidades de massas ativas, por exemplo, de óxidos metálicos consideráveis em contato com o combustível. Os óxidos metálicos estão geralmente contidos, seja em partículas de mineral, seja em partículas resultantes de tratamentos industriais (resíduos da indústria siderúrgica ou mineira, catalisadores da indústria química ou da refinação usados). Podem-se utilizar também materiais sintéticos, tais como, por exemplo, suportes de alumina ou de sílica alumina sobre os quais se terá depositado metais que podem ser oxidados (óxido de Níquel, por exemplo, ). De um [oxido metálico ao outro, quantidade de oxigênio teoricamente disponível varia consideravelmente e pode atingir valores elevados próximos de 30%. Segundo os materiais, todavia, a capacidade máxima de oxigênio realmente disponível não excede em geral mais de 20% do oxigênio presente. A capacidade desses materiais de ceder oxigênio não excede, portanto, no global mais de alguns por centos em peso das partículas e varia consideravelmente de um óxido a um outro, geralmente de 0,1 a 10%, e frequentemente entre 0,3 a 1% em peso. A utilização em camada fluidizada é, dessa forma, particularmente vantajosa para conduzir a combustão. Com efeito, as partículas de óxidos finamente divididas circulam, mais facilmente, nos compartimentos reacionais de redução e de oxidação, e entre esses compartimentos, caso se confiram às partículas as propriedades de um fluido (fluidização).

[0027] A combustão por circuito químico permite produzir energia, sob a forma de vapor ou de eletricidade, por exemplo. O calor de combustão da carga é similar àquele encontrado na combustão clássica. Esta corresponde à soma dos calores de redução e de oxidação no circuito químico. A repartição entre os calores de redução e de oxidação depende muito das massas ativas (notadamente óxidos metálicos) utilizadas para conduzir a combustão por circuito químico. Em certos casos, a exotermicidade é repartida entre a oxidação e a redução da massa ativa. Em outros casos, a oxidação é muito exotérmica e a redução é endotérmica. Em todos os casos, a soma dos calores de oxidação e de redução é igual ao calor de combustão do combustível. O calor é extraído por trocadores situados no interior, em parede ou em apêndice dos compartimentos de combustão e/ou de oxidação, sobre as linhas de fumaças, ou sobre as linhas de transferência de óxidos metálicos.

[0028] princípio de combustão por circuito químico é, atualmente, bem conhecido (Mohammad M. Hossain, Hugo I. de lasa, Chemicallooping combustion (CLC) for in he rente CO2 separations - a review, Chemical Engineering Science 63 (2008) 4433 - 4451; LyngfeltA., Johansson M., and T. Mattison, "Chemical Looping Combustion, status of development", in CFB IX, J.Werther, W.Nowak, K.-E. Wirth and E.-U. Hartge (Eds), Tutech Innovation, Hamburg (2008, figura 7). Na figura 7, está representado esquematicamente o reator "ar" (1), no qual são oxidados os óxidos metálicos, um ciclone (2) permitindo separar as partículas do gás, e o reator "fuel"ou reator de combustão (3), sede da redução dos óxidos metálicos. A utilização do circuito químico em uma instalação em contínuo constitui ainda o objeto de numerosas investigações e desenvolvimentos.

[0029] Em uma instalação de combustão clássica em camada circulante, a circulação interna de sólidos no circuito de circulação é dependente da vazão de ar introduzido na camada circulante.

[0030] Em um método CLC de combustão por circuito químico, o controle da combustão é, ao contrário, dependente da quantidade de partículas sólidas alimentadas em contato com o combustível. A circulação de partículas de massa ativa que circulam no compartimento de combustão condiciona a quantidade de oxigênio disponível para a combustão e o estado final de oxidação da massa ativa ao final da combustão. Uma vez a combustão realizada, a massa ativa (óxidos metálicos mais frequentemente) deve ser oxidada de novo em contato com o ar em um compartimento distinto. A circulação entre os dois compartimentos vai condicionar: - a troca de oxigênio entre o reator de redução e o reator de oxidação; - a troca de calor entre o reator de combustível e o reator de oxidação; - a passagem de gás entre um e outro desses compartimentos que deve ser minimizado.

[0031] Portanto, é importante poder controlar a circulação de sólidos no reator ar e no reator de combustão, independentemente das vazões de gases que circula, e que condiciona o transporte das partículas no interior de cada uma desses compartimentos (ar no reator de oxidação, vapor, hidrocarbonetos ou fumaças de combustão no reator combustível).

[0032] Os diferentes métodos propostos até hoje não permitem um controle independente da circulação de óxido. Assim, Johannsonn et al. (2006) propõem um método de combustão em circuito químico no qual a oxidação do óxido metálico é feita em uma camada circulante. Os óxidos são separados em um ciclone que alimenta por descarga o reator combustível no qual é feita a combustão. O óxido metálico é em seguida reciclado no reator de oxidação. Esse sistema não permite controlar a circulação de óxidos metálicos independentemente da vazão de ar no reator de oxidação. A vazão de óxido metálico que circula no reator de combustão pode ser modificada apenas, mudando a va- zão de ar no reator de ar.

[0033] Um outro dispositivo é descrito na patente FR2850156. Nesse caso, os dois reatores de combustão e de oxidação são camadas circulantes. Ainda, a circulação entre os dois reatores depende da vazão de gás introduzido em cada um dos compartimentos. Nos dois casos, sifões são posicionados sobre as linhas de transferência, permitindo o transporte dos óxidos metálicos. Esses sifões permitem assegurar a estanqueidade das fases gasosas entre os dois compartimentos, evitando que gás proveniente do reator de oxidação circule para o reator de combustão, através das linhas de transferência e vice- versa. Esses sifões não permitem controlar e modificar a circulação de óxidos metálicos.

[0034] Além disso, o método de combustão em circuito químico é aplicado preferencialmente à alta temperatura (entre 800 e 1200°C, tipicamente entre 900° e 1000°). Não é, portanto, possível controlar a circulação de óxidos metálicos, utilizando válvulas mecânicas classicamente utilizadas em outros métodos como o FCC.

[0035] O objeto da invenção é, portanto, propor uma nova instalação em um novo método que permita um controle da circulação dos sólidos no circuito químico, independentemente das vazões de gases que circulam nos compartimentos de combustão (redução) de oxidação.

OBJETO DA INVENÇÃO

[0036] Um objeto da presente invenção é um método de combustão em circuito químico, permitindo efetuar a combustão total ou parcial de hidro-carbonetos gasosos, líquidos ou sólidos.

[0037] Um outro objeto da invenção é uma instalação de combustão em circuito químico,permitindo efetuar a combustão total ou parcial de hidro-carbonetos gasosos, líquidos ou sólidos.

[0038] O método, de acordo com a invenção, é aplicado em uma instalação que compreende pelo menos duas zonas reacionais fluidi- zados, uma colocando em contato partículas sólidas de massa ativa (de tipo óxidos metálicos, por exemplo) com o ar para oxidar as partículas, a outra colocando em contato os hidrocarbonetos com a massa ativa para efetuar as reações de combustão, o oxigênio de combustão sendo fornecido pela redução das partículas de massa ativa.

[0039] No método e na instalação, de acordo com a invenção,a circulação dos sólidos (partículas de massa ativa, exercendo o papel de portadores de oxigênio) entre as diferentes zonas reacionais é controlada por válvulas não mecânicas de tipo válvulas em L, constituídas cada uma de uma canalização sensivelmente vertical, depois de uma canalização sensivelmente horizontal, um g's de controle sendo injetado a montante da curva.

[0040] A presente invenção se refere também à utilização desse método de combustão em circuito químico com controle da circulação dos sólidos para a produção de calor, para a produção de gás de síntese ou para a produção de hidrogênio.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO Resumo da invenção

[0041] A invenção se refere a um método de combustão em circuito químico de pelo menos uma carga hidro carbonada em pelo menos uma zona reacional de redução (i) e pelo menos uma zona reacional de oxidação (i+1) em camada fluidizada distintas, no qual se controla a circulação das partículas sólidas de massa ativa entre cada uma ou uma parte das zonas reacionais por meio de uma ou várias válvulas não mecânicas constituídas, cada uma de uma parte de canalização sensivelmente vertical, de uma parte de canalização sensivelmente horizontal, e de uma curva que liga as duas partes, transportando as partículas sólidas entre duas zonas reacionais sucessivas por: - introdução das partículas sólidas provenientes da zona reacional (i) ou (i+1) pela extremidade superior da parte de canalização sensivelmente vertical dessa válvula; - injeção de um gás de controle com uma vazão de aeração determinada a montante da curva dessa válvula; - controle das condições de pressão diferencial nos bornes da(s) válvula(s) não mecãnica(s) para regular a vazão das partículas sólidas na parte de canalização sensivelmente horizontal dessa válvula, em função da vazão de aeração; - alimentação da zona reacional sucessiva (i+1) ou (i) do circuito pelas partículas sólidas que saem da(s) válvula(s) não mecâni- ca(s).

[0042] Cada zona reacional pode ser constituída de um conjunto de um ou vários reatores fluidizados dispostos entre eles.

[0043] Podem-se posicionar várias válvulas não mecânicas em paralelo entre duas zonas reacionais sucessivas.

[0044] Em um modo de realização do método, de acordo com a invenção: - se introduz, além disso, entre (pelo menos) duas zonas reacionais i e (i+1) sucessivas e a jusante da(s) válvula(s) não mecãni- ca(s) um gás de transporte em um conduto ascendente de transporte ("lift"), esse conduto sendo alimentado pelas partículas sólidas que saem da(s) válvula(s) não mecãnica(s); - se efetua o transporte das partículas sólidas da zona (i) para a zona (i+1) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvu- la(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i) e i+1), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado no conduto ascendente de transporte, e se separam as partículas sólidas do gás de transporte, graças a meios de separação gás - sólido situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i+1) em partículas sólidas; - se efetua o transporte das partículas sólidas na saída da zona (i+1) para a zona (i) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvula(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i+1) e (i), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado no conduto ascendente de transporte, e separam-se as partículas do gás de transporte, graças a meios de separação gás - sólido situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i) em partículas sólidas.

[0045] Em um outro modo de realização do método, de acordo com a invenção, uma zona reacional (i+1) fica situada em parte pelo menos acima da zona reacional precedente (i) e: - se transportam as partículas sólidas das zonas (i+1) à zona (i) por escoamento gravitário por meio da(s) válvula(s) não mecânica^) situada(s) entre as zonas (i+1) e (i); - se efetua o transporte das partículas sólidas da zona (i) para a zona (i+1) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvu- la(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i) e (i+1), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado em um conduto ascendente de transporte, e sepa- ram-se as partículas sólidas do gás de transporte, graças a meios de separação gás-sólido, situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i+1) em partículas sólidas.

[0046] Um outro objeto da invenção é uma instalação de combustão em circuito químico de pelo menos uma carga hidrocarbonada em presença de partículas sólidas de massa ativa, compreendendo pelo menos uma zona reacional de redução em camada fluidizada (i), pelo menos uma zona reacional de oxidação em camada fluidizada (i+1), pelo menos um meio ascendente de circulação (6) dessas partículas dessa zona reacional de redução (i) e essa zona reacional de oxidação (i+1), essas partículas sendo arrastadas no meio ascendente de circulação por um gás transportador (19), pelo menos um meio de separação gás-sólido (7) situado na saída desse meio ascendente de circulação e ligado a essa zona reacional de oxidação (i+1) por um conduto (8),pelo menos uma primeira válvula de controle da circulação dessas partículas entre a zona reacional de oxidação (i+1) e a zona reacional de redução (i) e pelo menos uma segunda válvula de controle da circulação dessas partículas entre a zona reacional de redução (i) e o meio ascendente de circulação (6), essas válvulas compreendendo pelo menos um meio de injeção de um gás de controle (11, 4) com uma vazão de aeração determinada.

[0047] Em uma variante da invenção a instalação pode compreender, além disso: - pelo menos um segundo meio ascendente (12) de circulação dessas partículas dessa zona reacional de oxidação (i+1) e essa zona reacional de redução (i), essas partículas sendo arrastadas no meio ascendente de circulação por um segundo gás de transporte (20), esse segundo meio ascendente de circulação sendo colocado entre essa primeira válvula de controle e essa zona reacional de redução (i); e - pelo menos um segundo meio de separação gás-sólido (13) situado na saída desse segundo meio ascendente de circulação (12) e ligado a essa zona reacional de redução (i).

[0048] É possível controlar a circulação por sujeição da vazão de aeração do gás de controle das válvulas não mecânicas a medidas de nível nos reatores fluidizados e/ou perdas de carga nas canalizações de transporte, efetuadas nas zonas reacionais.

[0049] Assim, a vazão de aeração do gás de controle (4) pode ser controlado por uma válvula de regulagem (21) sujeita (23) à medida do nível (25) em pelo menos uma camada fluidizada da zona reacional de redução (1) e essa vazão de aeração do gás de controle (11) pode ser controlado por uma válvula de regulagem (22) sujeita (24) à medida da perda de carga (26) no conduto ascendente de transporte das partículas para a primeira zona reacional (12).

[0050] Vantajosamente, escolhe-se um comprimento da parte horizontal da(s) válvula(s) não mecânica(s) Lh compreendida entre 1 e 20 vezes o diâmetro da parte de conduto horizontal Dh, preferencialmente compreendida entre 3 e 7 vezes Dh.

[0051] Vantajosamente, escolhe-se o diâmetro da parte de conduto vertical Dv superior ou igual ao diâmetro da parte do conduto horizontal Dh da(s) válvula(s) não mecânica(s).

[0052] De preferência, escolhe-se o diâmetro da parte de conduto vertical DV e o diâmetro da parte de conduto horizontal Dh da(s) válvu- la(s) não mecânica(s) sensivelmente idêntica(s).

[0053] Vantajosamente, posiciona-se o ponto de injeção de gás de controle a montante da curva a uma distância x (diferença entre a altura do ponto de injeção na parte vertical e o ponto mais baixo da válvula não mecânica) da ordem de 1 a 5 vezes o diâmetro da parte de conduto vertical Dv.

[0054] De preferência, as partículas sólidas de massa ativa pertencem ao grupo B da classificação de Geldart.

[0055] De maneira muito preferida, as partículas sólidas de massa ativa são óxidos metálicos.

[0056] A invenção se refere também a utilização do método, de acordo com a invenção, para a produção de hidrogênio, para a produção de gás de síntese, ou para a produção de calor.

Descrição detalhada da invenção

[0057] A combustão em circuito químico permite gerar calor, gás de síntese, hidrogênio por circulação de partículas sólidas, contendo massas ativas que exercem o papel de portador de oxigênio, tais como óxidos metálicos, entre várias zonas reacionais, nas quais o óxido me tálico é sucessivamente exposto ao contato com um meio oxidante (por exemplo, o ar), depois um meio redutor (por exemplo, um hidro- carboneto gasoso, líquido ou sólido).

[0058] A fim de facilitar a circulação e o contato, a invenção se refere a um método no qual as zonas reacionais são constituídas de reatores em cada fluidizada.

[0059] Na óptica de produção de calor, as partículas de massa ativa (por exemplo, partículas de óxido metálico) são vantajosamente colocadas em contato com o ar em uma camada fluidizada, no qual os óxidos metálicos são oxidados, depois elas são transportadas por condutos em uma camada fluidizada, no qual os óxidos metálicos são colocados em contato de hidrocarbonetos, por exemplo, o metano, o gás natural, um combustível pesado contendo resíduos de destilação petrolífera, carvão ou coque de petróleo. O óxido é, então, reduzido ao contato dos hidro-carbonetos e este queima ao contato do oxigênio fornecido pelas partículas. As fumaças da zona de combustão contêm essencialmente os produtos resultantes da combustão parcial ou total (CO, H2, CO2, H20, SOx...) na ausência de nitrogênio, a camada podendo ser fluidizada por fumaças de combustão, vapor de água, por exemplo. Dessa forma, as fumaças são em seguida facilmente tratadas para se referir, se necessário, o CO2 ou o gás de síntese produzido (condensação da água, dessulfuração das fumaças), o que torna a captação do CO2 ou a utilização do gás de síntese fácil e interessante. O calor de combustão pode ser recuperado por troca de calor no interior das zonas reacionais para produzir o valor ou qualquer outra utilização.

[0060] Na óptica da produção de hidrogênio, é também possível integrar outras zonas reacionais no método, nas quais são expostos, por exemplo, as partículas contendo os óxidos metálicos reduzidos a um hidrocarboneto ou ao vapor d'água.

[0061] As condições nas quais são feitas as reações de redução e de oxidação por contato com os óxidos metálicos são severos. As reações são feitas geralmente entre 800 e 1200°C, tipicamente entre 900 e 1000°C. Os métodos destinados à produção de energia operam van-tajosamente a uma pressão a mais próxima possível da pressão atmosférica. Os métodos destinados à produção de gases de síntese ou de hidrogénio operam preferencialmente a pressões mais elevadas que permitem a aplicação a jusante de métodos utilizando produtos de reação para minimizar o consumo energético ligado à compressão dos gases produzidos, tipicamente compreendida entre 20 e 50 bárias, por exemplo, 30 bárias no caso da utilização do gás de síntese como carga de um método de síntese Fischer Tropsch.

[0062] Os tempos de reação requerido para efetuar as reações de oxidação e de redução dependem da natureza das cargas tratadas e dos óxidos metálicos utilizados e variam de alguns segundos a uma dezena de minutos aproximadamente. As reações de combustão das cargas líquidas e sólidas necessitam em geral dos tempos de reação mais elevados, por exemplo, da ordem de vários minutos.

Natureza das partículas sólidas de massa ativa

[0063] A instalação e o método, de acordo com a invenção, podem ser utilizados com qualquer tipo de massa ativa. De preferência, as partículas de massa ativa são partículas de óxidos metálicos.

[0064] A aplicação de um método de combustão em circuito químico requer quantidades de massa ativa importantes em contato como combustível.

[0065] De preferência, esses sólidos são acondicionados sob a forma de pó, de diâmetro de Sauter compreendido entre 30 e 500 microns, e de massa volúmica de grão compreendida entre 1400 e 8000 kg/m3, preferencialmente entre 1400 e 500 kg/m3.

[0066] Em função da granulometria das partículas, as proprieda-des de escoamento das partículas variam (Geldart, 1973). Assim, as partículas do grupo A da classificação de Geldart, mais finas, são caracterizadas por velocidades de fluidização mais baixas e características de fluidização à baixa velocidade permitindo considerar um transporte denso fluidizado. As partículas do grupo B da classificação de Geldart, mais grossas, são caracterizadas por velocidades de fluidização mais elevadas e características de fluidização que permitem con-siderar um transporte denso não fluidizado em canalizações entre dois compartimentos reacionais.

[0067] No caso em que a massa ativa é constituída de óxidos metálicos, estes ficam geralmente seja contidas em partículas de minerais (óxidos do Fe, Ti, Ni, Cu, MG, Mn, Co, V, utilizados sozinhos ou em mistura), seja em partículas resultantes de tratamentos industriais (resíduos da indústria siderúrgica ou mineira, catalisadores da indústria química ou da refinação usados). Pode-se, também, utilizar materiais sintéticos, tais como , por exemplo, suportes de alumina ou de sílica alumina sobre os quais terão sido depositados metais que podem ser oxidados (óxido de níquel, por exemplo).

[0068] De um óxido metálico ao outro, a quantidade de oxigênio teoricamente disponível varia consideravelmente e pode atingir valores elevados próximos de 30%. Segundo os materiais, todavia, a capacidade máxima de oxigênio realmente disponível não excede, em geral, mais de 20% do oxigênio presente. A capacidade desses materiais a ceder oxigênio não excede, portanto, no global, mais de alguns por centos em peso das partículas e varia consideravelmente de um óxido a um outro, geralmente de 0,1 a 15%, e frequentemente entre 0,3 e 1% em peso. A utilização em camada fluidizada é, dessa forma, particularmente vantajosa para levar a combustão. Com efeito, as partículas de óxidos finamente divididas circulam, mais facilmente, nos compartimentos reacionais de combustão e de oxidação e, entre esses compartimentos, caso se confira às partículas as propriedades de um fluido (fluidização).

Circulação dos sólidos entre as zonas reacionais

[0069] O controle da circulação das partículas sólidas que exercem o papel de massa ativa (ou portadores de oxigênio), tais como partículas de óxidos metálicos, por exemplo, é essencial para o bom funcionamento do método em circuito químico. Com efeito, o transpor-te das partículas entre os compartimentos condiciona o transporte de oxigénio, reagente essencial ao bom funcionamento do método e as trocas de calor entre as diferentes zonas e, portanto, o nível de temperatura, no qual cada uma das zonas operará em função da temperatura nas outras zonas. O transporte das partículas deve também ser estudado como vetor de troca de gases entre as diferentes zonas, as partículas em escoamento nas zonas de transferência que pode arrastar gases de uma zona reacional à outra.

[0070] Nos níveis de temperatura considerados, as válvulas mecânicas não podem ser utilizadas para controlar a circulação de sólido entre duas zonas reacionais, salvo se resfriar o escoamento antes do contato com a válvula, solução energeticamente penalizante e tecno-logicamente complexa. Dessa forma, o objeto da invenção consiste em aplicar um método utilizando válvulas não mecânicas de tipo L-válvula ou "válvula em L", constituídas de um conduto sensivelmente vertical, de um conduto sensivelmente horizontal, um gás de controle sendo injetado a montante da curva constituída pelas duas canalizações.

[0071] As partículas provenientes da primeira zona reacional entram na válvula em L pela extremidade superior do conduto sensivelmente vertical, alimentando a válvula por meios de estiramento (cone, canalização inclinada, poços de estiramento...) bem conhecidos do técnico.

[0072] Elas escoam em seguida na parte vertical em escoamento granular, a diferença de velocidade real entre as partículas e o gás sendo inferior à velocidade mínima de fluidização.

[0073] O gás de controle injetado na válvula em L pode seja montar à contra-corrente das partículas que descem no conduto vertical, seja escoar para baixo com as partículas e favorecer o escoamento das partículas na parte horizontal da válvula.

[0074] A repartição entre o gás montante e o gás descendente depende das condições de pressão diferencial aos bornes da válvula em L. Se a pressão a montante da válvula aumentar em relação à pressão a jusante da válvula, por exemplo, então, será possível normalmente constatar que a proporção de gás montante diminuirá. A vazão de sólido na parte horizontal depende da quantidade de gás descendente e circulando com as partículas na parte horizontal.

Dimensionamento da válvula em L

[0075] Anotar-se-á com Dv o diâmetro do conduto da parte vertical da válvula em L e com Dh o diâmetro do conduto na parte horizontal, com Lh o comprimento da canalização horizontal e Lv o comprimento da canalização vertical, e com x a distância entre a elevação do ponto de injeção do gás de controle na parte vertical e na parte baixa da válvula em L.

[0076] A altura Lv depende da posição relativa dos dois compartimentos reacionais e ganhos ou perdas de pressão a compensar para circuitar o balanço pressão do método. Essa altura resultará, portanto, do dimensionamento da instalação ao caso por caso pelo técnico.

[0077] De maneira vantajosa, o comprimento de canalização horizontal deve ser limitado para assegurar um escoamento estável de partículas. Esse comprimento Lh estará preferencialmente compreendido entre 1 e 20 Dh, preferencialmente compreendido entre 3 e 7 Dh. O funcionamento da válvula em L será favorecido, se os diâmetros Dv e Dh forem sensivelmente idênticos, Em todos os caos, é preferível que o diâmetro da parte horizontal Dh seja superior ou igual a Dv.

[0078] Enfim, o posicionamento do ponto de injeção de gás de controle a montante da curva será posicionado nas proximidades deste, preferencialmente a uma distância X próxima da ordem de 1 a 5 Dv, os valores típicos estando próximo de C = 2 - 3 Dv.

[0079] Entre duas zonas reacionais, é possível posicionar uma ou várias válvulas em L em paralelo.

Funcionamento da instalação e do método, de acordo com a invenção

[0080] A figura 8 abaixo descreve um primeiro modo de realização da invenção. O método aplicado é um método de combustão, utilizando-se o princípio do circuito químico.

[0081] Uma primeira zona reacional de redução (1) permite o contato entre um hidro-carboneto gasoso, líquido ou sólido (15) e as partículas de massa ativa (no caso de óxido metálico) para efetuar a combustível. A zona reacional pode ser um simples reator em camada flui- dizada constituído de uma caixa de distribuição do gás sobre a seção, da camada fluidizada e meios de desempoeiramento dos efluentes gasosos (16) constituídos no caso presente de fumaças concentradas em CO2 ou uma combinação de camadas fluidizadas, ou de camadas fluidizadas circulantes com reciclagem interna ou externa de partículas.

[0082] Nessa zona reacional, pelo menos uma parte da zona de contato entre os hidrocarbonetos e o óxido metálico são estiradas da primeira zona reacional (1), esse estiramento alimentando um conduto vertical (3), terminando por um conduto horizontal (5) que constitui uma válvula em L. Um gás de controle (por exemplo, o nitrogênio, o vapor d'água ou fumaças) é injetado nessa válvula em L por um conduto (4). A circulação de sólido na válvula em L e alimentam um conduto ascendente ("lift") de transporte (6) alimentado por um gás de transporte (19). Na saída do lift (6), meios de separação (7), tias como ciclones, permitem separar o gás de transporte das partículas. Essas partículas são em seguida transportadas por um conduto (8) para a segunda zona reacional (2), na qual se efetuam as reações de oxidação das partículas de óxido por contato com o ar que alimenta a segunda zona reacional por um conduto (17). A zona reacional pode ser um simples reator em camada fluidizada constituída de uma caixa de distribuição do gás sobre a seção, da camada fluidizada e meios de desempoeiramento dos efluentes gasosos (18) constituídos, no caso presente, de ar empobrecido, ou uma combinação de camadas fluidizadas, ou de camadas fluidizadas circulantes com reciclagem interna ou externa de partículas. Nessa zona reacional pelo menos uma parte da zona de contato entre os hidrocarbonetos e o óxido metálico é constituída de uma fase fluidizada densa. As partículas de óxido metálico são estiradas da segunda zona reacional (2), esse estiramento alimentando um conduto vertical (9) que termina por um conduto horizontal (10) que uma válvula em L. Um gás de controle (por exemplo, o nitrogênio, o vapor d'água, ou o ar) é injetado nessa válvula em L (11). A circulação de sólido na válvula em L (9-10) depende da quantidade de gás injetado pelo conduto (11). As partículas saem da válvula em L (9-10) e alimentam um conduto ascendente (lift) de transporte (12) alimentado por um gás de transporte (20). Na saída do lift meios de separação (13), tais como ciclones, permitem separar o gás de transporte das partículas que são transportadas por um conduto (14) para a primeira zona reacional (1), na qual ocorrem as reações de combustão.

[0083] A figura 8 descreve um método e uma instalação com duas zonas reacionais, mas é possível considerar um encadeamento de três ou várias zonas reacionais dispostas sequencialmente conforme na figura 8.

[0084] Na aplicação do método, de acordo com a invenção, a transferência de partículas entre as zonas reacionais depende apenas da quantidade de gás de controle injetada nas válvulas em L. Assim, é possível fazer variar a circulação de óxidos metálicos, modificando a vazão de gás de controle injetado nas válvulas em L, todos os outros fluidos (15, 17, 19, 20) sendo mantidos constantes.

[0085] Nas válvulas em L, o escoamento das partículas na parte vertical (3, 9) é um escoamento granular não fluidizado denso, as partículas escoando com uma velocidade relativa em relação ao gás circulante nesses condutos inferior à velocidade mínima de fluidização. A aplicação do método será feita preferencialmente com partículas pertencentes ao grupo B da classificação de Geldart. O gás injetado nas válvulas em L (4, 11) representa geralmente uma pequena proporção (< 1 %) do gás necessário para assegurar o transporte (19, 20), a velocidade mínima de fluidização desses materiais sendo muito baixa, diante da velocidade de transporte das partículas.

[0086] O gás de transporte utilizado nos condutos ascendentes de transporte (lifts) (6, 12) pode, portanto, ser constituído de vapor, de fumaças recicladas, de ar ou de inerte, e, em função de sua escolha, pode permitir criar uma zona tampão evitando a mistura dos gases ar-rastados de uma zona reacional à outra.

[0087] Na configuração descrita na figura 8, a válvula em L alimenta um conduto ascendente (lift) de transporte permitindo o transporte das partículas. O lift é equipado na saída de meios de separação, permitindo a liberação do gás de transporte. É, portanto, possível introduzir entre os dois compartimento s reacionais (1) e (2) um gás para o transporte das partículas, esse gás não penetrando nem no compartimento (1), nem no compartimento (2), graças aos meios de separação situados na saída do lift de transporte. Essa configuração é particularmente vantajosa, quando se deseja uma estanqueidade dos ga-ses entre os compartimento s reacionais. Com efeito, o gás que serve ao controle da circulação na válvula em L e o gás de transporte no lift podem ser compostos de gases inertes (vapor d'água, nitrogênio, dióxido de carbono...) que farão a estanqueidade entre a zona reacional (1), na qual se podem encontrar hidrocarbonetos em fase gasosa e a zona reacional (2) na qual se encontra o oxigênio em fase gasosa. As quantidades de gases arrastadas das zonas reacionais (1) ou (2) para as válvulas em L são nulas ou muito pequenas. Elas dependem das elevações das pressões respectivas dos compartimentos e das vazões de partículas circulantes. Essas pequenas quantidade serão diluídas pelo gás de transporte de lift (por exemplo, um inerte) e evacuadas da unidade pelas saídas de gases dos separadores (7, 13) situados na saída dos lifts de transporte. Vê-se, portanto, que a configuração constituída da disposição de válvulas em L e de lift entre as zonas reacionais permite não somente controlar a circulação, mas também assegurar a estanqueidade gasosa entre as zonas reacionais.

[0088] A figura 9 representa uma outra disposição possível, diferente simplesmente da configuração apresentada na figura 8, pelo fato de a zona reacional de oxidação (2) ficar situada em parte pelo menos acima da zona de redução-combustão (1). É então possível transportar as partículas de óxido da zona (2) à zona (1), sem utilizar lift de transporte. Uma simples válvula em L (9, 10, 11) permite então efetuar a transferência de partículas da zona (2) para a zona (1). A transferência da zona (1) para a zona (2) é feita utilizando-se uma válvula em L (3, 4, 5), um conduto ascendente de transporte (6) e meios de separação (7) dos óxidos metálicos e do gás de transporte.

[0089] É possível controlar a circulação de sólidos no método entre os diferentes compartimentos graças a uma regulagem do gás injetado nas válvulas em L. A figura 10 retoma o método descrito na figura 8. Se uma válvula regular a injeção de gás na válvula em L, será possível sujeitar a quantidade de gás injetado na válvula em L a medidas de nível em uma camada fluidizada em fase densa ou a uma medida indireta da vazão em circulação, tal como a perda de carga em uma lift de transporte. Assim, na figura 10, a injeção de gás (4) é controlada por uma válvula de regulagem (21) sujeita (23) à medida do nível (25) em uma camada fluidizada do compartimento reacional (1) e a injeção de gás (11) é controlada por uma válvula de regulagem (22) sujeita (24) à medida da perda de carga (26) no lift (12). Outras estratégias de sujeição são possíveis.

EXEMPLO

[0090] A fim de ilustrar o funcionamento da invenção, é dado abaixo o exemplo de um circuito de circulação dimensionada segundo as características principais da invenção, utilização nas condições ambientes sem reação.

[0091] A maquete (figura 11) é constituída principalmente de duas camadas fluidizadas idênticas R1 e R2 de 10 cm de diâmetro, ligados entre si por dois circuitos ditos circulantes. Cada circuito é formado de um lift (condução ascendente de transporte) de 20 mm de diâmetro e 2,5 m de comprimento, alimentado por uma válvula em L, denominada também perna em L, constituída de uma seção vertical e de uma seção horizontal de mesmo diâmetro (16 mm) na qual um gás de aera- ção é injetado a uma elevação de 30 mm, em relação à parte inferior da válvula em L. As partículas sã estiradas da camada fluidizada (R1 ou R2) no topo da parte vertical (Vv1 ou Vv2) da válvula em L. Elas escoam na parte vertical, depois na parte horizontal (Vh1 ou Vh2) da válvula em L. Elas são, em seguida, transportada em um lift (L1 ou L2) na extremidade do qual um ciclone (C1 ou C2) separa o gás de transporte do lift das partículas. As partículas são reinjetadas na camada fluidizada (R2 ou R1) através de uma perna de retorno e um sifão (S1 ou S2).

[0092] As partículas utilizadas no decorre desse teste são partícu- las de areia de diâmetro médio 205 microns e de massa volúmica de grão igual a 2500 kg/m3. Nas camadas fluidizadas R1 e R2, as partículas são fluidizadas a uma velocidade superficial de 0,08 m/s. Essa velocidade de gás é superior à velocidade mínima de fluidização (Umf) que é da ordem de 0,03 m/s. AS partículas do sólido descem do primeiro reator dito R1 na perna vertical Vv1, depois sua circulação na perna horizontal Vh1 é assegurada pela injeção de um gás de controle (vazão de aeração) introduzido a montante da mudança de direção do escoamento na válvula em L. É regulando a vazão de aeração que se controla a vazão de sólido. No lift, mantém-se uma vazão de gás de transporte constante. Esse gás de transporte é introduzido na parte inferior do lift e se diferencia do gás de aeração introduzido na válvula em L.

[0093] A fim de assegurar um transporte das partículas que satisfaz, a velocidade de gás UL1 ou UL2 nos lifts L1 ou I2 é mantida constante e igual a 8 m/s. A jusante do lift, a suspensão circula em uma linha de transporte horizontal T1 ou T2 que alimenta um ciclone C1 ou C2 que permite a separação entre as partículas e o gás. O gás deixa o ciclone pela saída superior do ciclone e o sólido é enviado para um sifão S1 ou S2 e em seguida enviado para o segundo reator (R2 ou R1).

[0094] A quantidade de gás de controle (gás de aeração) injetado na válvula em L é levada à seção de passagem na parte vertical da válvula e4m L (diâmetro = 16 mm). É assim possível calcular a velocidade superficial em corpo vazio da aeração nessa seção. Pela sequência, a aeração na válvula em L1 será expressa por sua velocidade superficial em corpo vazio Uv1 e a aeração na válvula em L2 será expressa por sua velocidade superficial em corpo vazio Uv2.

[0095] As quantidades de gases enviados nas válvulas em L, que correspondem às velocidades Uv1 e Uv2 permitem respectivamente controlar a vazão de sólido enviado para o reator R2 via o lift L1 (figura 12) e para o reator R1 via o lift R2.

[0096] No circuito, é possível estimar as vazões de sólido, graças a funcionamentos não estacionárias no decorrer dos quais as variações de nível em função do tempo nos compartimentos permitem medir as vazões de sólidos instantâneos. Essas vazões de sólidos à em seguida correlacionados às perdas de carga nos lifts de transporte. Com efeito, é conhecido que para uma vazão volúmica de gás fixa, a perda de carga em uma lift aumenta quando a vazão de sólido aumenta. Nesse exemplo o aumento dessa perda de carga é sensivelmente linear em função da vazão de sólido, conforme mostra a figura 12, os dois lifts apresentando perdas de carga similares (sua geometria e a velocidade de transporte imposta são idênticas).

[0097] Uma vez essas calibragens prévias feitas, um funcionamento contínuo na instalação é estabelecido, impondo-se uma vazão de aeração do gás de controle idêntico em cada uma das duas válvula em L. Quando a válvula do gás de controle injetado corresponde a uma velocidade de gás em cada uma das válvulas em L (Uv1 e Uv2) igual a 0,15 m/s, um funcionamento estável é observado, os níveis em cada uma dos compartimentos permanecendo constantes no decorrer do tempo. A perda de carga medida nessas condições em cada um dos lifts é de aproximadamente 5 mbárias, o que corresponde a uma vazão de sólido em cada um dos lifts de aproximadamente 60 kg/hora (figura 12).

[0098] A vazão de aeração em cada uma das válvulas em L é então aumentada para atingir uma velocidade superficial (Uv1 e Uv2) de 0,175 m/s. A circulação de sólido passa então a aproximadamente 80 kg/h (perda de carga destacada nos lifts igual a 6 mb). Reduzindo-se em seguida a vazão de aeração nas válvulas em L a 0,13 m/s, a circulação de sólido diminui a aproximadamente 48 kg/h (perda de carga destacada nos lifts igual a 4 mb).

[0099] Sobressai desse exemplo que a circulação de sólido na instalação depende apenas da aeração imposta pelo gás de controle nas válvulas em L A figura 13 mostra a relação entre a vazão de aeração em cada válvula em L e a vazão de sólido circulante na instalação.

Claims

1. Método de combustão em circuito químico de pelo menos uma carga hidrocarbonada em pelo menos uma zona reacional de redução (i) e pelo menos uma zona reacional de oxidação (i+1) em camada fluidizada distintas, caracterizado pelo fato de que se controla a circulação das partículas sólidas de massa ativa entre cada uma ou uma parte das zonas reacionais por meio de uma ou várias válvulas não mecânicas constituídas cada uma de uma parte de canalização sensivelmente vertical, de uma parte de canalização sensivelmente horizontal, e de uma curva que liga as duas partes, transportando as partículas sólidas entre duas zonas reacionais sucessivas por: - introdução das partículas sólidas provenientes da zona reacional (i) ou (i+1) pela extremidade superior da parte de canalização sensivelmente vertical dessa válvula, o fluxo das partículas na parte da linha vertical da válvula sendo um fluxo granular denso não flui- dizado; - injeção de um gás de controle com uma vazão de aeração determinada a montante da curva dessa válvula; - controle das condições de pressão diferencial nos bornes da(s) válvula(s) não mecânica(s) para regular a vazão das partículas sólidas na parte de canalização sensivelmente horizontal dessa válvula, em função da vazão de aeração; - alimentação da zona reacional sucessiva (i+1) ou (i) do circuito pelas partículas sólidas que saem da(s) válvula(s) não mecâni- ca(s).

2. Método de combustão em circuito químico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada zona reacional é constituída de um conjunto de um ou vários reatores fluidizados dispostos entre si.

3. Método de combustão em circuito químico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que se posicionam várias válvulas não mecânicas em paralelo entre duas zonas reacionais sucessivas.

4. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que: - se introduz, além disso, entre (pelo menos) duas zonas reacionais (i) e (i+1) sucessivas e a jusante da(s) válvula(s) não mecânica^) um gás de transporte em um conduto ascendente de transporte, esse conduto sendo alimentado pelas partículas sólidas que saem da(s) válvula(s) não mecânica(s); - se efetua o transporte das partículas sólidas da zona (i) para a zona (i+1) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvu- la(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i) e (i+1), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado no conduto ascendente de transporte, e separam- se as partículas sólidas do gás de transporte, graças a meios de separação gás-sólido, situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i+1) com partículas sólidas; - se efetua o transporte das partículas sólidas na saída da zona (i+1) para a zona (i) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvula(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i) e (i+1), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado no conduto ascendente de transporte, e separam-se as partículas sólidas do gás de transporte, graças a meios de separação gás-sólido, situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i+1) com partículas sólidas.

5. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma zona reacional (i+1) fica situada em parte pelo menos acimada zona reacional precedente (i) e: - se transportam as partículas sólidas da zona (i+1) à zona (i) por escoamento gravitário por meio da(s) válvula(s) não mecâni- ca(s) situada(s) entre as zonas (i+1) e (i); - se efetua o transporte das partículas sólidas da zona (i) para a zona (i+1) por passagem das partículas fluidizadas na(s) válvu- la(s) não mecânica(s) situada(s) entre as zonas (i) e (i+1), depois por transporte das partículas sólidas por meio de pelo menos um gás de transporte injetado em um conduto ascendente de transporte, e sepa- ram-se as partículas sólidas do gás de transporte, graças a meios de separação gás-sólido, situados na saída do conduto ascendente para alimentar a zona (i+1) com partículas sólidas.

6. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que se controla a circulação dos sólidos por sujeição da vazão de aeração do gás de controle das válvulas não mecânicas a medidas de nível nos reatores fluidizados e/ ou de perdas de carga nas canalizações de transporte, efetuadas nas zonas reacionais.

7. Método de combustão em circuito químico de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a vazão de aeração do gás de controle (4) é controlada por uma válvula de regulagem (21) sujeita (23) à medida do nível (25) em pelo menos uma ca-mada fluidizada da zona reacional de redução (1) e essa vazão de aeração do gás de controle (11) é controlada por uma válvula de regulagem (22) sujeita (24) à medida da perda de carga (26) no conduto ascendente de transporte das partículas para a primeira zona reacional (12).

8. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que se escolhe um comprimento da parte horizontal da(s) válvula(s) não mecânica(s) Lh compreendida entre 1 e 20 vezes o diâmetro da parte de conduto horizontal Dh, preferencialmente compreendida entre 3 e 7 vezes Dh.

9. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que se escolhe o diâmetro da parte de conduto vertical Dv superior ou igual ao diâmetro da parte do conduto horizontal da(s) válvula(s) não mecânica(s).

10. Método de combustão em circuito químico de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o diâmetro da parte de conduto vertical Dv e o diâmetro da parte de conduto horizontal Dh da(s) válvula(s) não mecânica(s) sensivelmente idéntica(s).

11. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que se posiciona o ponto de injeção de gás de controle a montante da curva a uma distância x (diferença entre a altura do ponto de injeção na parte vertical e o ponto mais baixo da válvula não mecânica) da ordem de 1 a 5 vezes o diâmetro da parte de conduto vertical Dv.

12. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que as partículas sólidas de massa ativa pertencem ao grupo B da classificação de Geldart.

13. Método de combustão em circuito químico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que as partículas sólidas de massa ativa são óxidos metálicos.

14. Uso do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é para a produção de hidrogênio.

15. Uso do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é para a produção de síntese.

16. Uso do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é para a produção de calor.